專利名稱：六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在汽車導(dǎo)航或船舶航行用的姿勢(shì)控制裝置等中用作角速度檢測(cè)器的陀螺儀，尤其涉及壓電振動(dòng)陀螺儀。
背景技術(shù)：
作為可高精度檢測(cè)角速度的陀螺儀，例如，在特開(kāi)2001-255152號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀。該六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，包括壓電體、結(jié)合在壓電體上的驅(qū)動(dòng)側(cè)電極及檢測(cè)側(cè)電極。壓電體，具有以正反面作為主面的矩形板狀的本體部、從本體部的相互對(duì)向的邊的一方延長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部、從另一方延長(zhǎng)的檢測(cè)側(cè)臂。驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部，具有一對(duì)激勵(lì)用臂及在它們之間的1個(gè)非激勵(lì)用臂。檢測(cè)側(cè)臂，具有一對(duì)檢測(cè)用臂及在它們之間的1個(gè)非檢測(cè)用臂。在激勵(lì)用臂上分別形成驅(qū)動(dòng)側(cè)電極，用于激勵(lì)向與本體部的主面平行的方向振動(dòng)的面內(nèi)振動(dòng)。在檢測(cè)用臂上分別形成檢測(cè)側(cè)電極，用于檢測(cè)向與本體部的主面垂直的方向振動(dòng)的面垂直振動(dòng)。通常，激勵(lì)用臂、非激勵(lì)用臂、檢測(cè)用臂及非檢測(cè)用臂，從批量生產(chǎn)性方面考慮，全部用相同的寬度尺寸及厚度形成。
為了提供高靈敏度的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，需要相互接近驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部上的各臂的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)模式(即，面內(nèi)振動(dòng))中的共振頻率、和檢測(cè)用臂部上的各臂的檢測(cè)振動(dòng)模式(即，面垂直振動(dòng))中的共振頻率。但是，在此種情況下，由于總共6腳的各臂的各自的面垂直振動(dòng)及面內(nèi)振動(dòng)近似，因此在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)模式及檢測(cè)模式的附近存在寄生頻率，激勵(lì)進(jìn)行面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，向壓電振動(dòng)子或壓電體提供機(jī)械的結(jié)合。其結(jié)果，旋轉(zhuǎn)靈敏度即檢測(cè)靈敏度顯著下降。尤其，面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)的強(qiáng)度，與面垂直振動(dòng)的寄生振動(dòng)的強(qiáng)度相比大得多，所以成為降低旋轉(zhuǎn)靈敏度的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的其目的在于，提供一種旋轉(zhuǎn)靈敏度優(yōu)良的、可高精度檢測(cè)角速度的壓電振動(dòng)陀螺儀。
根據(jù)本發(fā)明的一方式，能夠提供一種壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是包括，本體部、從所述本體部相互間隔地向第1方向延長(zhǎng)的一對(duì)激勵(lì)用臂、在所述激勵(lì)用臂間從所述本體部向所述第1方向延長(zhǎng)的1個(gè)非激勵(lì)用臂、從所述本體部相互間隔地向與所述第1方向相反的第2方向延長(zhǎng)的一對(duì)檢測(cè)用臂、在所述檢測(cè)用臂間從所述本體部向所述第2方向延長(zhǎng)的1個(gè)非檢測(cè)用臂、分別結(jié)合在所述激勵(lì)用臂上的驅(qū)動(dòng)側(cè)電極、及分別結(jié)合在所述檢測(cè)用臂上的檢測(cè)側(cè)電極；所述激勵(lì)用臂、所述非激勵(lì)用臂、所述檢測(cè)用臂及所述非檢測(cè)用臂各自構(gòu)成壓電體；所述激勵(lì)用臂各自和所述非激勵(lì)用臂在寬度尺寸上相互不同，所述激勵(lì)用臂各自和所述檢測(cè)用臂各自在寬度尺寸上相互不同，所述激勵(lì)用臂各自和所述非檢測(cè)用臂在寬度尺寸上相互不同。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀所含的壓電體的主視圖。
圖2A是將電極結(jié)合在圖1所示的壓電體上的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的俯視圖。
圖2B是圖2A的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的主視圖。
圖2C是圖2A的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的仰視圖。
圖3是表示圖2A-圖2c所示的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的驅(qū)動(dòng)側(cè)的電接線的說(shuō)明圖。
圖4是表示圖2A-圖2c所示的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的檢測(cè)側(cè)的電接線的說(shuō)明圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀所含的壓電體的主視圖。
圖6A是將電極結(jié)合在圖5所示的壓電體上的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的俯視圖。
圖6B是圖5A的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的主視圖。
圖6C是圖5A的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的仰視圖。
圖7是表示圖6A-圖6c所示的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的驅(qū)動(dòng)側(cè)的電接線的說(shuō)明圖。
圖8是表示圖6A-圖6c所示的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀的檢測(cè)側(cè)的電接線的說(shuō)明圖。
圖9是表示壓電體的其它例主視圖。
圖10是表示壓電體的又一其它例主視圖。
圖11是表示壓電體的又一其它例主視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1及圖2，說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀。
該六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，包含X切割朗格賽特(Xカツトランガサイト)結(jié)晶制的壓電體1。在圖1中，用X、Y、Z軸表示屬于三方晶系的朗格賽特的方向性及角速度Ω的運(yùn)動(dòng)方向。另外，壓電體1也可以規(guī)定為X切割水晶制。
壓電體1，包括以正反面作為主面的矩形板狀的本體部2、從本體部2的一邊相互間隔地向第1方向A1延長(zhǎng)的一對(duì)激勵(lì)用臂3a、3b、在激勵(lì)用臂3a、3b間從本體部2的一邊相互間隔地向第1方向A1延長(zhǎng)的1個(gè)非激勵(lì)用臂3c、從本體部2的相反邊相互間隔地向與第1方向A1相反的第2方向A2延長(zhǎng)的一對(duì)檢測(cè)用臂4a、4b、及在檢測(cè)用臂4a、4b間從本體部2的相反邊向第2方向A2延長(zhǎng)的1個(gè)非檢測(cè)用臂4c。
激勵(lì)用臂3a、3b及非激勵(lì)用臂3c相互平行，且與本體部2的主面平行地延長(zhǎng)。激勵(lì)用臂3a、3b及非激勵(lì)用臂3c各自為角柱狀。檢測(cè)用臂4a、4b及非檢測(cè)用臂4c相互平行，且與本體部2的主面平行地延長(zhǎng)。檢測(cè)用臂4a、4b及非檢測(cè)用臂4c各自為角柱狀。激勵(lì)用臂3a、3b、非激勵(lì)用臂3c、檢測(cè)用臂4a、4b及非檢測(cè)用臂4c，相互相同地具有5.5mm的臂長(zhǎng)。
本體部2，具有不向檢測(cè)用臂4a、4b傳播在激勵(lì)用臂3a、3b發(fā)生的面內(nèi)振動(dòng)波動(dòng)的功能，因此在Y軸的周圍，按角度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1的時(shí)候，能夠利用科里奧利力，用檢測(cè)用臂4a、4b檢測(cè)角度Ω。
以下，包括激勵(lì)用臂3a、3b及非激勵(lì)用臂3c，稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3，包括檢測(cè)用臂4a、4b及非檢測(cè)用臂4c，稱為檢測(cè)側(cè)臂部4。在驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3，將激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸設(shè)定為W1、將非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸設(shè)定為W2。在檢測(cè)側(cè)臂部4，將檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸設(shè)定為W3、將非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸設(shè)定為W4。此處，分別將這些寬度尺寸W1、W2、W3、W4設(shè)定為不同的值，使壓電體1的重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。結(jié)果，能夠用其重心支持六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀。
下面，具體說(shuō)明寬度尺寸W1、W2、W3、W4。
激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸W1為420μm。非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2是比寬度尺寸W1大約大19％的500μm。檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸W3是比寬度尺寸W1大約大5％的440μm。非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸W4是比寬度尺寸W2大約小8％的460μm。在通過(guò)這些寬度尺寸W1、W2、W3、W4，使驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3的3腳的臂和檢測(cè)側(cè)臂部4的3腳的臂上的重量相等后，能夠使壓電體1的重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。
用氧化鋁重心支持該壓電體1，為了調(diào)整激勵(lì)用臂3a、3b上的共振頻率和檢測(cè)用臂4a、4b上的共振頻率的差分，加工激勵(lì)用臂3a、3b及檢測(cè)用臂4a、4b各自的前端部，進(jìn)行失調(diào)寬度處理。具體是，預(yù)先在前端部上成膜導(dǎo)電性金屬材料即金鍍膜，附加質(zhì)量，然后通過(guò)激光修整該鍍膜，實(shí)施失調(diào)寬度處理，由此將面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率和面垂直振動(dòng)的共振頻率的差，調(diào)整到低于30Hz。
關(guān)于該壓電體1，通過(guò)有限要素法(FEM)分析以及實(shí)測(cè)，調(diào)查在面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)共振頻率8767Hz，在±200Hz以內(nèi)，完全不存在。此外，有關(guān)面垂直振動(dòng)的寄生振動(dòng)的強(qiáng)度與面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)的強(qiáng)度相比非常小，由于只在從驅(qū)動(dòng)共振頻率大約離開(kāi)280Hz時(shí)存在，因此也表明不影響旋轉(zhuǎn)靈敏度。此外，采用壓電體1，制作六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，在用頻率8767Hz、驅(qū)動(dòng)電亞1Vp-p驅(qū)動(dòng)，在Y軸周圍，將角速度Ω規(guī)定為3度/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輸出功率為0.36mV，判定能夠得到高靈敏度的旋轉(zhuǎn)特性。
另外，在激勵(lì)用臂3a、3b各自上，結(jié)合多個(gè)即在表面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)确謩e各兩個(gè)，合計(jì)4個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21。驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21，用于在激勵(lì)用臂3a、3b激勵(lì)面內(nèi)振動(dòng)，具有規(guī)定間隔地配設(shè)成平行的帶狀。
另外，在檢測(cè)用臂4a、4b各自上，結(jié)合多個(gè)即各面各1個(gè)，合計(jì)4個(gè)檢測(cè)側(cè)電極22。檢測(cè)側(cè)電極22，用于檢測(cè)檢測(cè)用臂4a、4b的面垂直振動(dòng)，各自配設(shè)成帶狀。
參照?qǐng)D3，說(shuō)明與驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21的電接線。
在激勵(lì)用臂3a、3b各自上，在交流電源的兩極上分別連接相互對(duì)向的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極，并且在交流電源的兩極上也分別連接在相同的面內(nèi)鄰接的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21。而且，作為激勵(lì)用臂3a、3b整體，在驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21的外側(cè)的和內(nèi)側(cè)的，相對(duì)于交流電源的連接極性相反。如此，以向在本體部2的厚度方向相反的方向激勵(lì)激勵(lì)用臂3a、3b各自的方式，形成電接線。用箭頭表示驅(qū)動(dòng)側(cè)電極21形成的電力線的方向。
參照?qǐng)D4，說(shuō)明與檢測(cè)側(cè)電極22的電接線。
在一方的檢測(cè)用臂4a上，將在板厚方向相互對(duì)向的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極22，連接在檢測(cè)裝置(未圖示)的負(fù)極上，并且將其余的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極22連接在正極上。在另一方的檢測(cè)用臂4b上，將在板厚方向相互對(duì)向的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極22，連接在檢測(cè)裝置的正極上，并且將其余的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極22連接在負(fù)極上。另外，用箭頭表示檢測(cè)用臂4a、4b的電力線的方向。
參照?qǐng)D5及圖6，說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀。對(duì)于相同的部分，附加相同的參照符號(hào)，并省略說(shuō)明。
圖5的壓電體1，是Z切割朗格賽特結(jié)晶制的壓電體，但也可以是Z切割水晶制的。用X、Y、Z軸表示屬于三方晶系的朗格賽特的方向性及角速度Ω的運(yùn)動(dòng)方向。
在壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b、非激勵(lì)用臂3c、檢測(cè)用臂4a、4b、及非檢測(cè)用臂4c各自為角柱狀，臂長(zhǎng)6.0mm。在Y軸的周圍，按角度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1的時(shí)候，向激勵(lì)用臂3a、3b作用科里奧利力。由于該科里奧利力向面垂直方向作用，所以激勵(lì)用臂3a、3b進(jìn)行面垂直振動(dòng)。本體部2具有向一對(duì)檢測(cè)用臂4a、4b傳遞該面垂直振動(dòng)的功能。
在該壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸W1為400μm。非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2是比寬度尺寸W1大約小10％的360μm。檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸W3是比寬度尺寸W1大約小7.5％的370μm。非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸W4是比非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2大約大17％的420μm。如此，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3的3腳的臂和檢測(cè)側(cè)臂部4的3腳的臂上的重量相等外，而且使壓電體1的重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。通過(guò)使用該壓電體1，在Y軸的周圍以角速度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1時(shí)，能夠用檢測(cè)用臂4a、4b檢測(cè)角速度Ω。
用氧化鋁重心支持該壓電體1，為了調(diào)整激勵(lì)用臂3a、3b上的共振頻率和檢測(cè)用臂4a、4b上的共振頻率的差分，加工激勵(lì)用臂3a、3b及檢測(cè)用臂4a、4b各自的前端部，進(jìn)行失調(diào)寬度處理。具體是，通過(guò)利用濺射法在前端部上成膜導(dǎo)電性金屬材料金(Au)，在降低頻率的方向，實(shí)施失調(diào)寬度處理，由此將面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率和面垂直振動(dòng)的共振頻率的差，調(diào)整到18Hz。
關(guān)于該壓電體1，通過(guò)有限要素法(FEM固有值)分析以及實(shí)測(cè)，調(diào)查在面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)共振頻率7830Hz，在±200Hz以內(nèi)，完全不存在。此外，采用壓電體1，制作六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，在用頻率7830Hz、驅(qū)動(dòng)電亞1Vp-p驅(qū)動(dòng)，在Y軸周圍，將角速度Ω規(guī)定為2度/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輸出功率為0.26mV，判定能夠得到高靈敏度的旋轉(zhuǎn)特性。
另外，參照?qǐng)D6，在激勵(lì)用臂3a、3b各自上，結(jié)合多個(gè)即在各面各1個(gè)，合計(jì)4個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11。驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11，用于在激勵(lì)用臂3a、3b激勵(lì)面內(nèi)振動(dòng)，各個(gè)配設(shè)成帶狀。
另外，在檢測(cè)用臂4a、4b各自上，結(jié)合多個(gè)即在與表面及背面直交的兩面各2個(gè)，合計(jì)4個(gè)檢測(cè)側(cè)電極12。檢測(cè)側(cè)電極12，用于檢測(cè)檢測(cè)用臂4a、4b的面垂直振動(dòng)，具有規(guī)定間隔地配設(shè)成平行的帶狀。
參照?qǐng)D7，說(shuō)明與驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11的電接線。
在一方的激勵(lì)用臂3a上，將在板厚方向相互對(duì)向的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極1 1連接在交流電源的一方的極上，并且將其余的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11連接在交流電源的另一方的極上。在另一方的激勵(lì)用臂3b上，將在板厚方向相互對(duì)向的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11，連接在交流電源的另一方的極上，并且將其余的2個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11連接在一方的極上。另外，用箭頭表示驅(qū)動(dòng)側(cè)電極11形成的電力線的方向。
參照?qǐng)D8，說(shuō)明與檢測(cè)側(cè)電極12的電接線。
在檢測(cè)用臂4a、4b上，將相互對(duì)向的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極12，連接在檢測(cè)裝置(未圖示)的兩極上，并且也分別將在相同的面內(nèi)鄰接的2個(gè)檢測(cè)側(cè)電極12連接在兩極上。如此，以檢測(cè)激勵(lì)用臂3a、3b各自的相反方向的振動(dòng)的方式，形成電接線。另外，用箭頭表示檢測(cè)用臂4a、4b的電力線的方向。
參照?qǐng)D9，說(shuō)明壓電體1的其它例子。對(duì)于相同的部分，附加相同的參照符號(hào)，并省略說(shuō)明。
圖9的壓電體1，是Z切割水晶制，但也可以是Z切割朗格賽特結(jié)晶制的壓電體。用X、Y、Z軸表示屬于三方晶系的水晶的方向性及角速度Ω的運(yùn)動(dòng)方向。
在壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b、非激勵(lì)用臂3c、檢測(cè)用臂4a、4b、及非檢測(cè)用臂4c各自為角柱狀，臂長(zhǎng)6.0mm。在Y軸的周圍，按角度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1的時(shí)候，能夠向激勵(lì)用臂3a、3b作用科里奧利力。由于該科里奧利力向面垂直方向作用，所以激勵(lì)用臂3a、3b進(jìn)行面垂直振動(dòng)。本體部2具有向一對(duì)檢測(cè)用臂4a、4b傳遞該面垂直振動(dòng)的功能。
在該壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸W1為400μm。非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2是比寬度尺寸W1大約大10％的440μm。檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸W3是比寬度尺寸W1大約小5％的380μm。非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸W4是比非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2大約大9％的480μm。如此，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3的3腳的臂和檢測(cè)側(cè)臂部4的3腳的臂上的重量相等，而且使重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。通過(guò)使用該壓電體1，在Y軸的周圍以角速度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1時(shí)，能夠用檢測(cè)用臂4a、4b檢測(cè)角速度Ω。
用氧化鋁重心支持該壓電體1，為了調(diào)整激勵(lì)用臂3a、3b上的共振頻率和檢測(cè)用臂4a、4b上的共振頻率的差分，加工激勵(lì)用臂3a、3b及檢測(cè)用臂4a、4b各自的前端部，進(jìn)行失調(diào)寬度處理。由此將面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率和面垂直振動(dòng)的共振頻率的差，調(diào)整到9Hz。
關(guān)于該壓電體1，通過(guò)有限要素法(FEM固有值)分析以及實(shí)測(cè)，調(diào)查在面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)共振頻率9361Hz，在±200Hz以內(nèi)，完全不存在。此外，采用壓電體1，制作六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，在用頻率9361Hz、驅(qū)動(dòng)電亞1Vp-p驅(qū)動(dòng)，在Y軸周圍，將角速度Ω規(guī)定為1度/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輸出功率為0.062mV，判定能夠得到高靈敏度的旋轉(zhuǎn)特性。
參照?qǐng)D10，說(shuō)明壓電體1的又一其它例子。對(duì)于相同的部分，附加相同的參照符號(hào)，并省略說(shuō)明。
圖10的壓電體1，是Z切割水晶制，但也可以是Z切割朗格賽特結(jié)晶制的壓電體。用X、Y、Z軸表示屬于三方晶系的水晶的方向性及角速度Ω的運(yùn)動(dòng)方向。
在壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b、非激勵(lì)用臂3c、檢測(cè)用臂4a、4b、及非檢測(cè)用臂4c各自為角柱狀，臂長(zhǎng)6.0mm。在Y軸的周圍，按角度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1的時(shí)候，能夠向激勵(lì)用臂3a、3b作用科里奧利力。由于該科里奧利力向面垂直方向作用，所以激勵(lì)用臂3a、3b進(jìn)行面垂直振動(dòng)。本體部2具有向一對(duì)檢測(cè)用臂4a、4b傳遞該面垂直振動(dòng)的功能。
在該壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸W1為400μm。非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2是比寬度尺寸W1大約小15％的340μm。檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸W3是比寬度尺寸W1大約小10％的360μm。非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸W4是比非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2大約大24％的420μm。如此，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3的3腳的臂和檢測(cè)側(cè)臂部4的3腳的臂上的重量相等，而且使重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。通過(guò)使用該壓電體1，在Y軸的周圍以角速度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1時(shí)，能夠用檢測(cè)用臂4a、4b檢測(cè)角速度Ω。
用氧化鋁重心支持該壓電體1，為了調(diào)整激勵(lì)用臂3a、3b上的共振頻率和檢測(cè)用臂4a、4b上的共振頻率的差分，加工激勵(lì)用臂3a、3b及檢測(cè)用臂4a、4b各自的前端部，進(jìn)行失調(diào)寬度處理。由此將面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率和面垂直振動(dòng)的共振頻率的差，調(diào)整到10Hz。
關(guān)于該壓電體1，通過(guò)有限要素法(FEM固有值)分析以及實(shí)測(cè)，調(diào)查在面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)共振頻率9353Hz，在±200Hz以內(nèi)，完全不存在。此外，采用壓電體1，制作六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，在用頻率9353Hz、驅(qū)動(dòng)電亞1Vp-p驅(qū)動(dòng)，在Y軸周圍，將角速度Ω規(guī)定為1度/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輸出功率為0.061mV，判定能夠得到高靈敏度的旋轉(zhuǎn)特性。
參照?qǐng)D11，說(shuō)明壓電體1的又一其它例子。對(duì)于相同的部分，附加相同的參照符號(hào)，并省略說(shuō)明。
圖11的壓電體1，是Z切割水晶制的，但也可以是Z切割朗格賽特結(jié)晶制的。用X、Y、Z軸表示屬于三方晶系的水晶的方向性及角速度Ω的運(yùn)動(dòng)方向。
在壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b、非激勵(lì)用臂3c、檢測(cè)用臂4a、4b、及非檢測(cè)用臂4c各自為角柱狀，臂長(zhǎng)6.0mm。在Y軸的周圍，按角度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1的時(shí)候，能夠向激勵(lì)用臂3a、3b作用科里奧利力。由于該科里奧利力向面垂直方向作用，所以激勵(lì)用臂3a、3b進(jìn)行面垂直振動(dòng)。本體部2具有向一對(duì)檢測(cè)用臂4a、4b傳遞該面垂直振動(dòng)的功能。
在該壓電體1中，激勵(lì)用臂3a、3b各自的寬度尺寸W1為400μm。非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2是比寬度尺寸W1大約小5％的380μm。檢測(cè)用臂4a、4b各自的寬度尺寸W3是比寬度尺寸W1大約大10％的440μm。非檢測(cè)用臂4c的寬度尺寸W4是比非激勵(lì)用臂3c的寬度尺寸W2大約小21％的300μm。如此，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)側(cè)臂部3的3腳的臂和檢測(cè)側(cè)臂部4的3腳的臂上的重量相等，而且使重心與本體部2的幾何學(xué)的中心位置一致。通過(guò)使用該壓電體1，在Y軸的周圍以角速度Ω旋轉(zhuǎn)壓電體1時(shí)，能夠用檢測(cè)用臂4a、4b檢測(cè)角速度Ω。
用氧化鋁重心支持該壓電體1，為了調(diào)整激勵(lì)用臂3a、3b上的共振頻率和檢測(cè)用臂4a、4b上的共振頻率的差分，加工激勵(lì)用臂3a、3b及檢測(cè)用臂4a、4b各自的前端部，進(jìn)行失調(diào)寬度處理。由此將面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率和面垂直振動(dòng)的共振頻率的差，調(diào)整到8Hz。
關(guān)于該壓電體1，通過(guò)有限要素法(FEM固有值)分析以及實(shí)測(cè)，調(diào)查在面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)共振頻率9361Hz，在±200Hz以內(nèi)，完全不存在。此外，采用壓電體1，制作六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，在用頻率9361Hz、驅(qū)動(dòng)電亞1Vp-p驅(qū)動(dòng)，在Y軸周圍，將角速度Ω規(guī)定為1度/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輸出功率為0.063mV，判定能夠得到高靈敏度的旋轉(zhuǎn)特性。
在以上說(shuō)明的各六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀中，由于激勵(lì)用臂3a、3b的寬度尺寸和檢測(cè)用臂4a、4b的寬度尺寸有很大不同，所以面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率相互不同，通過(guò)在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率的附近不存在有關(guān)檢測(cè)側(cè)的面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，能夠得到高靈敏度、穩(wěn)定性優(yōu)良的基本特性。
另外，在上述中，說(shuō)明了將壓電體1規(guī)定為X切割水晶制或X切割水晶制、或Z切割朗格賽特結(jié)晶制或Z切割水晶制的例子，但是除此以外，由于采用130度旋轉(zhuǎn)Y板鉭酸鋰或壓電陶瓷等，也能夠得到同樣的作用效果，所以壓電體1的材料不局限于所述的材料。
如以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，面內(nèi)振動(dòng)的共振頻率相互不同，在使用狀態(tài)下，在驅(qū)動(dòng)振動(dòng)頻率的附近不存在有關(guān)檢測(cè)側(cè)的面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)，在制作陀螺儀時(shí)，能夠充分抑制壓電體上的面內(nèi)振動(dòng)的寄生振動(dòng)。此外，能夠進(jìn)行穩(wěn)定性高、旋轉(zhuǎn)靈敏度優(yōu)良、高精度的利用高S/N比的角速度檢測(cè)，結(jié)果能夠用優(yōu)良的分解能檢測(cè)地球的自傳速度以下的小的角速度。
本發(fā)明的六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，能夠在汽車導(dǎo)航或船舶航行用的姿勢(shì)控制裝置等中用作角速度檢測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是包括本體部、從所述本體部相互間隔地向第1方向延長(zhǎng)的一對(duì)激勵(lì)用臂、在所述激勵(lì)用臂間從所述本體部向所述第1方向延長(zhǎng)的1個(gè)非激勵(lì)用臂、從所述本體部相互間隔地向與所述第1方向相反的第2方向延長(zhǎng)的一對(duì)檢測(cè)用臂、在所述檢測(cè)用臂間從所述本體部向所述第2方向延長(zhǎng)的1個(gè)非檢測(cè)用臂、分別結(jié)合在所述激勵(lì)用臂上的驅(qū)動(dòng)側(cè)電極、及分別結(jié)合在所述檢測(cè)用臂上的檢測(cè)側(cè)電極，所述激勵(lì)用臂、所述非激勵(lì)用臂、所述檢測(cè)用臂及所述非檢測(cè)用臂各自由壓電體構(gòu)成，所述激勵(lì)用臂各自和所述非激勵(lì)用臂在寬度尺寸上相互不同，所述激勵(lì)用臂各自和所述檢測(cè)用臂各自在寬度尺寸上相互不同，所述激勵(lì)用臂各自和所述非檢測(cè)用臂在寬度尺寸上相互不同。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是具有與所述本體部的幾何學(xué)的中心位置一致的重心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述本體部是以正反面各自作為主面的矩形板，所述激勵(lì)用臂、所述非激勵(lì)用臂、所述檢測(cè)用臂及所述非檢測(cè)用臂各自，與所述主面平行地延長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述驅(qū)動(dòng)側(cè)電極，相互在逆相位分別激勵(lì)所述激勵(lì)用臂。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述非激勵(lì)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍大于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述檢測(cè)用臂各自的寬度尺寸，以1％～30％的范圍大于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述非檢測(cè)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍小于所述非激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸。
6.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述非激勵(lì)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍大于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述檢測(cè)用臂各自的寬度尺寸，以1％～30％的范圍小于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述非檢測(cè)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍大于所述非激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸。
7.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述非激勵(lì)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍小于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述檢測(cè)用臂各自的寬度尺寸，以1％～30％的范圍大于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述非激勵(lì)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍小于所述非激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸。
8.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述非激勵(lì)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍小于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述檢測(cè)用臂各自的寬度尺寸，以1％～30％的范圍小于所述激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸，所述非檢測(cè)用臂的寬度尺寸，以2％～60％的范圍大于所述非激勵(lì)用臂各自的寬度尺寸。
9.如權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述本體部的幾何學(xué)的中心位置被支撐。
10.如權(quán)利要求1～9中任何一項(xiàng)所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述激勵(lì)用臂及所述檢測(cè)用臂的至少一方，具有用于調(diào)整兩者間的共振頻率的差分的進(jìn)行了失調(diào)寬度處理的特定部分。
11.如權(quán)利要求10所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述失調(diào)寬度處理，包括對(duì)所述特定部分實(shí)施的加工。
12.如權(quán)利要求11所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述失調(diào)寬度處理，包括對(duì)所述特定部分利用濺射法形成導(dǎo)電性膜。
13.如權(quán)利要求12所述的壓電振動(dòng)陀螺儀，其特征是所述失調(diào)寬度處理，另外還包括對(duì)所述導(dǎo)電性膜的激光修整。
全文摘要
本發(fā)明提供一種六腳型壓電振動(dòng)陀螺儀，具有從本體部(2)相互間隔地向第1方向(A1)延長(zhǎng)的一對(duì)激勵(lì)用臂(3a、3b)、在激勵(lì)用臂間從本體部向第1方向延長(zhǎng)的1個(gè)非激勵(lì)用臂(3c)、從本體部相互間隔地向第2方向(A2)延長(zhǎng)的一對(duì)檢測(cè)用臂(4a、4b)、在檢測(cè)用臂間從本體部向第2方向延長(zhǎng)的1個(gè)非檢測(cè)用臂(4c)。在激勵(lì)用臂上結(jié)合驅(qū)動(dòng)側(cè)電極。在檢測(cè)用臂上結(jié)合檢測(cè)用臂。激勵(lì)用臂、非激勵(lì)用臂、檢測(cè)用臂及非檢測(cè)用臂各自構(gòu)成壓電體。激勵(lì)用臂各自和非激勵(lì)用臂在寬度尺寸上相互不同。激勵(lì)用臂各自和檢測(cè)用臂各自在寬度尺寸上相互不同。激勵(lì)用臂各自和非檢測(cè)用臂在寬度尺寸上相互不同。
文檔編號(hào)G01P9/04GK1759299SQ20048000618
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者井上武志, 山本滿, 越智篤, 倉(cāng)本健次, 中島光浩 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社, 日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社