JP2000009469A - 圧電ジャイロおよびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出感度を高め、温度変化に対しても高い感
度を維持することが可能な圧電ジャイロを提供する。 【解決手段】 圧電ジャイロは、検出電極１９〜２６の
検出信号を増幅器４２に入力して増幅し、帯域フィルタ
４３で検出側の共振周波数成分のみを取り出して位相調
整回路４４によって位相調整を行い、さらに制限抵抗４
５により定電流の駆動信号を駆動電極１１〜１８に入力
することで、検出側の共振周波数で自励発振を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動振動方向に励
振されるとき加わる角速度に応じて駆動振動方向に直交
する検出振動方向に振動する圧電ジャイロおよびその駆
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の運動は、並進運動と回転運動とに
分けられる。このうち回転運動のみを並進運動から切り
離して検出することが可能な圧電ジャイロが知られてい
る。圧電ジャイロは、例えば、ベース部から２本のアー
ム部を平行に延設した音叉型の圧電素子を形成し、一方
のアーム部に駆動電極を取り付け、他方のアーム部に検
出電極を取り付ける。このとき、駆動信号を供給して励
振したときにアーム部が面内振動を行うように、駆動電
極の位置を設定する。駆動電極に駆動信号を供給してア
ーム部が駆動振動モードにある場合に、回転運動による
角速度が加わると、コリオリの力が働いて、駆動振動に
直交する方向、すなわち面垂直方向に振動する。この面
垂直振動を検出するように検出電極を配置すれば、この
検出電極からの出力信号に基づいて加わった角速度を検
出することが可能となる。このような圧電ジャイロは、
断面が円形、三角、四角などに構成された柱型、アーム
部が３つ以上の音叉型、ベース部の両側にアーム部が延
設されたＨ型などが代表的であり、ビデオカメラの手ぶ
れ検出、自動車のヨウレート検出、ナビゲーション装置
などの移動体位置検出などに広く用いられている。

【０００３】このような圧電ジャイロにおいて、駆動振
動モードの共振周波数と検出振動モードの共振周波数と
を近づけることによって、検出の感度を高めることがで
きる。しかしながら、各振動モードの結合や作成誤差な
どにより駆動振動モードと検出振動モードの共振周波数
を完全に一致させることは困難である。従来は、検出振
動モードの共振周波数とはずれた駆動振動モードの共振
周波数で駆動することが一般的であった。また、このよ
うな駆動振動モードの共振周波数での励振状態を安定化
するために、駆動共振を利用した自励発振を行うことも
考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような装置にお
いて、駆動振動モードの共振周波数により駆動すると、
検出の感度を十分に得られないというおそれがある。ま
た、圧電振動子によっては各振動モードの共振周波数が
温度により変化するため、検出信号を温度補正する必要
がある。たとえば、圧電振動子としてタンタル酸リチウ
ム単結晶を音叉型またはＨ型に構成した場合、面内振動
（ｆｘモード）の共振周波数は温度による安定性が良好
であるが、面垂直振動（ｆｚモード）の共振周波数は温
度による変化が大きい。このようなタンタル酸リチウム
単結晶の振動子を用いて、ｆｘモードを駆動振動モード
とし、ｆｚモードを検出振動モードとし、ｆｘモードの
共振周波数で励振した場合、環境変化に伴う検出感度が
大きく異なり、これに基づく温度補正を行う必要性がで
てくる。

【０００５】本発明は、検出感度を高め、温度変化に対
しても高い感度を維持することが可能な圧電ジャイロお
よびその駆動方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電ジャイ
ロは、駆動振動方向と検出振動方向とが互いに直交する
圧電ジャイロであって、検出振動方向の共振周波数で駆
動振動方向の励振を行うものである。この場合、温度変
化に伴って検出振動方向の共振周波数が変化しても、駆
動振動をこれに追随させることができ、高い検出感度を
維持することが可能となる。

【０００７】ここで、検出振動方向の漏れ出力を検出し
て駆動振動方向の励振を行う自励発振回路を備える構成
とすることができる。この場合には、駆動振動から検出
振動方向への漏れ出力により駆動振動を励振しているた
め、検出振動方向の共振周波数で駆動させることがで
き、検出感度を高めることが可能となる。

【０００８】ここで、ベース部と、ベース部から平行に
延設される２本のアーム部とを備え、アーム部の一方に
駆動信号が供給される駆動電極が取り付けられ、アーム
部の他方に検出信号を出力する検出電極が取り付けられ
る構成とすることができる。この場合、いわゆる音叉型
の圧電ジャイロを構成して、上述の構成を適用すること
ができる。

【０００９】また、駆動信号が供給されるときアーム部
が面内振動するように駆動電極が配置され、アーム部が
面垂直振動するとき検出信号を出力するように検出電極
が配置される構成とすることができる。さらに、駆動信
号が供給されるときアーム部が面垂直振動するように駆
動電極が配置され、アーム部が面内振動するとき検出信
号を出力するように検出電極が配置される構成とするこ
とができる。

【００１０】この場合、アーム部の面内振動と面垂直振
動のいずれを検出振動とすることもでき、Ｑ値の高い面
内振動を検出側にした場合にはより高い検出感度を得る
ことができる。また、ベース部と、ベース部から平行に
延設される２本の駆動アーム部と、ベース部から駆動ア
ーム部と反対側に平行に延設される２本の検出アーム部
とを備え、駆動信号が供給される駆動電極が前記駆動ア
ーム部に取り付けられ、検出信号を出力する検出電極が
検出アーム部に取り付けられる構成とすることができ
る。

【００１１】この場合には、いわゆるＨ型の圧電振動子
を構成して、上述の構成を適用することができる。この
ような構成において、駆動信号が供給されるとき駆動ア
ーム部が面内振動するように駆動電極が配置され、検出
アーム部が面垂直振動するとき検出信号を出力するよう
に検出電極が配置される構成とすることができる。

【００１２】また、駆動信号が供給されるとき駆動アー
ム部が面垂直振動するように駆動電極が配置され、検出
アーム部が面内振動するとき検出信号を出力するように
検出電極が配置される構成とすることができる。この場
合にも、前述の音叉型の場合と同様に、面内振動と面垂
直振動のいずれを検出振動とすることもでき、Ｑ値の高
い面内振動を検出側にした場合にはより高い検出感度を
得ることができる。

【００１３】さらに、検出電極から出力される検出信号
に基づいて、検出振動方向の漏れ出力を検出するように
構成することができ、漏れ出力検出電極をさらに設け、
この漏れ出力検出電極から出力される検出信号に基づい
て検出振動方向の漏れ出力を検出することもできる。ま
た、駆動電極に供給される駆動信号は交流定電流とする
ことができる。この場合には、この圧電ジャイロに角速
度が加わって内部の機械インピーダンスが変化しても、
振動周波数が変化することなく、安定的に励振すること
が可能となる。

【００１４】また、駆動電極に供給される駆動信号は、
検出振動方向の共振周波数を搬送波として振幅変調また
周波数変調することができる。さらに、本発明では、圧
電振動子と、駆動電極と、検出電極と、定電流回路と、
自励発振回路とを備える圧電ジャイロを提案する。圧電
振動子は、ベース部と、ベース部の一方に平行に延設さ
れた２本の駆動アーム部と、ベース部の他方に平行に延
設された２本の検出アーム部とが一体的に形成されてい
る。駆動電極は、駆動信号が供給されるとき駆動アーム
部を面垂直方向に振動させるように駆動アーム部外面に
配置される。検出電極は、検出アーム部が面内振動する
とき検出信号を出力するように検出アーム部外面に配置
される。定電流回路は、駆動アーム部を駆動振動させる
ための駆動信号を駆動電極に供給する。自励発振回路
は、検出電極の検出信号に基づいて検出振動における漏
れ出力を検出し、漏れ出力の周波数により定電流回路か
ら駆動電極に供給する駆動信号を発振させる。

【００１５】この場合には、駆動アーム部に設けた駆動
電極に検出アーム部に設けた検出電極から得られる検出
信号をフィードバックすることによって自励発振させて
おり、検出アーム部の共振周波数で駆動しているため、
検出側の共振周波数が変化しても高い検出感度を維持す
ることが可能である。さらに、本発明では、駆動振動方
向に励振されるとき加わる角速度に応じて駆動振動方向
に直交する検出振動方向に振動する圧電ジャイロの駆動
方法であって、検出振動方向の共振周波数で駆動振動方
向の励振を行う圧電ジャイロの駆動方法を提案する。

【００１６】ここで、検出振動方向の漏れ出力を検出し
てこの漏れ出力に基づいて駆動振動方向の励振を行うよ
うに構成することが可能である。また、検出振動を検出
するための検出電極の出力信号に基づいて、漏れ出力を
検出するように構成でき、漏れ出力を検出するための漏
れ出力検出電極の出力信号に基づいて漏れ出力を検出す
るようにもできる。

【００１７】さらに、定電流回路によって駆動信号を作
成するように構成できる。また、検出振動方向の共振周
波数を搬送波として振幅変調また周波数変調された駆動
信号により駆動振動するように構成できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕本発明の第１実
施形態を図を用いて説明する。図１に示すような結晶軸
方位を示す１３０゜回転ｙタンタル酸リチウム単結晶を
用いて、図２に示すようなＨ型圧電振動子１を構成し
た。

【００１９】この圧電振動子１は、ベース部２の一方に
第１駆動アーム部３、第２駆動アーム部４が平行に延設
されており、ベース部２の他方に第１検出アーム部５、
第２検出アーム部６が延設されている。図３は図２の平
面図であり、図４は図２の底面図である。図３に示すよ
うに、第１駆動アーム部３には、ｘ軸に平行な外表面に
駆動電極１１，１２，１３，１４が設けられている。駆
動電極１１，１２，１３，１４はそれぞれ第１駆動アー
ム部３の長さ方向に設けられており、駆動電極１１，１
２が対向し、駆動電極１３，１４が対向するように設け
られている。駆動電極１１，１２および駆動電極１３，
１４には互いに逆極性の電圧が印加されることにより、
第１駆動アーム部３を面内振動させる（ｆｘモード）。

【００２０】また、第２駆動アーム部４には、第１駆動
アームと同様に、ｘ軸に平行な外表面に駆動電極１５，
１６，１７，１８が設けられている。駆動電極１５，１
６，１７，１８はそれぞれ第２駆動アーム部４の長さ方
向に設けられており、駆動電極１５，１６が対向し、駆
動電極１７，１８が対向するように設けられている。駆
動電極１５，１６および駆動電極１７，１８には互いに
逆極性の電圧が印加されることにより、第２駆動アーム
部４を面内振動させる（ｆｘモード）。

【００２１】図４に示すように、第１検出アーム部５に
は、ｙ軸周りの４面にそれぞれ検出電極１９，２０，２
１，２２が設けられている。各検出電極１９，２０，２
１，２２はそれぞれ第１検出アーム部５の長さ方向に設
けられている。第１検出アーム部５が面垂直方向に振動
する（ｆｚモード）とき、各検出電極１９，２０，２
１，２２はそれぞれ直交する面に設けられた電極間に電
流が生じるように構成されている。

【００２２】第２検出アーム部６には、第１検出アーム
部５と同様に、ｙ軸周りの４面にそれぞれ検出電極２
３，２４，２５，２６が設けられている。各検出電極２
３，２４，２５，２６はそれぞれ第２検出アーム部６の
長さ方向に設けられている。第２検出アーム部６が面垂
直方向に振動する（ｆｚモード）とき、各検出電極２
３，２４，２５，２６はそれぞれ直交する面に設けられ
た電極間に電流が生じるように構成されている。

【００２３】図２に示すように、ベース部２に設けられ
る配線パターンにより、駆動電極１２と駆動電極１８と
が接続され、駆動電極１４と駆動電極１６とが接続さ
れ、図示していないが、駆動電極１１と駆動電極１７と
が接続され、駆動電極１３と駆動電極１５とが接続され
ている。このことにより、各駆動電極に与えられる駆動
信号に基づいて第１駆動アーム部３および第２駆動アー
ム部４が同期して振動することとなる。

【００２４】また、図２に示すように、ベース部２に設
けられる配線パターンにより、検出電極２１と検出電極
２６とが接続され、検出電極２２と検出電極２５とが接
続され、図示していないが、検出電極１９と検出電極２
４が接続され、検出電極２０と検出電極２３とが接続さ
れている。このようにした圧電振動子１は、図５に示す
ような密封ケース３１に封入される。圧電振動子１は、
密封ケース３１に固定される支持部材３２にベース部２
が支持されることによって、密封ケース３１内に固定さ
れている。

【００２５】ベース部２に設けられた配線パターンに
は、駆動電極１１〜１８および検出電極１９〜２６に接
続される引き出し用電極が形成されており、この引き出
し電極から銅線３３を介して端子３４に接続されてい
る。圧電振動子１は、ベース部２の長さが１１ｍｍ、駆
動アーム部３，４の長さが７ｍｍ、検出アーム部５，６
の長さが７ｍｍ、各アーム部３，４，５，６の１辺の長
さが１ｍｍ、ｘ軸方向の幅が２．５５ｍｍに設定してい
る。また、密封ケース３１の寸法を２０ｍｍ×３３ｍｍ
×４．８ｍｍとしている。

【００２６】このようにした圧電振動子１では、対象と
する周波数領域において、図６に示すような異なる３種
類の固有振動が存在する。これは、図６（Ａ）に示すよ
うに駆動電極１１〜１８側の第１，第２駆動アーム部
３，４が面内振動する駆動側のｆｘモード、図６（Ｂ）
に示すように、駆動アーム部３，４および検出アーム部
５，６がともに面垂直振動するｆｚモード、図６（Ｃ）
に示すように、検出電極１９〜２６側の第１，第２検出
アーム部５，６が面内振動する検出側のｆｘモードであ
る。これらは、有限要素法による解析、インピーダンス
特性の測定結果および光変位計での先端変位の測定結果
で確認したものである。また、このときのｆｘモードに
おける振動のＱ値は２００００であり、ｆｚモードにお
ける振動のＱ値は６０００であった。

【００２７】このようにした圧電振動子１の駆動電極お
よび検出電極の入力インピーダンスを図７に示す。駆動
電極１１〜１８のインピーダンス特性Ｚｄｒは、Ａ点に
おいて最小値のピークを示した。このことは、駆動側に
おいては、図６（Ａ）に示す駆動側のｆｘモードに対応
して単一の共振特性を示すことがわかる。これに対し
て、検出電極１９〜２６のインピーダンス特性Ｚｄｅ
は、Ｂ点で最小値のピークを持つとともに、Ｃ点におい
て第２のピーク値を示す。このことにより、検出側で
は、図６（Ｂ）に示すｆｚモードに対応する共振点と、
検出側のｆｘモードに対応する共振点を有することがわ
かる。

【００２８】また、駆動電極１１〜１８と検出電極１９
〜２６との間の漏れ出力の周波数特性を図８に示す。図
８によれば、駆動側から検出側への漏れ出力は、検出側
の共振周波数で極大となり、位相も急激に変化する特性
を示す。したがって、検出側の漏れ出力を検出してこれ
を駆動側にフィードバックして駆動することによって、
駆動側の共振周波数と検出側の共振周波数にずれがあっ
ても、検出感度を高く維持することができ、温度変化に
伴って検出側の共振周波数が変化しても高い検出感度を
維持できる。

【００２９】駆動側の共振周波数およびそれから４００
Ｈｚずれた検出側の共振周波数により駆動振動した場合
の駆動アーム部３，４の振動変位を光変位計で測定し、
その結果を図９に示す。図９において、駆動側の共振周
波数で駆動した場合をＡに示し、検出側の共振周波数で
駆動した場合をＢに示している。このことにより、検出
側の共振周波数で駆動した場合には、駆動側の共振周波
数で駆動した場合に比して３５０倍の電圧を印加しなけ
れば同等の振動変位を得られないという結果となった。
このことは、破壊限界が変位に比例するならば、検出側
の共振周波数で駆動する場合には、駆動側の共振周波数
で駆動する場合に比して３５０倍の電圧を印加できるこ
ととなる。

【００３０】駆動側の共振周波数および検出側の共振周
波数によって駆動振動させた場合の駆動電圧と検出感度
との関係を図１０に示す。図１０において、駆動側の共
振周波数で駆動した場合をＡに示し、検出側の共振周波
数で駆動した場合をＢに示している。いずれの場合も高
い感度を得ることができた。これは、ｆｘモードにおけ
る高いＱ値を駆動で利用しても検出で利用しても同様に
高い感度を得ることに寄与するものと考えられる。ま
た、駆動振動方向をｆｘモードにしていることとｆｘモ
ードにおける振動のＱ値が高いことから、破壊限界に到
達する駆動電圧が小さくなる。この場合には、駆動電圧
が５Ｖｒｍｓ程度でも破壊が生じることがある。これに
対し、検出側にｆｘモードを対応させ、その共振周波数
で駆動することにより、駆動電圧を３５０倍程度まで増
加することが可能であり、実質的に感度を高めることが
できる。実験では、５０Ｖの印加で約１０倍の感度上昇
ができた。

【００３１】このようにした圧電ジャイロの駆動回路を
図１１に示す。圧電振動子１の検出電極１９〜２６から
の出力信号は角速度検出回路４１に入力されている。角
速度検出回路４１は、圧電振動子１の出力信号に応じて
出力側におけるｆｚモードの振動を検出し、コリオリ力
の強さを検出する。検出電極１９〜２６からの出力信号
は、増幅器４２にも入力されている。この増幅器４２
は、検出電極１９〜２６からの出力信号を増幅して飽和
させるものであり、角速度に基づく振幅の変動に関わり
なく、定電圧信号を出力する。増幅器４２の出力は帯域
フィルタ４３に入力される。この帯域フィルタ４３は、
検出側の共振周波数付近の帯域を通過させるように設定
されており、駆動側の共振周波数成分やその他のノイズ
成分をカットするように構成される。帯域フィルタ４３
の出力は位相調整回路４４に入力されている。位相調整
回路４４は、帯域フィルタ４３から出力される信号を位
相が調整された駆動信号とする。位相調整回路４４の出
力は制限抵抗４５を介して駆動電極１１〜１８に入力さ
れる。制限抵抗４５は、駆動電極１１〜１８に入力され
る駆動信号を定電流にするものである。このように、圧
電振動子１、増幅器４２、帯域フィルタ４３、位相調整
回路４４、制限抵抗４５によって、検出側の共振周波数
による定電流自励発振回路が構成されている。なお、帯
域フィルタ４３は省略することも可能である。

【００３２】このようにした圧電ジャイロでは、検出側
の共振周波数により駆動振動を行っており、検出感度を
高く維持することができ、検出側の共振周波数が温度変
動に伴って変動した場合であっても、高い検出感度を維
持することが可能となる。たとえば、ここで用いたタン
タル酸リチウム単結晶の圧電振動子１は、図１２に示す
ような共振周波数の温度特性を有している。

【００３３】図１２によれば、アーム部の面内振動方向
における共振周波数の温度特性Ａは通常の環境でほぼ一
定の値を示すが、アーム部の面垂直方向における共振周
波数の温度特性Ｂは温度の変動により大きく変動するこ
とがわかる。したがって、上述したように、検出側の共
振周波数によって駆動振動を行うことにより、温度が変
動しても高い検出感度を維持することが可能となる。

【００３４】微弱な角速度の検出を行う場合には、駆動
電極１１〜１８に入力される駆動信号を、低周波数によ
るパルス変調することができる。たとえば、図１３
（Ａ）に示すような検出側の共振周波数を搬送波として
駆動信号を作成する。この場合、この搬送波の周波数は
１５ｋＨｚ付近となる。これを図１３（Ｂ）に示すよう
に１００Ｈｚ程度の低周波数でパルス変調する。検出電
極１９〜２６で検出される漏れ出力は、検出側の共振周
波数を搬送波とするパルス信号として現れる。この検出
電極１９〜２６の検出信号をそのまま前述の自励共振回
路を介して駆動側にフィードバックすることで駆動側の
アーム部を検出側の共振周波数で駆動振動させることが
できる。

【００３５】圧電振動子１に角速度が加わってコリオリ
力がはたらいた場合、検出電極１９〜２６には、図１３
（Ｃ）に示すように、コリオリ力によって振幅変調が加
わった信号が現れる。これをローパスフィルタに通して
復調すると、図１３（Ｄ）に示すようなパルス信号が得
られる。これを搬送波による同期検波を行い、さらにパ
ルス積分を行うことにより、図１３（Ｅ）に示すよう
な、低周波数のコリオリ力による角速度の変動を検出す
ることができる。

【００３６】この場合にも、検出電極１９〜２６から得
られる検出信号をそのまま自励共振回路を介して駆動側
にフィードバックする。このとき、検出電極１９〜２６
の検出信号は、コリオリ力により振幅変調されている
が、増幅器４２によって一定振幅の信号となり、駆動電
極１１〜１８に入力される駆動信号が作成される。この
ような構成は、検出電極１９〜２６から得られる検出信
号に対するパルス積分を行うための積分時間が十分であ
るような微弱な角速度を検出する場合に、適用すること
が可能である。 〔第２実施形態〕第１実施形態で用いたタンタル酸リチ
ウム単結晶による圧電振動子は、上述したように、ｆｘ
モードにおける振動のＱ値が２００００と高く、ｆｘモ
ードにおける共振周波数の温度安定性が良好である。し
たがって、第１実施形態の検出電極１９〜２６に駆動信
号を供給してｆｚモードの振動を駆動振動とし、駆動電
極１１〜１８から得られる信号を検出信号とすることが
考えられる。

【００３７】この場合、図１１に示す自励発振回路を構
成して、駆動電極１１〜１８から得られる漏れ出力によ
り検出電極１９〜２６を駆動振動する。このとき、駆動
振動は、Ｑ値が比較的低いｆｚモードによる振動となる
ため、破壊限界に到達する駆動電圧の上限が高くなる。
したがって、駆動側の共振周波数からずれた検出側の共
振周波数により駆動側を励振する場合に、同様の変位を
もたらすために大きな駆動電圧を必要とするが、これに
対応させることが可能となる。この場合には、ｆｘモー
ドで駆動する場合に比して３５０倍の駆動電圧を印加す
ることが可能となり、駆動電圧を高めることによってさ
らに実質的な感度を高めることができる。

【００３８】また、ｆｘモードにおける共振周波数は、
図１２に示すように、温度変化に伴う変動が少ない。し
たがって、このｆｘモードにおける共振周波数を駆動信
号としているため、駆動振動を安定させることが容易で
ある。また、検出される漏れ出力が温度変化によって変
動することが少なく、帯域フィルタ４３などの回路構成
も簡単にすることが可能となる。 〔第３実施形態〕第２実施形態において、漏れ出力を検
出するための漏れ出力検出電極をさらに設けることも可
能である。

【００３９】たとえば、図１４、図１５に示すように、
駆動電極１１〜１８のベース部２寄りに漏れ出力検出用
電極５１〜５８を設ける。漏れ出力検出電極５１，５
２，５３，５４は、第１駆動アーム部３のｘ軸に平行な
外表面に設けられており、それぞれｙ軸周りに対応する
位置の駆動電極１１，１２，１３，１４と同極性に設定
されている。また、漏れ出力検出電極５５，５６，５
７，５８は、第２駆動アーム部４のｘ軸に平行な外表面
に設けられており、それぞれｙ軸周りに対応する位置の
駆動電極１５，１６，１７，１８と同極性に設定されて
いる。

【００４０】この場合には、第２実施形態と同様にし
て、検出電極１９〜２６に駆動信号を入力してｆｚモー
ドの駆動振動を行う。角速度が加わってコリオリ力がは
たらくと、各アーム部にｆｘモードの振動が生じるの
で、駆動電極１１〜１８から得られる検出信号に基づい
て角速度を求めることができる。また、駆動側から検出
側への漏れ出力は、漏れ出力検出電極５１〜５８からの
出力信号により得ることができる。この漏れ出力検出電
極５１〜５８の出力信号を図１１の増幅器４２に入力
し、駆動信号にフィードバックして自励発振を行う。

【００４１】このように構成した場合には、角速度を検
出するための信号と駆動振動を行うための漏れ出力とを
別系統で処理することができ、信号処理が容易になる。
第１実施形態において、検出電極１９〜２６に対応する
漏れ出力検出電極を設けて、駆動側から検出側への漏れ
出力を検出するように構成することも可能である。 〔第４実施形態〕図１６、図１７に示すような音叉型の
圧電振動子６１に本発明を適用することができる。

【００４２】圧電振動子６１は、ベース部６２に第１ア
ーム部６３および第２アーム６４が平行に延設されたも
のである。この圧電振動子６１は前述の実施形態と同様
のタンタル酸リチウム単結晶圧電素子で構成される。第
１アーム部６３には、ｙ軸周りの４面にそれぞれ電極６
５，６６，６７，６８が設けられている。各電極６５，
６６，６７，６８はそれぞれ第１アーム部６３の長さ方
向に設けられている。第１アーム部６３が面垂直方向に
振動するとき、各電極６５，６６，６７，６８はそれぞ
れ直交する面に設けられた電極間に電流が生じるように
構成されており、また各電極６５，６６，６７，６８の
それぞれ直交する電極間に電圧を印加すると、第１アー
ム部６３が面垂直方向に振動するように構成されてい
る。

【００４３】第２アーム部６４には、ｘ軸に平行な外表
面に電極６９，７０，７１，７２が設けられている。電
極６９，７０，７１，７２はそれぞれ第１アーム部６４
の長さ方向に設けられており、電極６７，７０が対向
し、電極７１，７２が対向するように設けられている。
電極６９，７０および駆動電極７１，７２には互いに逆
極性の電圧が印加されることにより、第２アーム部６４
を面内振動させ、また、第２アーム部６４が面内振動す
るとき、各対向する電極間に電流を生じるように構成さ
れている。

【００４４】第１アーム部６３の電極６５〜６８に駆動
信号を供給してｆｚモードによる駆動振動をさせ、角速
度が加わった場合のｆｘモードの検出振動を第２アーム
部６４の電極６９〜７２から得るようにした場合、図１
１の自励発振回路を用いて、電極６９〜７２からの検出
信号を角速度検出回路４１に入力するとともに、増幅器
４２に入力し、駆動側にフィードバックするように構成
する。

【００４５】この場合には、前述した実施形態と同様
に、駆動側から検出側への漏れ出力を検出してこれを駆
動側にフィードバックして、検出側の共振周波数で駆動
振動させることができ、高い検出感度を維持することが
できる。また、この場合、ｆｘモードの振動を検出側の
振動モードにしているため、高いＱ値により検出感度を
高く維持することができ、温度変化に伴う変動が少ない
ｆｘモードの共振周波数を利用できる。

【００４６】第２アーム部６４に設けた電極６９〜７２
に駆動信号を供給して、ｆｘモードによる駆動振動をさ
せ、第１アーム部６３に設けた電極６５〜６８からの検
出信号によりｆｚモードによる検出振動を検出するよう
に構成することもできる。 〔第５実施形態〕第４実施形態において、検出側の電極
に対応して漏れ出力検出電極を設けることも可能であ
る。

【００４７】たとえば、図１８、図１９に示すように、
第２アーム部６４の電極６７〜７２のベース部６２寄り
に漏れ出力検出電極８１〜８４を設ける。漏れ出力検出
電極８１，８２，８３，８４は、第２アーム部６４のｘ
軸に平行な外表面に設けられており、それぞれｙ軸周り
に対応する位置の電極６９，７０，７１，７２と同極性
に設定されている。

【００４８】この場合には、第４実施形態と同様にし
て、電極６５〜６８に駆動信号を入力してｆｚモードの
駆動振動を行う。角速度が加わってコリオリ力がはたら
くと、各アーム部にｆｘモードの振動が生じるので、電
極６９〜７２から得られる検出信号に基づいて角速度を
求めることができる。また、駆動側から検出側への漏れ
出力は、漏れ出力検出電極８１〜８４からの出力信号に
より得ることができる。この漏れ出力検出電極８１〜８
４の出力信号を図１１の増幅器４２に入力し、駆動信号
にフィードバックして自励発振を行う。

【００４９】このように構成した場合には、角速度を検
出するための信号と駆動振動を行うための漏れ出力とを
別系統で処理することができ、信号処理が容易になる。
第２アーム部６４に設けた電極６９〜７２に駆動信号を
供給して、ｆｘモードによる駆動振動をさせ、第１アー
ム部６３に設けた電極６５〜６８からの検出信号により
ｆｚモードによる検出振動を検出するように構成した場
合には、第１アーム部６３の電極６５〜６８に対応させ
て漏れ出力検出電極を設けるように構成する。 〔他の実施形態〕タンタル酸リチウム単結晶に代えて、
他の圧電材料により圧電振動子を構成することも可能で
ある。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、検出側の共振周波数に
よって駆動振動をさせているため、常に高い検出感度を
維持することができ、たとえば温度変化に応じて共振周
波数が変動したとしても、高い感出感度を維持すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に採用される圧電振動子を
構成するタンタル酸リチウム単結晶の結晶方位を示す説
明図。

【図２】本発明の第１実施形態に採用されるＨ型圧電振
動子の斜視図。

【図３】その電極配置を示す平面図。

【図４】その電極配置を示す底面図。

【図５】その実装例を示す斜視図。

【図６】振動モードを示す説明図。

【図７】各電極の入力インピーダンスの周波数特性図。

【図８】漏れ出力の振幅および位相の周波数特性図。

【図９】駆動電圧と変位量との関係を示す特性図。

【図１０】駆動電圧と検出感度の関係を示す特性図。

【図１１】自励発振回路の構成を示すブロック図。

【図１２】共振周波数の温度特性図。

【図１３】パルス変調したときの信号を示す説明図。

【図１４】第３実施形態に用いられる圧電振動子の正面
図。

【図１５】その電極配置を示すXV−XV断面図。

【図１６】第４実施形態に用いられる圧電振動子の斜視
図。

【図１７】その電極配置を示す平面図。

【図１８】第５実施形態に用いられる圧電振動子の斜視
図。

【図１９】その電極配置を示すXIX −XIX 断面図。

【符号の説明】

１ 圧電振動子 ２ ベース部 ３ 第１駆動アーム部 ４ 第２駆動アーム部 ５ 第１検出アーム部 ６ 第２検出アーム部 １１〜１８ 駆動電極 １９〜２６ 検出電極 ４１ 角速度検出回路 ４２ 増幅器 ４３ 帯域フィルタ ４４ 位相調整回路 ４５ 制限抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 澄夫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 AA08 BB02 BB09 CC01 CD02 CD06 CD11 CD20

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動振動方向と検出振動方向とが互いに直
   交する圧電ジャイロであって、前記検出振動方向の共振
   周波数で前記駆動振動方向の励振を行う圧電ジャイロ。
2. 【請求項２】検出振動方向の漏れ出力を検出して前記駆
   動振動方向の励振を行う自励発振回路を備える、請求項
   １に記載の圧電ジャイロ。
3. 【請求項３】ベース部と、前記ベース部から平行に延設
   される２本のアーム部とを備え、前記アーム部の一方に
   駆動信号が供給される駆動電極が取り付けられ、前記ア
   ーム部の他方に検出信号を出力する検出電極が取り付け
   られる、請求項１または２に記載の圧電ジャイロ。
4. 【請求項４】前記駆動電極は、駆動信号が供給されると
   き前記アーム部が面内振動するように配置され、前記検
   出電極は、前記アーム部が面垂直振動するとき検出信号
   を出力するように配置される、請求項３に記載の圧電ジ
   ャイロ。
5. 【請求項５】前記駆動電極は、駆動信号が供給されると
   き前記アーム部が面垂直振動するように配置され、前記
   検出電極は、前記アーム部が面内振動するとき検出信号
   を出力するように配置される、請求項３に記載の圧電ジ
   ャイロ。
6. 【請求項６】ベース部と、前記ベース部から平行に延設
   される２本の駆動アーム部と、前記ベース部から前記駆
   動アーム部と反対側に平行に延設される２本の検出アー
   ム部とを備え、駆動信号が供給される駆動電極が前記駆
   動アーム部に取り付けられ、検出信号を出力する検出電
   極が前記検出アーム部に取り付けられる、請求項１また
   は２に記載の圧電ジャイロ。
7. 【請求項７】前記駆動電極は、駆動信号が供給されると
   き前記駆動アーム部が面内振動するように配置され、前
   記検出電極は、前記検出アーム部が面垂直振動するとき
   検出信号を出力するように配置される、請求項６に記載
   の圧電ジャイロ。
8. 【請求項８】前記駆動電極は、駆動信号が供給されると
   き前記駆動アーム部が面垂直振動するように配置され、
   前記検出電極は、前記検出アーム部が面内振動するとき
   検出信号を出力するように配置される、請求項６に記載
   の圧電ジャイロ。
9. 【請求項９】前記検出電極から出力される検出信号に基
   づいて、検出振動方向の漏れ出力を検出する、請求項３
   〜８のいずれかに記載の圧電ジャイロ。
10. 【請求項１０】検出振動方向の漏れ出力を検出するため
    の漏れ出力検出電極をさらに備える、請求項３〜８のい
    ずれかに記載の圧電ジャイロ。
11. 【請求項１１】前記駆動電極に供給される駆動信号は交
    流定電流である、請求項３〜１０のいずれかに記載の圧
    電ジャイロ。
12. 【請求項１２】前記駆動電極に供給される駆動信号は、
    検出振動方向の共振周波数を搬送波として振幅変調また
    周波数変調される、請求項１１に記載の圧電ジャイロ。
13. 【請求項１３】ベース部と、前記ベース部の一方に平行
    に延設された２本の駆動アーム部と、前記ベース部の他
    方に平行に延設された２本の検出アーム部とが一体的に
    形成された圧電振動子と、 駆動信号が供給されるとき前記駆動アーム部を面垂直方
    向に振動させるように前記駆動アーム部外面に配置され
    る駆動電極と、 前記検出アーム部が面内振動するとき検出信号を出力す
    るように前記検出アーム部外面に配置される検出電極
    と、 前記駆動アーム部を駆動振動させるための駆動信号を前
    記駆動電極に供給する定電流回路と、 前記検出電極の検出信号に基づいて検出振動における漏
    れ出力を検出し、前記漏れ出力の周波数により前記定電
    流回路から前記駆動電極に供給する駆動信号を作成する
    自励発振回路と、を備える圧電ジャイロ。
14. 【請求項１４】駆動振動方向と検出振動方向とが互いに
    直交する圧電ジャイロの駆動方法であって、前記検出振
    動方向の共振周波数で前記駆動振動方向の励振を行う圧
    電ジャイロの駆動方法。
15. 【請求項１５】検出振動方向の漏れ出力を検出してこの
    漏れ出力に基づいて前記駆動振動方向の励振を行う、請
    求項１４に記載の圧電ジャイロの駆動方法。
16. 【請求項１６】検出振動を検出するための検出電極の出
    力信号に基づいて漏れ出力を検出する、請求項１４また
    は１５に記載の圧電ジャイロの駆動方法。
17. 【請求項１７】漏れ出力検出電極の出力信号に基づいて
    漏れ出力を検出する、請求項１４または１５に記載の圧
    電ジャイロの駆動方法。
18. 【請求項１８】定電流回路によって駆動信号を作成す
    る、請求項１４〜１７のいずれかに記載の圧電ジャイロ
    の駆動方法。
19. 【請求項１９】検出振動方向の共振周波数を搬送波とし
    て振幅変調また周波数変調された駆動信号により駆動振
    動する、請求項１４〜１８のいずれかに記載の圧電ジャ
    イロの駆動方法。