JP2001194152A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化を招かず、又、加工精度を上げること
なく、しかも、検出精度の低下を招くことなしに、より
大きな検出感度を得る。 【解決手段】 検出用平行平板部２３の各検出側平板部
２１，２２には、検出用平行平板部２３の振動時に、各
検出側平板部２１，２２の外側面に設けられた検出用圧
電膜２９において交互に圧縮及び伸張変形する振動子１
１の検出軸方向に離間した２つの領域に対応する部分に
それぞれ厚さ方向での薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，
２２ｂが設けられている。各検出用電極３０，３１は、
それぞれが設けられた検出側平板部２１，２２の各薄肉
部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応する各検出用
圧電膜２９上の領域にそれぞれ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動ジャイロ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電振動ジャイロには、音叉振動
子を使う音叉型、又、音片振動子を使う音片型がある。
しかし、このような圧電振動ジャイロは、検出感度ある
いは検出精度を確保しながら小型化することが困難であ
った。

【０００３】このため、本出願人は、そのような課題を
解決する圧電振動ジャイロとして、図８に示すような、
平行平板型の圧電振動ジャイロ６０を提案している。こ
の圧電振動ジャイロ６０は、正四角柱の振動子６１を備
えており、その長手方向にある検出軸方向での一方の端
部が固定端とされ、同じく他方の端部が自由端とされて
いる。振動子６１の固定端側には、貫通孔６２によって
形成された一対の励振側平板部６３からなる励振用平行
平板部６４が形成され、同じく自由端側には、貫通孔６
２に直交する貫通孔６５によって形成された一対の検出
側平板部６６からなる検出用平行平板部６７が形成され
ている。そして、励振用平行平板部６４を各励振側平板
部６３の外側面にそれぞれ設けた励振用圧電膜６８でそ
の直交方向に励振するとともに、検出軸回りに作用する
角速度Ωによって検出用平行平板部に生じる直交方向の
コリオリ力を検出用平行平板部６７の各検出側平板部６
６の外側面に設けた検出用圧電膜６９で検出する。

【０００４】励振用平行平板部６４は、Ｘ軸方向の振動
が効率良く行われるようにするために、各励振側平板部
６３の全体がほぼ均一の厚さの薄肉板状に形成されてい
る。又、検出用平行平板部６７は、Ｙ軸方向の振動によ
って各検出側平板部６６の検出用圧電膜６９を効率良く
圧縮又は伸張変形させるために、各検出側平板部６６の
全体がほぼ同じ厚さの薄肉板状に形成されている。

【０００５】又、励振用平行平板部６４の各励振側平板
部６３には、励振用平行平板部６４の上部領域に対応す
る各励振用圧電膜６８上の領域と、同じく下部領域に対
応する各励振用圧電膜６８上の領域に、それぞれ各励振
側平板部６３間で対応するように励振用電極７０が設け
られている。

【０００６】検出用平行平板部６７の各検出側平板部６
６には、検出用平行平板部６７の上部領域に対応する各
検出用圧電膜６９上の領域と、同じく下部領域に対応す
る各検出用圧電膜６９上の領域に、それぞれ各検出側平
板部６６間で対応するように検出用電極７１が設けられ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の圧電振動ジャイ
ロ６０の検出感度をより高くするには、検出用平行平板
部６７の各検出用圧電膜６９をより大きく圧縮及び伸張
動作させる必要がある。このためには、検出用平行平板
部６７の各検出側平板部６６を検出軸方向により長くす
るか、又は、各検出側平板部６６をより薄くすること
で、各検出用圧電膜６９をより大きな変位量で圧縮及び
伸張動作させることが考えられる。

【０００８】しかしながら、検出用平行平板部６７の各
検出側平板部６６を検出軸方向に長くすると、圧電振動
ジャイロ６０が検出軸方向に大きくなる。又、各検出側
平板部６６の厚さは、現時点で例えば２００μｍ程度な
ので、より薄くしようとすると加工が難しい。

【０００９】さらに、検出用平行平板部６７の各検出側
平板部６６を検出軸方向により長くしたり、あるいは、
各検出側平板部６６を全体により薄くすると、検出用平
行平板部６７の剛性が不十分となり、図９（ａ）に示す
ようにＸ軸方向に撓み振動したり、図９（ｂ）に示すよ
うに検出軸回りに捻じれ振動するようになる。その結
果、検出精度が低下することが予測される。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、大型化を招かず、
又、加工精度を上げることなく、しかも、検出精度の低
下を招くことなしに、より高い検出感度を得ることがで
きる圧電振動ジャイロを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、互いに平行な状態で対向
する第１側面対と、互いに平行な状態で対向するととも
に前記第１側面対に直交する第２側面対とで外側面が形
成される四角柱状に形成された振動子と、前記振動子の
軸方向の一端側に、前記第１側面対間を直交方向に貫通
する第１貫通孔によって形成され、それぞれ前記各第２
側面を含む一対の励振側平板部からなる励振用平行平板
部と、前記振動子の軸方向の他端側に、前記第２側面対
間を直交方向に貫通する第２貫通孔によって形成され、
それぞれ前記各第１側面を含む一対の検出側平板部から
なる検出用平行平板部と、前記各励振側平板部の各第２
側面にそれぞれ形成された励振用圧電膜と、前記各検出
側平板部の各第１側面にそれぞれ形成された検出用圧電
膜と、前記各励振用圧電膜上にそれぞれ設けられた励振
用電極と、前記各検出用圧電膜上にそれぞれ設けられた
検出用電極とを備えた圧電振動ジャイロにおいて、前記
各検出側平板部には、前記検出用平行平板部のその厚さ
方向での振動時に、該各検出側平板部の前記第１側面に
設けられた前記検出用圧電膜において交互に圧縮及び伸
張変形する前記軸方向に離間した２つの各領域に対応す
る部分にのみそれぞれ前記厚さ方向での薄肉部が設けら
れ、前記各検出用電極は、それぞれが設けられた前記検
出側平板部の前記各薄肉部に対応する前記各検出用圧電
膜上の領域にそれぞれ設けられている圧電振動ジャイロ
である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記各検出用電極は、それぞれが設け
られた前記検出側平板部の前記各薄肉部における最大応
力集中領域に対応する前記検出用圧電膜上の領域にのみ
設けられている。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記各励振用電極は、前
記励振側平板部に対応し前記振動子の軸方向に２等分割
された前記励振用圧電膜上の各領域において、同軸方向
に直交する幅一杯で、かつ、同軸方向の長さの５分の２
を超える大きさの長方形状に、互いに電気的に絶縁され
た状態で形成されている。

【００１４】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
励振用平行平板部の両励振側平板部間で厚さ方向に対向
する両励振用電極に対して、互いに逆極性となる交番電
圧を印加すると、励振用平行平板部がその厚さ方向に変
位する横波状に振動する。すると、検出用平行平板部
が、励振用平行平板部の厚さ方向に振動する。このと
き、振動子の軸回りの角速度が圧電振動ジャイロに加わ
ると、検出用平行平板部に対して角速度の大きさに比例
するコリオリ力が作用する。すると、検出用平行平板部
が、コリオリ力によってその厚さ方向に変位する横波状
に振動する。その結果、各検出用圧電膜が圧縮及び伸張
変形されてコリオリ力に比例する交番電圧が生じ、検出
用電極から出力される。

【００１５】このとき、各検出用圧電膜において交互に
圧縮及び伸張変形する軸方向に離間した２つの領域に対
応する各検出側平板部の領域が厚さ方向に薄肉部とされ
ているので、各検出側平板部がコリオリ力によってその
厚さ方向に振動するときに各検出側平板部に発生する応
力が各薄肉部に集中する。このため、各薄肉部に対応す
る検出用圧電膜の領域がより大きく圧縮又は伸張変形す
るとともに、各薄肉部に対応しない検出用圧電膜の領域
はより小さく変形する。その結果、各薄肉部に対応する
検出用圧電膜の領域に発生する単位面積当たりの電圧が
より大きくなる。そして、各検出側平板部の各薄肉部に
対応する検出用圧電膜上の領域に設けられた各検出用電
極対間に大きな電圧が出力される。従って、検出用平行
平板部の両検出側平板を振動子の軸方向により長くした
り、両検出側平板部の厚さをより薄くすることなく検出
感度が高くなる。一方、両検出側平板を振動子の軸方向
により長くしたり、両検出側平板部の厚さをより薄くし
ないので、検出用平行平板部の剛性が不足せず、励振方
向に撓み振動したり軸回りに捻じれ振動しない。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、検出用平行平板部がコリ
オリ力によってその厚さ方向に振動すると、各検出側平
板部の各薄肉部に応力が集中する。すると、各薄肉部の
最大応力集中領域に対応する検出用圧電膜の領域に発生
する単位面積当たりの電圧が一層大きくなる。そして、
各薄肉部の最大応力集中領域に対応する検出用圧電膜上
の領域のみに設けられた各検出用電極間により一層大き
な電圧が出力される。従って、大型化することなく、
又、加工精度を上げることなく、しかも、検出精度の低
下を招くことなく検出感度が一層大きくなる。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、各励振側平
板部において振動子の軸方向に離間した各励振用電極に
対して互いに逆極性となるとともに、両励振側平板部間
で厚さ方向に対応する両励振用電極間で互いに逆極性と
なるように、各励振用電極に対して交番電圧を印加する
と、励振用平行平板部がその厚さ方向に変位する横波状
に振動する。ここで、各励振用電極を、励振側平板部に
対応し振動子の軸方向に２等分割された励振用圧電膜上
の各領域において、同軸方向に直交する幅方向一杯に、
かつ、同軸方向の長さの５分の２を超える大きさの長方
形状に、互いに絶縁された状態で形成した場合、励振用
平行平板部の振動に基づく、検出用平行平板部の励振用
平行平板部の厚さ方向への振動振幅が、上記の条件で形
成されていない従来の励振用電極の場合よりも増大する
ことが実験によって確認された。従って、同じ大きさの
交番電圧に対する検出用平行平板部の振動振幅が大きく
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図７に従って説明する。尚、各図１〜７
は全て模式図であって、各部間の寸法関係は実際の寸法
関係と異なる。

【００１９】図１に示すように、圧電振動ジャイロ１０
は、正四角柱状の弾性金属からなる振動子１１を備えて
いる。弾性金属としては、例えばＳＵＳ３０４、エリン
バ材等がある。振動子１１は、互いに平行な状態で対向
する第１側面対１２ａ，１２ｂと、互いに平行な状態で
対向するとともに第１側面対１２ａ，１２ｂに直交する
第２側面対１３ａ，１３ｂとによって外側面が形成され
ている。

【００２０】振動子１１には、その延長方向である軸方
向の一端側、図１における下端側に、励振部１４が形成
され、同じく軸方向の他端側、図１における上端側に、
検出部１５が形成されている。

【００２１】励振部１４には、第１側面１２ａ，１２ｂ
間を直交方向に貫通する第１貫通孔１６によって形成さ
れ、第２側面対１３ａ，１３ｂを含む一対の励振側平板
部１７，１８からなる励振用平行平板部１９が形成され
ている。各励振側平板部１７，１８は、数１０〜数１０
０μｍの厚さに形成されている。

【００２２】検出部１５には、第２側面対１３ａ，１３
ｂ間を直交方向に貫通する第２貫通孔２０によって形成
され、第１側面対１２ａ，１２ｂを含む一対の検出側平
板部２１，２２からなる検出用平行平板部２３が形成さ
れている。

【００２３】検出側平板部２１には、振動子１１の軸方
向における上部領域及び下部領域にそれぞれ厚さ方向の
薄肉部２１ａ，２１ｂが形成され、同じく中央部に厚肉
部２１ｃが形成されている。同様に、検出側平板部２２
には、薄肉部２２ａ，２２ｂ及び厚肉部２２ｃが形成さ
れている。各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ
は、数１０〜数１００μｍの厚さに形成されている。本
実施の形態では、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２
２ｂは、その内側面が、軸方向に直交する平面内で各検
出側平板部２１，２２の厚さ方向に直交する軸を中心軸
とする円筒の外周面上に形成されている。一方、各厚肉
部２１ｃ，２２ｃは同一の厚さに形成されている。尚、
第１及び第２貫通孔１６，２０は、切削、エッチング、
放電加工等によって形成される。

【００２４】励振用平行平板部１９の各励振側平板部１
７，１８には、各第２側面１３ａ，１３ｂによって形成
されるその外側面に接地用の電極膜２４が形成されてい
る。電極膜２４は、スパッタリング、真空蒸着等によっ
て形成されたチタン膜からなる。

【００２５】又、各励振側平板部１７，１８の外側面に
は、電極膜２４の上全面に、励振用圧電膜２５が形成さ
れている。励振用圧電膜２５は、例えば、水熱法によっ
て数１０μｍの厚さに形成されたジルコン・チタン酸鉛
（ＰＺＴ）からなる。

【００２６】励振側平板部１７に設けられた励振用圧電
膜２５上には、上下一対の励振用電極２６，２７が形成
されている。励振用電極２６は、励振側平板部１７の上
部領域に対応する励振用圧電膜２５上の領域に設けら
れ、励振用電極２７は、励振側平板部１７の下部領域に
対応する励振用圧電膜２５上の領域に設けられている。

【００２７】又、励振側平板部１８に設けられた励振用
圧電膜２５上には、上下一対の励振用電極２６，２７が
形成されている。励振用電極２６は、励振側平板部１８
の下部領域に対応する励振用圧電膜２５上の領域に設け
られ、励振用電極２７は、励振側平板部１８の上部領域
に対応する励振用圧電膜２５上の領域に設けられてい
る。

【００２８】詳述すると、各励振用電極２６，２７は、
励振側平板部１７，１８に対応し、振動子１１の軸方向
に２等分割された励振用圧電膜２５上の各領域におい
て、同軸方向に直交する幅Ｗ一杯に、かつ、同軸方向の
長さＬの５分の２を超える大きさの長方形状に形成され
ている。又、各励振用電極２６，２７は、各励振側平板
部１７，１８において、互いに電気的に絶縁された状態
となるように軸方向に離間した位置に形成されている。
又、各励振用電極２６，２７は同じ面積に形成されてい
る。

【００２９】そして、励振側平板部１７側に形成された
励振用電極２６と励振側平板部１８側に形成された励振
用電極２７とが、励振用平行平板部１９の上部領域にお
いて励振用平行平板部１９の厚さ方向に対向している。
又、励振側平板部１７側に形成された励振用電極２７と
励振側平板部１８側に形成された励振用電極２６とが、
励振用平行平板部１９の下部領域において同厚さ方向に
対向している。尚、各励振用電極２６，２７は、例え
ば、スパッタリング、真空蒸着等によって、数μｍの厚
さに形成されたアルミニウム膜からなる。

【００３０】検出用平行平板部２３の各検出側平板部２
１，２２には、各第１側面１２ａ，１２ｂによって形成
されるその外側面に接地用の電極膜２８が形成されてい
る。電極膜２８は、電極膜２４と同じである。各検出側
平板部２１，２２の外側面には、電極膜２８の上全面
に、検出用圧電膜２９が形成されている。検出用圧電膜
２９は、励振用圧電膜２５と同じ構成である。

【００３１】検出側平板部２１の外側面には、検出用圧
電膜２９の上に、一対の検出用電極３０，３１が設けら
れている。検出用電極３０は、検出側平板部２１の上部
領域に設けられた薄肉部２１ａに対応する検出用圧電膜
２９上の領域に設けられ、検出用電極３１は、検出側平
板部２１の下部領域に設けられた薄肉部２１ｂに対応す
る検出用圧電膜２９上の領域に設けられている。

【００３２】又、検出側平板部２２の外側面には、検出
用圧電膜２９の上に、一対の検出用電極３０，３１が設
けられている。検出用電極３０は、検出側平板部２２の
下部領域に設けられた薄肉部２２ｂに対応する検出用圧
電膜２９上の領域に設けられ、検出用電極３１は、検出
側平板部２２の上部領域に設けられた薄肉部２２ａに対
応する検出用圧電膜２９上の領域に設けられている。

【００３３】即ち、検出側平板部２１の検出用電極３０
と検出側平板部２２の検出用電極３１とが、検出用平行
平板部２３の上部領域においてその厚さ方向に対向し、
検出側平板部２１の検出用電極３１と検出側平板部２２
の検出用電極３０とが、検出用平行平板部２３の下部領
域においてその厚さ方向に対向している。各検出用電極
３０，３１は、励振用電極２６，２７と同じ構成であ
る。

【００３４】このように構成された圧電振動ジャイロ１
０は、振動子１１の軸を検出軸として、この検出軸回り
に振動子１１に作用する角速度Ωを検出する。角速度Ω
を検出するには、励振部１４の両励振側平板部１７，１
８間で厚さ方向に対向する各励振用電極２６，２７対間
で互いに逆極性となり、かつ、各励振側平板部１７，１
８の上下の励振用電極２６，２７間で互いに逆極性とな
る交流電圧信号を各励振用電極２６，２７に印加する。
すると、励振用平行平板部１９は、図１におけるＸ軸方
向に振動する。

【００３５】詳述すると、各励振側平板部１７，１８の
上部領域に対応する励振用圧電膜２５の各領域が交互に
収縮及び膨張変形するとともに、各励振側平板部１７，
１８の下部領域に対応する両励振用圧電膜２５の各領域
が交互に収縮及び膨張変形する。同時に、各励振側平板
部１７，１８において、その上部領域に対応する励振用
圧電膜の領域と、下部領域に対応する励振用圧電膜の領
域とが、交互に収縮及び膨張変形する。例えば、図２に
示すように、励振側平板部１７の上部領域に対応する励
振用圧電膜２５の領域が収縮し、同じく下部領域に対応
する領域が膨張するとともに、励振側平板部１８の上部
領域に対応する励振用圧電膜２５の領域が膨張し、同じ
く下部領域に対応する領域が収縮する。このため、励振
用平行平板部１９は、図２に示すように、Ｘ軸方向に変
位する横波状に振動する。

【００３６】励振用平行平板部１９がＸ軸方向に振動す
ると、検出用平行平板部２３がＸ軸方向に振動するよう
に駆動される。検出用平行平板部２３がＸ軸方向に振動
する状態で、検出軸回りの角速度Ωが圧電振動ジャイロ
１０に加わると、検出用平行平板部２３に角速度Ωの大
きさに応じたコリオリ力がその厚さ方向、即ち、Ｙ軸方
向に加わる。すると、検出用平行平板部２３のＸ軸方向
の振動に伴ってＹ軸方向に交番するコリオリ力によっ
て、検出用平行平板部２３がＹ軸方向に振動する。

【００３７】詳述すると、各検出側平板部２１，２２の
上部領域に対応する検出用圧電膜２９の各領域が交互に
圧縮及び伸張変形するとともに、各検出側平板部２１，
２２の下部領域に対応する検出用圧電膜２９の各領域が
交互に圧縮及び伸張変形するように、検出用平行平板部
２３が振動する。同時に、各検出側平板部２１，２２に
おいて、その上部領域に対応する検出用圧電膜２９の領
域と、その下部領域に対応する検出用圧電膜２９の領域
とが交互に圧縮及び伸張変形するように検出用平行平板
部２３が振動する。例えば、図３に示すように、検出側
平板部２１の上部領域に対応する検出用圧電膜２９の領
域が圧縮され、同じく下部領域に対応する領域が伸張さ
れるとともに、検出側平板部２２の上部領域に対応する
検出用圧電膜２９の領域が伸張され、同じく下部領域に
対応する領域が圧縮される。このため、検出用平行平板
部２３は、Ｙ軸方向に変位する横波状に振動する。する
と、各検出用電極３０，３１に、角速度Ωの大きさに応
じた大きさの交流電圧信号が各検出用電極３０，３１対
間で互いに逆極性で生じる。

【００３８】本発明の特徴である各検出側平板部２１，
２２に設けられた各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２
２ｂは、検出側平板部２１，２２のその厚さ方向、即ち
Ｙ軸方向での振動時に、各検出側平板部２１，２２の第
１側面１２ａ，１２ｂに設けられた検出用圧電膜２９に
おいて交互に圧縮及び伸張変形する検出軸方向に離間し
た２つの各領域に対応する部分に設けられている。

【００３９】又、同じく本発明の特徴である各検出用電
極３０，３１は、それぞれが設けられた検出側平板部２
１，２２の各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに
おける最大応力集中領域に対応する検出用圧電膜２９上
の領域にのみ設けられている。

【００４０】以上のように構成された圧電振動ジャイロ
１０は、以下のように構成される角速度検出装置４０に
設けられて角速度Ωを検出する。図４に示すように、角
速度検出装置４０は、発振回路４１、反転増幅回路４
２、非反転増幅回路４３、差動回路４４，４５及び加算
回路４６で構成されている。尚、圧電振動ジャイロ１０
は、各電極膜２４，２８が接地される。

【００４１】発振回路４１は、所定周波数の交流電圧信
号Ｓ１を生成し、反転増幅回路４２及び非反転増幅回路
４３に出力する。反転増幅回路４２は、入力した交流電
圧信号Ｓ１を反転増幅し、この反転増幅信号Ｓ２１を励
振部１４の各励振用電極２７に出力する。非反転増幅回
路４３は、入力した交流電圧信号Ｓ１を非反転増幅し、
この増幅信号Ｓ２２を励振部１４の各励振用電極２６に
出力する。

【００４２】検出部１５の上部領域に設けられた各検出
用電極３０，３１は、差動回路４４の入力側にそれぞれ
接続されている。差動回路４４は、各検出用電極３０，
３１から出力される交流電圧信号Ｓ３１，Ｓ３２を差分
し、この差分電圧信号Ｓ４１を加算回路４６に出力す
る。

【００４３】又、検出部１５の下部領域に設けられた各
検出用電極３０，３１及は、差動回路４５の入力側にそ
れぞれ接続されている。差動回路４５は、各検出用電極
３０，３１間から出力される交流電圧信号Ｓ３３，Ｓ３
４を差分し、この差分電圧信号Ｓ４２を加算回路４６に
出力する。

【００４４】加算回路４６は、２つの差分電圧信号Ｓ４
１，Ｓ４２を加算し、この加算電圧信号を検出電圧信号
Ｓ５として出力する。次に、以上のように構成された圧
電振動ジャイロの作用について説明する。

【００４５】圧電振動ジャイロ１０は、振動子１１の励
振部１４側の端部を固定し、振動子１１の検出軸を検出
しようとする角速度Ωの中心軸に一致させた状態で使用
される。

【００４６】励振部１４の各励振用電極２６に反転増幅
信号Ｓ２１を印加するとともに各励振用電極２７に非反
転増幅信号Ｓ２２を印加すると、励振用平行平板部１９
は、Ｘ軸方向に変位する横波状に振動する。すると、検
出用平行平板部２３が駆動され、Ｘ軸方向に振動する。

【００４７】圧電振動ジャイロ１０に対して振動子１１
の検出軸回りの角速度Ωが加わると、検出用平行平板部
２３が角速度Ωの大きさに比例するコリオリ力によって
Ｙ軸方向に変位する横波状に振動する。

【００４８】検出用平行平板部２３が振動すると、その
上部領域に対応する各検出用圧電膜２９の領域が交互に
圧縮及び伸張変形し、同じく下部領域に対応する各検出
用圧電膜２９の領域が交互に圧縮及び伸張変形する。す
ると、コリオリ力即ち角速度Ωの大きさに応じた大きさ
の逆極性の交流電圧信号Ｓ３１，Ｓ３２が、上部領域の
各検出用電極３０，３１から差動回路４４に出力される
とともに、下部領域の各検出用電極３０，３１から差動
回路４５に出力される。

【００４９】すると、各差動回路４４，４５からは各交
流電圧信号Ｓ３１，Ｓ３２の２倍の大きさの差分電圧信
号Ｓ４１，Ｓ４２がそれぞれ加算回路４６に出力され、
加算回路４６からは各交流電圧信号の４倍の大きさの検
出電圧信号Ｓ５が、角速度Ωの大きさに比例した信号と
して出力される。

【００５０】以上詳述した本実施の形態には、以下に記
載する各作用及び効果がある。 （１） 各検出側平板部２１，２２の検出用圧電膜２９
において交互に圧縮及び伸張変形する軸方向に離間した
２つの領域に対応する各検出側平板部２１，２２の領域
を薄肉部とした。従って、検出用平行平板部２３がコリ
オリ力によってその厚さ方向に振動するとき、各検出側
平板部２１，２２に生じる応力が各薄肉部２１ａ，２１
ｂ、２２ａ，２２ｂに集中する。

【００５１】図５は、各検出側平板部が同じ厚さで形成
されている従来の圧電振動ジャイロ６０の検出用平行平
板部６７がその厚さ方向に振動するときに、各検出側平
板部６６に生じる応力の分布状態を有限要素法で計算し
た結果を示す。又、図６は、本実施の形態において同様
に各検出側平板部２１，２２に生じる応力の分布状態を
同様に計算した結果を示す。尚、計算は、検出用平行平
板部の上部領域のみについて行なったものであり、応力
の強さに応じて最も強い応力範囲であるＦ１から最も弱
い応力範囲であるＦ８まで段階的に図示したものであ
る。各図５，６で示すように、従来のように検出用平行
平板部６７の各検出側平板部６６の全体がほぼ同じ厚さ
で形成されている圧電振動ジャイロ６０に比較して、本
実施の形態の圧電振動ジャイロ１０では、各検出側平板
部２１，２２の上部領域において、所定の大きさ以上の
応力が生じる検出軸方向の範囲が狭くなる。又、最大応
力集中領域における応力の大きさが、従来よりも大きく
なる。

【００５２】従って、本実施の形態の圧電振動ジャイロ
１０では、各検出側平板部２１，２２の各薄肉部２１
ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応する検出用圧電膜２
９の各領域がより大きく圧縮又は伸張変形するととも
に、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応し
ない検出用圧電膜２９の領域がより小さく変形する。す
ると、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応
する検出用圧電膜２９の領域に発生する単位面積当たり
の電圧がより大きくなる。そして、各検出側平板部２
１，２２の各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに
対応する検出用圧電膜２９上の領域に設けられた各検出
用電極３０，３１対間にそれぞれより大きな電圧が出力
される。

【００５３】このため、検出用平行平板部２３の各薄肉
部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応する各検出用
圧電膜２９の領域がより大きく圧縮及び伸張変形すると
ともに、各厚肉部に対応する各検出用圧電膜２９の領域
がより小さく変形する。その結果、各薄肉部２１ａ，２
１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応する各検出用圧電膜２９の
各領域に生じる単位面積当たりの交番電圧がより大きく
なる。そして、各検出側平板部２１，２２の各薄肉部２
１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに対応する各検出用圧電
膜２９の各領域に設けられた検出用電極３０，３１によ
って、従来よりもより大きな出力電圧が出力される。

【００５４】従って、検出用平行平板部２３の両検出側
平板部２１，２２を検出軸方向により長くしたり、両検
出側平板部２１，２２の厚さをより薄くすることなく、
検出感度が高くなる。又、両検出側平板部２１，２２を
検出軸方向により長くしたり、両検出側平板部２１，２
２の全体の厚さをより薄くしないので、検出用平行平板
部２３の剛性が不足せず、励振方向に撓み振動したり、
検出軸回りに捻じれ振動しない。

【００５５】その結果、大型化を招かず、又、加工精度
を上げることなく、しかも、検出精度の低下を招くこと
なくより高い検出感度を得ることができる。又、振動子
１１の作成方法は従来の方法と同じであるため、製造工
数及び製造時間の増大を招かない。

【００５６】（２） 検出用平行平板部２３がコリオリ
力によってその厚さ方向に振動すると、各検出側平板部
２１，２２の各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ
に応力が集中する。すると、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、
２２ａ，２２ｂの最大応力集中領域に対応する各検出用
圧電膜２９の領域に発生する単位面積当たりの電圧が一
層大きくなる。そして、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２
ａ，２２ｂの最大応力集中領域に対応する各検出用圧電
膜２９上の領域のみに設けられた各検出用電極３０，３
１対により一層大きな電圧が出力される。

【００５７】従って、大型化することなく、又、加工精
度を上げることなく、しかも、検出精度の低下を招くこ
となく検出感度が一層大きくなる。その結果、より一層
高い検出感度を得ることができる。

【００５８】（３） 各励振側平板部１７，１８におい
て検出軸方向に離間した各励振用電極２６，２７に対し
て互いに逆極性となるとともに、両励振側平板部１７，
１８間で厚さ方向に対応する両励振用電極２６，２７間
で互いに逆極性となるように、各励振用電極２６，２７
に対して交番電圧を印加すると、励振用平行平板部１９
がその厚さ方向に変位する横波状に振動する。ここで、
各励振用電極２６，２７を、励振側平板部１７，１８に
対応し、振動子１１の軸方向に２等分割された励振用圧
電膜２５上の領域において、同軸方向に直交する幅Ｗ一
杯に、かつ、同軸方向の長さＬの５分の２を超える大き
さの長方形状に、互いに離間した状態で形成した場合、
励振用平行平板部１９の振動に基づく、検出用平行平板
部２３のＸ軸方向の振動振幅が、上記の条件で形成され
ていない従来の圧電振動ジャイロの励振用電極の場合よ
りも増大することが実験によって確認された。即ち、各
励振用電極２６，２７を、幅Ｗ、長さ２／５・Ｌの長方
形に形成した場合の振動振幅を１としたときに、本実施
の形態のように、幅Ｗ、長さ３／５・Ｌの長方形に形成
した場合には、振動振幅は１．３５となった。さらに、
各励振用電極２６，２７を、幅Ｗ、長さ４／５・Ｌの長
方形に形成した場合の振動振幅は１．５５となった。従
って、各励振用電極２６，２７を、幅Ｗで、長さを２／
５・Ｌを超える大きさの長方形に形成することにより、
従来の励振用電極に比較して、同じ大きさの交番電圧に
対する検出用平行平板部２３の振動振幅が大きくなるこ
とが推定される。その結果、さらにより高い検出感度を
得ることができる。

【００５９】（４） 検出用平行平板部２３の各検出側
平板部２１，２２は、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２
ａ，２２ｂのみが薄く形成され厚肉部２１ｃ，２２ｃが
従来よりも厚く形成されるので、検出用平行平板部２３
の外形寸法が同じである場合、検出用平行平板部２３の
質量が、従来の圧電振動ジャイロ６０の検出用平行平板
部６７の質量よりも大きくなる。励振部１４の共振周波
数をある値に設定した場合、検出用平行平板部２３の質
量を大きくするにつれて共振周波数が下がり、各励振側
平板部１７，１８の検出軸方向の長さを短くするにつれ
て共振周波数が上がることが分かっている。従って、検
出用平行平板部２３の質量が従来よりも大きくなった分
だけ、励振用平行平板部１９の検出軸方向の長さが短く
なる。その結果、圧電振動ジャイロ１０を検出軸方向に
小型化することができる。

【００６０】（５） 検出用平行平板部２３がその厚さ
方向に振動するとき、各検出側平板部２１，２２の薄肉
部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂにおいて検出軸方向
の中央部がそれぞれ最大応力集中領域となるとともに、
中央部の周囲は、検出用平行平板部２３の剛性を向上さ
せる。従って、検出用平行平板部の剛性がより一層向上
し、又、各薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂの最
大応力集中領域における最大応力値が高くなる。その結
果、検出精度が低下しないようにしながら、より一層高
い検出感度を得ることができる。

【００６１】以下、本発明を具体化した上記実施の形態
以外の実施の形態を別例として列挙する。 ○ 検出用平行平板部２３の各検出側平板部２１，２２
に設ける薄肉部は、検出用圧電膜２９において交互に圧
縮及び伸張変形する検出軸方向に離間した２つの各領域
に対応する部分に設けられればよく、その形状は上記実
施の形態に限らない。例えば、図７（ａ）に示すよう
に、断面が略四角形の第２貫通孔２０によってほぼ全体
が同一の厚さに形成された薄肉部２１ａ，２１ｂ、２２
ａ，２２ｂであってもよく、あるいは、図７（ｂ）に示
すように、対角線が水平及び垂直に配置された断面四角
形の第２貫通孔２０によって検出軸方向の１点だけが最
も薄くなるように形成された薄肉部２１ａ，２１ｂ、２
２ａ，２２ｂであってもよい。

【００６２】○ 各励振用電極２６，２７は、振動子１
１の軸方向に直交する幅Ｗ方向一杯で、かつ、同軸方向
の長さＬの５分の３以上の大きさの長方形状とした場合
には、同じ大きさの交番電圧に対する検出用平行平板部
２３の振動振幅がより一層大きくなり、検出感度がさら
に向上する。さらに、各励振用電極２６，２７を、幅Ｗ
方向一杯で、かつ、同軸方向の長さＬの５分の４以上の
大きさの長方形状とした場合には、検出用平行平板部２
３の振動振幅をさらに一層大きくして、検出感度をさら
に一層向上することができる。

【００６３】○ 励振用圧電膜２５は、２成分固溶体セ
ラミックスであるジルコン・チタン酸鉛に限らず、その
他例えば、３成分系圧電セラミックス、変性セラミック
ス、電歪セラミックスであってもよい。検出用圧電膜２
９も同じである。

【００６４】○ 各励振用電極２６，２７は、アルミニ
ウムに限らず、その他例えば、金等の導電性金属でもよ
い。検出用電極３０，３１も同じである。 ○ 接地用電極膜２４は、励振用圧電膜２５を水熱法に
より形成せずに、バルクの圧電材を接着剤で接着する場
合には、チタンに限らず、その他の例えば、金等の導電
性金属であってもよい。この場合、励振用圧電膜２５の
片面に電極膜２４を例えばスパッタリング、真空蒸着等
によって形成し、これを各励振側平板部１７，１８の外
側面に貼り付ける。また、接地用電極膜２８についても
同様である。

【００６５】○ 上記実施の形態は、１つの振動子１１
からなる音片型の圧電振動ジャイロとしたが、この圧電
振動ジャイロを連結板の両端にそれぞれ固定した音叉型
の圧電振動ジャイロとしてもよい。

【００６６】以下、特許請求の範囲に記載した各発明の
外に前述した各実施の形態及び各別例から把握される技
術的思想をその効果とともに記載する。 （１） 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発
明において、前記各薄肉部は、その内側面が、前記軸方
向に直交する平面内で前記検出用平行平板部の厚さ方向
に直交する軸を中心軸とする円筒の外周面上に形成され
ている。このような構成によれば、検出用平行平板部の
剛性をより一層高めることができ、又、各薄肉部の最大
応力集中領域における最大応力値を一層高くすることが
できるので、検出精度が低下しないようにしながら、よ
り一層高い検出感度を得ることができる。

【００６７】（２） 請求項３に記載の発明において、
前記各励振用電極は、同軸方向に直交する幅方向一杯
で、かつ、同軸方向の長さの５分の３以上の大きさの長
方形状に形成されている。このような構成によれば、検
出用平行平板部の振動振幅がより一層大きくなり、検出
感度がより一層向上する。

【００６８】（３） 上記（２）において、前記各励振
用電極は、同軸方向に直交する幅方向一杯で、かつ、同
軸方向の長さの５分の４以上の大きさの長方形状に形成
されている。このような構成によれば、検出用平行平板
部の振動振幅がさらに一層大きくなり、検出感度がさら
に一層向上する。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
３に記載の発明によれば、大型化を招かず、又、加工精
度を上げることなく、しかも、検出精度の低下を招くこ
となくより高い検出感度を得ることができる。

【００７０】請求項２又は請求項３に記載の発明によれ
ば、より一層高い検出感度を得ることができる。請求項
３に記載の発明によれば、さらにより一層高い検出感度
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧電振動ジャイロの模式斜視図。

【図２】 励振用平行平板部の振動状態を示す模式図。

【図３】 検出用平行平板部の振動状態を示す模式図。

【図４】 角速度検出装置の電気構成図。

【図５】 従来の圧電振動ジャイロの応力分布を示す模
式図。

【図６】 本実施の形態の圧電振動ジャイロの応力分布
を示す模式図。

【図７】 （ａ），（ｂ）は共に別例の検出用平行平板
部を備えた圧電振動ジャイロの模式斜視図。

【図８】 従来の圧電振動ジャイロの模式斜視図。

【図９】 （ａ），（ｂ）は共に検出用平行平板部の振
動状態を示す模式斜視図。

【符号の説明】

１０…圧電振動ジャイロ、１１…振動子、１２ａ，１２
ｂ…第１側面対、１３ａ，１３ｂ…第２側面対、１６…
第１貫通孔、１７…励振側平板部、１８…励振側平板
部、１９…励振用平行平板部、２０…第２貫通孔、２１
…検出側平板部、２１ａ，２１ｂ…薄肉部、２２…検出
側平板部、２２ａ，２２ｂ…薄肉部、２３…検出用平行
平板部、２５…励振用圧電膜、２６，２７…励振用電
極、２９…検出用圧電膜、３０，３１…検出用電極、Ｌ
…長さ、Ｗ…幅。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な状態で対向する第１側面対
   と、互いに平行な状態で対向するとともに前記第１側面
   対に直交する第２側面対とで外側面が形成される四角柱
   状に形成された振動子と、 前記振動子の軸方向の一端側に、前記第１側面対間を直
   交方向に貫通する第１貫通孔によって形成され、それぞ
   れ前記各第２側面を含む一対の励振側平板部からなる励
   振用平行平板部と、 前記振動子の軸方向の他端側に、前記第２側面対間を直
   交方向に貫通する第２貫通孔によって形成され、それぞ
   れ前記各第１側面を含む一対の検出側平板部からなる検
   出用平行平板部と、 前記各励振側平板部の各第２側面にそれぞれ形成された
   励振用圧電膜と、 前記各検出側平板部の各第１側面にそれぞれ形成された
   検出用圧電膜と、 前記各励振用圧電膜上にそれぞれ設けられた励振用電極
   と、 前記各検出用圧電膜上にそれぞれ設けられた検出用電極
   とを備えた圧電振動ジャイロにおいて、 前記各検出側平板部には、前記検出用平行平板部のその
   厚さ方向での振動時に、該各検出側平板部の前記第１側
   面に設けられた前記検出用圧電膜において交互に圧縮及
   び伸張変形する前記軸方向に離間した２つの各領域に対
   応する部分にのみそれぞれ前記厚さ方向での薄肉部が設
   けられ、 前記各検出用電極は、それぞれが設けられた前記検出側
   平板部の前記各薄肉部に対応する前記各検出用圧電膜上
   の領域にそれぞれ設けられている圧電振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記各検出用電極は、それぞれが設けら
   れた前記検出側平板部の前記各薄肉部における最大応力
   集中領域に対応する前記検出用圧電膜上の領域にのみ設
   けられている請求項１に記載の圧電振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記各励振用電極は、前記励振側平板部
   に対応し前記振動子の軸方向に２等分割された前記励振
   用圧電膜上の各領域において、同軸方向に直交する幅一
   杯で、かつ、同軸方向の長さの５分の２を超える大きさ
   の長方形状に、互いに電気的に絶縁された状態で形成さ
   れている請求項１又は請求項２に記載の圧電振動ジャイ
   ロ。