JP2001255152A - 圧電振動ジャイロスコープおよびその周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なＳ／Ｎ比を得て角速度の分解能を高め
る。 【解決手段】 それぞれが互いに反対の方向に突出する
圧電体からなる二組のアームのうち駆動側アーム３を、
それぞれが互いに逆位相で振動する二本の励振用駆動側
アーム３ａ，３ｂおよびこれら両励振用駆動側アーム間
に介在する一本の非励振用駆動側アーム３ｃによって形
成し、検出側アーム４を、それぞれが互いに逆位相で振
動する二本の振動用検出側アーム４ａ，４ｂおよびこれ
ら両振動用検出側アーム間に介在する一本の非振動用検
出側アーム４ｃによって形成し、両励振用駆動側アーム
３ａ，３ｂには主面と平行な方向に振動する面内振動を
励起するための駆動用電極５が形成され、両振動用検出
側アーム４ａ，４ｂには主面と垂直な方向に振動する面
垂直振動を検出するための検出用電極６が形成されてい
る構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体を備えた音
叉型の振動ジャイロスコープに用いられる圧電振動ジャ
イロスコープおよびその周波数調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、振動ジャイロスコープは、回転
物上で振動している物体に対し、振動および回転物の角
速度ベクトルに垂直なコリオリ力が働くことを利用し
て、回転物の角速度を測定する装置として知られてお
り、航空機，大型船舶あるいは宇宙衛星などに位置確認
用の装置として使用されてきた。最近では、民生用の分
野において、カーナビゲーションによる測位，自動車の
姿勢制御，ＶＴＲ用カメラやスチルカメラの手振れの検
出などに使用されている。

【０００３】このような振動ジャイロスコープには、駆
動電圧を印加して駆動振動を励起し、コリオリ力により
生じた検出振動を電気的に検出する圧電振動ジャイロス
コープがあり、例えば「弾性波デバイスハンドブック」
（オーム社）の４９１頁〜４９７頁に記載されているよ
うに、スペリー音叉ジャイロ，ワトソン音叉ジャイロ，
音片ジャイロあるいは円筒型振動ジャイロなどが知られ
ている。

【０００４】従来、この種の圧電振動ジャイロスコープ
としては、特開平８−１２８８３０号公報に開示され、
リチウムタンタレート圧電単結晶からなる高性能な音叉
ジャイロが採用されている。この圧電振動ジャイロスコ
ープにつき、図１８（ａ）および（ｂ）を用いて説明す
る。同図において、符号１００で示す圧電振動ジャイロ
スコープは、正面矩形状の主面１０１ａを有する基部１
０１およびこの基部１０１の同一側に突出する左右二つ
のアーム部１０２，１０３を備え、全体が音叉型のジャ
イロスコープによって形成されている。右側のアーム部
１０２および左側のアーム部１０３には、それぞれ振動
を励起するための駆動用電極と振動を検出するための検
出用電極（共に図示せず）が形成されている。

【０００５】次に、このような圧電振動ジャイロスコー
プの動作につき、図１８（ａ）および（ｂ）を用いて説
明する。右側のアーム部１０２の電極部分に電圧を印加
すると、アーム部１０２が圧電振動ジャイロスコープ１
００の主面１０１ａと平行な面内で左右に振動する。こ
のアーム部１０２が振動すると、この振動が基部１０１
を介して左側のアーム１０３に伝わり、同図（ａ）に示
すように、圧電振動ジャイロスコープ１００の主面１０
１ａと平行な面内で各アーム部１０２，１０３が互いに
内側（アーム中間部）に接近するような変位と外側に離
間するような変位とを繰り返す面内振動が励起される。
この面内振動は圧電振動ジャイロスコープ１００の固有
振動モードの一つであり、本例ではこれが駆動振動モー
ドである。

【０００６】このとき、圧電振動ジャイロスコープ１０
０が、両アーム部１０２，１０３の突出方向に沿った軸
線回り、すなわち同図のＺ軸回りに角速度Ωで回転する
回転物上にあれば、同図（ｂ）に示すように、主面１０
１ａに垂直なコリオリ力Ｆｃが働く。これにより、各ア
ーム部１０２，１０３が互いに反対の方向に主面１０１
ａと垂直な方向に変位を繰り返す面垂直振動が励起され
る。この面垂直振動も圧電振動ジャイロスコープ１００
の固有振動モードの一つであり、本例ではこれが検出振
動モードである。そして、回転物のＺ軸回りの角速度Ω
を測定するには、検出振動モードの面垂直振動をアーム
部１０３の電極部分の電位差として検出することにより
行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の圧電
振動ジャイロスコープにおいては、駆動振動モードおよ
び検出振動モードの節部（不動点）が存在せず、このた
め左側のアーム部１０３に検出振動モードである面垂直
振動が励起されるだけでなく、駆動振動モードである面
内振動も励起される。また、両アーム部１０２，１０３
が基部１０１の同一側に突出する構造であるため、駆動
用電極と検出用電極とが互いに接近する位置に配置され
る。この結果、各振動モードが互いに影響を及ぼし合
い、すなわち両アーム部１０２，１０３に機械的結合が
起こり、また駆動用電極に印加した電圧が検出用電極に
流れる検出電流に影響を及ぼし、すなわち両電極に静電
的結合が起こり、これら機械・静電的結合によって検出
の雑音となる振動が生じ、Ｓ／Ｎ比を悪くして角速度の
分解能が劣るという問題があった。

【０００８】本発明はこのような事情にかんがみてなさ
れたもので、良好なＳ／Ｎ比を得ることができ、もって
角速度の分解能を高めることができる圧電振動ジャイロ
スコープおよびその周波数調整方法の提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の圧電振動ジャイロスコープ
は、表裏面を主面とする矩形板からなる本体と、この本
体に主面と同一の平面内でそれぞれが互いに反対の方向
に突出する圧電体からなる二組のアームとを備え、これ
ら各組アームのうち一方組のアームを、それぞれが互い
に逆位相で振動する二本の励振用駆動側アームおよびこ
れら両励振用駆動側アーム間に介在する一本の非励振用
駆動側アームによって形成し、他方組のアームを、それ
ぞれが互いに逆位相で振動する二本の振動用検出側アー
ムおよびこれら両振動用検出側アーム間に介在する一本
の非振動用検出側アームによって形成し、このうち両励
振用駆動側アームには主面と平行な方向に振動する面内
振動を励起するための駆動用電極が形成され、両振動用
検出側アームのうち少なくとも一方の振動用検出側アー
ムには主面と垂直な方向に振動する面垂直振動を検出す
るための検出用電極が形成されている構成としてある。

【００１０】したがって、ジャイロスコープ全体が回転
物上にあって、励振用駆動側アームに電圧を印加して面
内振動を励起すると、コリオリ力によって励振用駆動側
アームに面垂直振動が生じ、この面垂直振動が本体を介
して振動用検出側アームに伝達されて面垂直振動が励起
される。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧
電振動ジャイロスコープにおいて、本体が励振用駆動側
アームから振動用検出側アームへの面内振動の伝達を抑
制するための矩形板である構成としてある。したがっ
て、励振用駆動側アームに面内振動が励起しても、この
面内振動の振動用検出側アームへの伝達が本体によって
抑制される。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の圧電振動ジャイロスコープにおいて、本体と各組
アームとが一体に形成されている構成としてある。した
がって、各アームと本体との間に接続部がある場合と比
べて良好な周波数特性が得られる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の圧電振動ジャイロスコープにおいて、駆動側
アームおよび検出側アームがＺカット水晶およびＺカッ
トランガサイトのうちいずれかの材料からなる断面矩形
状のアームによって形成され、このうち駆動側アームに
おける二主面と二側面の幅方向中央部にそれぞれ駆動用
電極が位置し、かつアーム突出始端部からアーム突出終
端部に向かって延びるような同一の大きさに形成され、
検出側アームにおける主面と垂直な二側面の幅方向両端
部にそれぞれ検出用電極が位置し、かつアーム突出始端
部からアーム突出終端部に向かって延びるような同一の
大きさに形成されている構成としてある。

【００１４】したがって、互いに対向する位置にある駆
動用電極同士が同一の極性となり、かつ互いに隣り合う
位置にある駆動用電極同士が異なる極性となるように、
駆動用電極を交流電源に接続すると、駆動側アームに面
内振動が励起される。また、対角線方向の検出用電極が
同一の極性となり、かつ互いに対向する検出用電極同士
および同一面上の検出用電極同士が異なる極性となるよ
うに、検出用電極を検出装置に接続すると、検出側アー
ムの面垂直振動の振幅が検出される。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の圧
電振動ジャイロスコープにおいて、各駆動用電極の長さ
および幅がそれぞれ駆動側アーム長の４０％〜７０％の
範囲と駆動側アーム幅の５０％〜７０％の範囲に設定さ
れ、各検出用電極の長さおよび二倍幅がそれぞれ検出側
アーム長の４０％〜７０％の範囲と検出側アーム幅の３
０％〜５０％の範囲に設定されている構成としてある。
したがって、圧電体がＺカット水晶あるいはＺカットラ
ンガサイトの材料である場合に、高い実効的電気機械結
合係数によって検出側アームにおける変位検出が行われ
る。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の圧電振動ジャイロスコープにおいて、駆動側
アームおよび検出側アームがＸカット水晶，Ｘカットラ
ンガサイト，１３０°回転Ｙ板リチウムタンタレートお
よび圧電セラミックスのうちいずれかの材料からなる断
面矩形状のアームによって形成され、このうち駆動側ア
ームにおける主面の幅方向両端部にそれぞれ駆動用電極
が位置し、かつアーム突出始端部からアーム突出終端部
に向かって延びるような同一の大きさに形成され、検出
側アームにおける主面と二側面の幅方向中央部にそれぞ
れ検出用電極が位置し、かつアーム突出始端部からアー
ム突出終端部に向かって延びるような同一の大きさに形
成されている構成としてある。

【００１７】したがって、対角線方向の駆動用電極同士
が同一の極性になり、かつ互いに対向する駆動用電極同
士および同一面上の駆動用電極同士が異なる極性となる
ように、駆動用電極を交流電源に接続すると、駆動側ア
ームに面内振動が励起される。また、互いに対向する検
出用電極同士が同一の極性になり、かつ互いに隣り合う
検出用電極同士が異なる極性となるように、検出用電極
を検出装置に接続すると、検出側アームの面垂直振動の
振幅が検出される。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項６記載の圧
電振動ジャイロスコープにおいて、各駆動用電極の長さ
および二倍幅がそれぞれ駆動側アーム長の４０％〜７０
％の範囲と駆動側アーム幅の３０％〜５０％の範囲に設
定され、各検出用電極の長さおよび幅がそれぞれ検出側
アーム長の４０％〜７０％の範囲と検出アーム幅の５０
％〜７０％の範囲に設定されている構成としてある。し
たがって、圧電体がＸカット水晶，Ｘカットランガサイ
ト，１３０°回転Ｙ板リチウムタンタレートあるいは圧
電セラミックスの材料である場合に、高い実効的電気機
械結合係数によって検出側アームにおける変位検出が行
われる。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項１〜７のう
ちいずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープにお
いて、ジャイロスコープ全体を上下左右対称の構造と
し、本体の厚さおよび各アームの厚さを同一の寸法に設
定した構成としてある。したがって、スプリアス応答の
少ない良好な周波数応答での検知を可能とするジャイロ
スコープ形状が簡単に得られる。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項１〜８のう
ちいずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープにお
いて、非励振用駆動側アームと本体間および本体と非振
動用検出側アーム間の各境界部を保持する保持体を有す
る構成としてある。したがって、振動変位が小さい位置
における保持体によってジャイロスコープ全体が安定し
た状態で保持される。

【００２１】請求項１０記載の発明は、請求項１〜８の
うちいずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープに
おいて、ジャイロスコープ重心部分を保持する保持体を
有する構成としてある。したがって、振動変位が最も小
さい位置における保持体によってジャイロスコープ全体
が一層安定した状態で保持される。

【００２２】請求項１１記載の発明（圧電振動ジャイロ
スコープの周波数調整方法）は、請求項１〜１０のうち
いずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープにおけ
る面内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との
周波数差を調整する方法であって、周波数差を調整する
にあたり、本体の四隅を切削する方法としてある。した
がって、本体の四隅を切削すると、面垂直振動の共振周
波数の低下量が面内振動の共振周波数の低下量より大き
くなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図面を参照して説明する。図１は本発明の第一実施形態
に係る圧電振動ジャイロスコープを示す斜視図である。
同図において、符号１で示す圧電振動ジャイロスコープ
は、本体２，駆動側アーム３および検出側アーム４を備
えた上下左右対称の構造とし、全体が例えばＺカットラ
ンガサイトの圧電体からなる六脚型圧電振動ジャイロス
コープによって形成されている。

【００２４】本体２は、表裏面に対応する二つの主面２
ａ，２ｂおよびこれら両主面２ａ，２ｂに連接する上下
左右四つの端面２ｃ〜２ｆを有し、特定振動のアーム間
伝達を抑制するための高剛性部材からなる矩形板によっ
て形成されている。この場合、特定振動を本体２の主面
２ａ，２ｂと平行な方向に駆動側アーム３が振動する面
内振動とする。

【００２５】駆動側アーム３は、それぞれが互いに逆位
相で振動する二本の励振用駆動側アーム３ａ，３ｂおよ
びこれら両励振用駆動側アーム３ａ，３ｂ間に介在する
一本の非励振用駆動側アーム３ｃからなり、本体２に上
方の端面２ｃに主面２ａ，２ｂと同一の平面内で垂直に
突出するように一体に設けられている。そして、各駆動
側アーム３ａ〜３ｃは、所定のアーム間隔をもって並列
するような位置に配置されており、全体が本体２の厚さ
と同一の厚さをもつ断面ほぼ正方形状の角形棒によって
形成されている。

【００２６】検出側アーム４は、それぞれが互いに逆位
相で振動する二本の振動用検出側アーム４ａ，４ｂおよ
びこれら両振動用検出側アーム４ａ，４ｂ間に介在する
一本の非振動用検出側アーム４ｃからなり、本体２に下
方の端面２ｄに主面２ａ，２ｂと同一の平面内で垂直に
突出するように一体に設けられている。そして、各検出
側アーム４ａ〜４ｃは、それぞれが対応する駆動側アー
ム３ａ〜３ｃと同一の線上において所定のアーム間隔を
もって並列するような位置に配置されており、全体が駆
動側アーム３の厚さと同一の厚さをもつ断面ほぼ正方形
状の角形棒によって形成されている。

【００２７】次に、本実施形態に係る圧電ジャイロスコ
ープにおける電極の配置およびその結線につき、図２〜
図４を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の
第一実施形態に係る圧電振動ジャイロスコープにおける
電極の配置状態を示す上面図，正面図および下面図であ
る。図３は本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープにおける駆動用電極の接続状態を示す結線
図、図４は本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープにおける検出用電極の接続状態を示す結線図
である。図２に示すように、励振用駆動側アーム３ａ，
３ｂには、それぞれ本体２の主面２ａと平行な方向に振
動する面内振動を励起するための四つの駆動用電極５が
設けられている。一方、振動用検出側アーム４ａ，４ｂ
には、それぞれ本体５の主面２ａと垂直な方向に振動す
る面垂直振動を検出するための四つの検出用電極６が設
けられている。

【００２８】各駆動用電極５は、アーム突出始端部から
アーム突出終端部に向かって延びる同一大の正面矩形状
電極からなり、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂの両主
面（本体２の主面２ａと平行な二側面）および両側面
（本体２の主面２ａと垂直な二側面）の幅方向中央部に
配置されている。そして、図３に示すように、駆動用電
極５のうちそれぞれが互いに対向する位置にある駆動用
電極５同士は同一の極性となり、かつそれぞれが互いに
隣り合う駆動用電極５同士は異なる極性となるように交
流電源Ｇに接続されている。なお、励振用駆動側アーム
３ａの駆動用電極５と励振用駆動側アーム３ｂの駆動用
電極５とは、それぞれが互いに反対の極性パターンとな
るように交流電源Ｇに接続されている。

【００２９】各検出用電極６は、アーム突出始端部から
アーム突出終端部に向かって延びる同一大の正面矩形状
電極からなり、各振動用検出側アーム４ａ，４ｂの両側
面（本体２の主面２ａと垂直な面）の幅方向両端部に配
置されている。そして、図４に示すように、検出用電極
６のうち対角線方向の位置にある二つの検出用電極６同
士が同一の極性となり、かつそれぞれが対向する位置に
ある検出用電極６同士および同一面上にある検出用電極
６が異なる極性になるように検出装置（図示せず）に各
端子を介して接続されている。なお、振動用検出側アー
ム４ａの検出用電極６と振動用検出側アーム４ｂの検出
用電極６とは、それぞれが互いに反対の極性パターンと
なるように検出装置に接続されている。

【００３０】次に、本実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープによる角速度の検出時における動作につき、図
３〜図６を用いて説明する。先ず、駆動用電極５に交流
電圧を印加すると、両励振用駆動側アーム３ａ，３ｂ内
に、例えば図３に矢印で示すように電界が励起され、機
械的な圧力が生じる。これにより、励振用駆動側アーム
３ａ，３ｂは本体２の主面２ａ内で左右（主面２ａと平
行な方向）に変位する。

【００３１】このとき、各励振用駆動側アーム３ａ，３
ｂは、その電極結線の違いによって、図３に示すよう
に、常に反対方向の電界が励起され、反対方向の機械的
変位が生じる。これにより、図５に二点鎖線で示すよう
に、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂに振動の位相が１
８０°異なるように主面２ａ内で左右に振動する面内振
動が励起される。この面内振動が本実施形態の六脚型圧
電振動ジャイロスコープにおける駆動モードの振動であ
る。

【００３２】なお、図５は、説明を判りやすくするため
に、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂが極端に大きな変
位をするように示しているが、実際のアーム変位量は、
各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂが互いに当接すること
がない程度の変位量である。

【００３３】次に、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂに
面内振動が励起されると、圧電振動ジャイロスコープ１
が駆動側アーム３ａ〜３ｃの突出方向すなわちｙ軸（図
１）回りに角速度Ωで回転する回転物上に置かれている
場合、励振用駆動側アーム３ａ，３ｂには本体２の主面
２ａに対して垂直な方向にコリオリ力が働く。これによ
り、図６に二点鎖線で示すように、励振用駆動側アーム
３ａ，３ｂには、面内振動に対応して、各励振用駆動側
アーム３ａ，３ｂの振動の位相が互いに１８０°異なる
ように、本体２の主面２ａに対して垂直な方向（前後）
に振動する面垂直振動が励起される。

【００３４】このとき、各励振用駆動側アーム３ａ，３
ｂの面垂直振動が本体２を介して各振動用検出側アーム
４ａ，４ｂに伝わり、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂ
における面垂直振動と同様に、各振動用検出側アーム４
ａ，４ｂの振動の位相が互いに１８０°異なるように、
本体２の主面２ａに対して垂直な方向（前後）に振動す
る面垂直振動が励起される。この面垂直振動が、本実施
形態の六脚型圧電振動ジャイロスコープにおける検出モ
ードの振動である。

【００３５】この際、振動用検出側アーム４ａ，４ｂに
おける面垂直振動の振動変位は、図６に示すように、励
振用駆動側アーム３ａ，３ｂにおける面垂直振動の振動
変位の数倍の大きさになる。なお、本体２は、主面方向
の剛性が高いため、各励振用駆動側アーム３ａ，３ｂの
面内振動が各検出側アーム４ａ〜４ｃに殆ど伝わらず、
各検出側アーム４ａ〜４ｃには面内振動が殆ど励起され
ない。

【００３６】そして、各振動用検出側アーム４ａ，４ｂ
に面垂直振動による変位によって図４に矢印で示すよう
な電界が生じ、検出用電極６に振動用検出側アーム４
ａ，４ｂの面垂直振動による変位に対応する電位が励起
され、この電位の振幅を測定することにより、回転物の
ｙ軸回りの角速度Ωを測定することができる。

【００３７】なお、図５および図６は、ＦＥＭ（有限要
素法）によって解析した六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１の振動モード図を示しているが、実際に六脚型圧電
振動ジャイロスコープ１を振動させてレーザードップラ
ーバイブロメータで計測した振動変位分布も図５および
図６に示す振動モード図に一致することが確かめられ
た。

【００３８】また、本実施形態における六脚型の圧電振
動ジャイロスコープ１は、Ｚカットランガサイト板から
ワイヤーカットの方法により、図１に示すような六脚型
圧電振動ジャイロスコープ用の素板を切り抜き、蒸着法
およびフォトレジスト法によってＡｕ／Ｃｒ蒸着電極と
して、図２に示すような駆動用電極５および検出用電極
６を形成することにより製造した。

【００３９】さらに、本実施形態においては、駆動モー
ドの面内振動および検出モードの面垂直振動以外の検出
の雑音となる振動の発生を抑止するために、全体構造を
上下左右対称な形状とし、本体２および各アーム３，４
の厚さを同一の寸法に設定することが望ましい。この形
状からのずれが大きいと、面内振動の共振周波数および
面垂直振動の共振周波数とは異なる周波数の振動が生
じ、スプリアス応答が発生してしまう。

【００４０】そこで、六脚型の圧電振動ジャイロスコー
プ１を上下左右対称な形状とすることにより、スプリア
ス応答のない良好な周波数応答および立ち上がりの早い
応答が得られる。本実施形態においては、本体２の長
さ，幅および厚さをそれぞれ４ｍｍ，４ｍｍおよび０．
４６ｍｍとし、各アーム３，４の長さ，幅および厚さを
それぞれ６ｍｍ，０．４ｍｍおよび０．４６ｍｍとし
た。

【００４１】この他、本実施形態において、駆動用電極
５への電圧の印加によって高効率で励振用駆動側アーム
３ａ，３ｂに面内振動を励起するためには、駆動用電極
５の大きさを実効的電気機械結合係数（Ｋｅｆｆ）がで
きるだけ高くなるような大きさにすることが望ましい。

【００４２】次に、駆動用電極５の大きさと実効的電気
機械結合係数との関係につき、図７〜図９を用いて説明
する。図７（ａ）および（ｂ）は本発明の第一実施形態
に係る圧電振動ジャイロスコープの励振用駆動側アーム
を示す正面図と側面図、図８は図７の励振用駆動側アー
ムにおける駆動用電極の長さと実効的電気機械結合係数
との関係を示す図、図９は図７の励振用駆動側アームに
おける駆動用電極の幅と実効的電気機械結合係数との関
係を示す図である。本実施形態に示す六脚型の圧電振動
ジャイロスコープ１は、駆動側アーム３ａ〜３ｃのスチ
フネスに比べて本体２のスチフネスが十分に大きいの
で、図７に示すように、励振用駆動側アーム３ａを片持
ち支持梁として動作するものと考えることができる。そ
こで、片持ち支持梁とみなされる励振用駆動側アーム３
ａにおいて、駆動用電極５の形状を変えた場合の実効的
電気機械結合係数を求めた。

【００４３】先ず、駆動用電極６の幅Ｗｅと励振用駆動
側アーム３ａの幅Ｗａとの比Ｗｅ／Ｗａを０．７に保
ち、駆動用電極５の長さＬｅと励振用駆動側アーム３ａ
の長さＬａとの比Ｌｅ／Ｌａを０から１まで変化させた
とき、比Ｌｅ／Ｌａに対する実効的電気機械結合係数
（相対値）の変化を求めた結果を図８に示す。同図から
明らかなように、励振用駆動側アーム３ａの長さＬａに
対する駆動用電極５の長さＬｅの比Ｌｅ／Ｌａの値が
０．４〜０．７の付近で、実効的電気機械結合係数が大
きくなっていることが分かる。

【００４４】次に、励振用駆動側アーム３ａの長さＬａ
に対する駆動用電極５の長さＬｅの比Ｌｅ／Ｌａを０．
６に保ち、励振用駆動側アーム３ａの幅Ｗａに対する駆
動用電極５の幅Ｗｅの比Ｗｅ／Ｗａと実効的電気機械結
合係数（相対値）との関係を求めた結果を図９に示す。
同図から明らかなように、比Ｗｅ／Ｗａの値が０．５〜
０．７の付近で、実効的電気機械結合係数が大きくなっ
ていることが分かる。

【００４５】以上の結果によると、駆動用電極５の長さ
を励振用駆動側アーム３ａ〜３ｃの長さの４０％〜７０
％とし、駆動用電極５の幅を励振用駆動側アーム３ａ〜
３ｃの幅の５０％〜７０％としたとき、高い実効的電気
機械結合係数が得られる。また、本実施形態において、
振動用検出側アーム４ａの面垂直振動の検出用電極６に
よる検出感度を高めるためには、検出用電極６の大きさ
を実効的電気機械結合係数ができるだけ高くなるような
大きさにすることが望ましい。

【００４６】次に、検出用電極６の大きさと実効的電気
機械結合係数との関係につき、図１０〜図１２を用いて
説明する。図１０（ａ）および（ｂ）は本発明の第一実
施形態に係る圧電振動ジャイロスコープの振動用検出側
アームを示す正面図と側面図、図１１は図１０の振動用
検出側アームにおける検出用電極の長さと実効的電気機
械結合係数との関係を示す図、図１２は図１０の振動用
検出側アームにおける検出用電極の幅と実効的電気機械
結合係数との関係を示す図である。本実施形態に示す六
脚型の圧電振動ジャイロスコープ１は、検出側アーム４
ａ〜４ｃのスチフネスに比べて本体２のスチフネスが十
分に大きいので、図１０に示すように、振動用検出側ア
ーム４ａを片持ち支持梁として動作するものと考えるこ
とができる。そこで、片持ち支持梁とみなされる振動用
検出側アーム４ａにおいて、検出用電極６の形状を変え
た場合の実効的電気機械結合係数を求めた。

【００４７】先ず、振動用検出側アーム４ａの幅Ｗａｖ
に対する検出用電極６の二倍幅（同一面に形成された二
つの検出用電極６の幅の和）Ｗｅｖの比Ｗｅｖ／Ｗａｖ
の値を０．５に保ち、検出用電極６の長さＬｅｖを変え
て、振動用検出側アーム４ａの長さＬａｖに対する比Ｌ
ｅｖ／Ｌａｖと実効的電気機械結合係数（相対値）との
関係を求めた結果を図１１に示す。同図から明らかなよ
うに、比Ｌｅｖ／Ｌａｖの値が０．４〜０．７の付近
で、実効的電気機械結合係数が大きな値を示すことが分
かる。

【００４８】次に、振動用検出側アーム４ａの長さＬａ
ｖに対する検出用電極６の長さＬｅｖの比Ｌｅｖ／Ｌａ
ｖを０．６に保ち、振動用検出側アーム４ａの幅Ｗａｖ
に対する検出用電極６の二倍幅（同一面に形成された二
つの検出用電極６の幅の和）Ｗｅｖの比Ｗｅｖ／Ｗａｖ
と実効的電気機械結合係数（相対値）との関係を求めた
結果を図１２に示す。同図から明らかなように、比Ｗｅ
ｖ／Ｗａｖの値が０．３〜０．５の付近で、実効的電気
機械結合係数が大きくなっていることが分かる。

【００４９】以上の結果によると、検出用電極６の長さ
を検出側アーム４ａ〜４ｃの長さの４０％〜７０％と
し、検出用電極６の二倍幅を検出側アーム４ａ〜４ｃの
幅の３０％〜５０％としたとき、高い実効的電気機械結
合係数が得られ、周波数応答が広く高感度な圧電振動ジ
ャイロスコープ１を得ることができる。

【００５０】このような圧電振動ジャイロスコープ１に
おいては、振動モードの振動の共振周波数と検出モード
の振動の共振周波数との差が小さすぎると、感度は高く
なるものの、外力による振動などによって生じる角速度
の過渡的な変化などの雑音の影響が大きくなってしま
う。そこで、周波数応答にすぐれかつ高感度な圧電振動
ジャイロスコープ１を得るために、駆動モードの振動の
共振周波数と検出モードの振動の共振周波数とに差を付
けること、すなわち離調を行うことが望ましい。例え
ば、圧電振動ジャイロスコープ１を自動車に搭載するこ
とを想定すると、駆動モードである面内振動の共振周波
数と検出モードである面垂直振動の共振周波数との差は
１００Ｈｚ程度とすることが望ましく、本実施形態でも
その差を１００Ｈｚとした。

【００５１】この際、駆動モードの振動の共振周波数と
検出モードの振動の共振周波数との差を所望の値に調整
する方法としては、本体２の四隅をレーザーによって切
削する方法がある。この方法を用いると、面内振動の共
振周波数と面垂直振動の共振周波数とが共に低下する
が、面垂直振動の共振周波数の低下量より面内振動の共
振周波数の低下量が大きくなることから、本体２の四隅
を切削することにより、駆動モードの振動である面内振
動の共振周波数と検出モードの振動である面垂直振動の
共振周波数との差を調整することができる。

【００５２】また、本実施形態においては、圧電振動ジ
ャイロスコープ１の構造全体が上下左右対称であるた
め、重心部分の振動変位が励振用駆動側アーム３ａ，３
ｂおよび振動用検出側アーム４ａ，４ｂの最大振動変位
に比べて１００００分の一以下ときわめて小さく、この
重心部分において図１３に示すように安定性の高い支持
（保持）を行うことが可能となる。図１３は重心部分に
固着した保持体２０による圧電振動ジャイロスコープ１
の保持状態を示す側面図である。本実施形態では、保持
体２０が石英ガラスからなり、直径および高さを１ｍｍ
の寸法とする。

【００５３】このように、六脚型の圧電振動ジャイロス
コープ１を重心保持した場合でも、圧電振動ジャイロス
コープ１の機械的品質係数は、保持しない場合と比べて
も二割以下しか低下せず、保持することによる損失の増
加はほとんど見られなかった。また、重心保持すること
による駆動モード（面内振動）の共振周波数および検出
モード（面垂直振動）の共振周波数の変化は３Ｈｚ以下
であった。本実施形態における圧電単結晶ランガサイト
製の圧電振動ジャイロスコープ１を、図１３に示すよう
に保持し、角速度の検出を行ったところ、０．６ｍＶ／
（ｄｅｇ／ｓ）と高い感度での検出を行うことができ
た。

【００５４】また、本実施形態に示す圧電振動ジャイロ
スコープ１において、非励振用駆動側アーム３ｃおよび
非振動用検出側アーム４ｃの振動変位がきわめて小さい
ことを利用し、非励振用駆動側アーム３ｃ（アーム突出
始端部）と本体２間および本体２と非振動用検出側アー
ム４ｃ（アーム突出始端部）間の各境界部を保持（二点
保持）すると、前述した重心保持した場合と同様に安定
性の高い保持を行うことができた。

【００５５】以上説明したように、本実施形態に示す圧
電振動ジャイロスコープ１では、励振用駆動側アーム３
ａ，３ｂを逆相で対称面内振動（駆動モードの振動）さ
せると、本体２の主面２ａと垂直な方向に働くコリオリ
力によって励振用駆動側アーム３ａ，３ｂに面垂直振動
が励起され、さらにこの面垂直振動が本体２を介して振
動用検出側アーム４ａ，４ｂに伝達され、振動用検出側
アーム４ａ，４ｂが面垂直振動（検出モードの振動）す
る。

【００５６】この際、駆動モードの振動は検出側アーム
４ａ〜４ｃには殆ど伝達されないので、検出側アーム４
ａ〜４ｃには駆動モードの振動が発生せず、検出モード
の振動のみが発生する。このため、検出側アーム４ａ〜
４ｃにおいては、駆動モードの振動と検出モードの振動
との機械的結合がほとんど発生しないので、検出側アー
ム４ａ〜４ｃで検出モードの振動を検出することによ
り、Ｓ／Ｎ比の良好な検出が可能である。

【００５７】また、本実施形態においては、励振用駆動
側アーム３ａ，３ｂと振動用検出側アーム４ａ，４ｂと
の間に本体２が介在する構造であるため、駆動用電極５
と検出用電極６とが十分に離れており、このため静電的
な結合が生じ難く、Ｓ／Ｎ比の良好な検出が可能であ
る。さらに、本実施形態においては、上下左右対称の六
脚型圧電振動ジャイロスコープであるから、従来のよう
に重心部分に振動が発生せず、このため安定した状態で
圧電振動ジャイロスコープ１を保持することができる。
この他、本実施形態においては、励振用駆動側アーム３
ａ，３ｂの振動変位に対して振動用検出側アーム４ａ，
４ｂの振動変位が数倍大きいので、高感度な検出が可能
である。

【００５８】なお、本実施形態においては、両振動用検
出側アーム４ａ，４ｂｃに検出用電極６を形成して角速
度を検出する場合について説明したが、本発明はこれに
限定されず、両振動用検出側アーム４ａ，４ｂのうちい
ずれか一方の検出側アームに形成しても角速度を検出す
ることができる。

【００５９】次に、本発明の第二実施形態につき、図１
４〜図１７を用いて説明する。図１４は本発明の第二実
施形態に係る圧電振動ジャイロスコープを示す斜視図で
ある。同図において、符号５１で示す圧電振動ジャイロ
スコープは、本体５２，駆動側アーム５３および検出側
アーム５４を備えた上下左右対称の構造とし、全体が例
えばＸカットランガサイトの圧電体からなる六脚型圧電
振動ジャイロスコープによって形成されている。

【００６０】本体５２は、表裏面に対応する二つの主面
５２ａ，５２ｂおよびこれら両主面５２ａ，５２ｂに連
接する上下左右四つの端面５２ｃ〜５２ｆを有し、特定
振動のアーム間伝達を抑制するための高剛性部材からな
る矩形板によって形成されている。この場合、特定振動
を本体２の主面５２ａ，５２ｂと平行な方向に駆動側ア
ーム５３が振動する面内振動とする。

【００６１】駆動側アーム５３は、それぞれが互いに逆
位相で振動する二本の励振用駆動側アーム５３ａ，５３
ｂおよびこれら両励振用駆動側アーム５３ａ，５３ｂ間
に介在する一本の非励振用駆動側アーム５３ｃからな
り、本体５２に上方の端面５２ｃに主面５２ａ，５２ｂ
と同一の平面内で垂直に突出するように一体に設けられ
ている。そして、各駆動側アーム５３ａ〜５３ｃは、所
定のアーム間隔をもって並列するような位置に配置され
ており、全体が本体５２の厚さと同一の厚さをもつ断面
ほぼ正方形状の角形棒によって形成されている。

【００６２】検出側アーム５４は、それぞれが互いに逆
位相で振動する二本の振動用検出側アーム５４ａ，５４
ｂおよびこれら両振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂ間
に介在する一本の非振動用検出側アーム５４ｃからな
り、本体５２に下方の端面５２ｄに主面５２ａ，５２ｂ
と同一の平面内で垂直に突出するように一体に設けられ
ている。そして、各検出側アーム４ａ〜４ｃは、それぞ
れが対応する駆動側アーム５３ａ〜５３ｃと同一の線上
において所定のアーム間隔をもって並列するような位置
に配置されており、全体が駆動側アーム５３の厚さと同
一の厚さをもつ断面ほぼ正方形状の角形棒によって形成
されている。

【００６３】次に、本実施形態に係る圧電ジャイロスコ
ープにおける電極の配置およびその結線につき、図１５
〜図１７を用いて説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は本
発明の第二実施形態に係る圧電振動ジャイロスコープに
おける電極の配置状態を示す上面図，正面図および下面
図である。図１６は本発明の第二実施形態に係る圧電振
動ジャイロスコープにおける駆動用電極の接続状態を示
す結線図、図１７は本発明の第二実施形態に係る圧電振
動ジャイロスコープにおける検出用電極の接続状態を示
す結線図である。図１５に示すように、励振用駆動側ア
ーム５３ａ，５３ｂには、それぞれ本体５２の主面５２
ａ，５２ｂと平行な方向に振動する面内振動を励起する
ための四つの駆動用電極５５が設けられている。一方、
振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂには、それぞれ本体
５５の主面５２ａ，５２ｂと垂直な方向に振動する面垂
直振動を検出するための四つの検出用電極５６が設けら
れている。

【００６４】各駆動用電極５５は、アーム突出始端部か
らアーム突出終端部に向かって延びる同一大の正面矩形
状電極からなり、各励振用駆動側アーム５３ａ，５３ｂ
の両主面（本体５２の主面５２ａと平行な二側面）の幅
方向両端部に配置されている。そして、図１６に示すよ
うに、駆動用電極５５のうち対角線方向の位置にある駆
動用電極５５同士が同一の極性となり、かつそれぞれが
対向する位置にある駆動用電極５５同士および同一面上
にある駆動用電極５５同士が異なる極性になるように交
流電源Ｇに接続されている。なお、励振用駆動側アーム
５３ａの駆動用電極５５と励振用駆動側アーム５３ｂの
駆動用電極５５とは、それぞれが互いに反対の極性パタ
ーンとなるように交流電源Ｇに接続されている。

【００６５】各検出用電極５６は、アーム突出始端部か
らアーム突出終端部に向かって延びる同一大の正面矩形
状電極からなり、各振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂ
の両主面（本体５２の主面５２ａと平行な二側面）およ
び両側面（本体５２の主面５２ａと垂直な二側面）の幅
方向中央部に配置されている。そして、図１７に示すよ
うに、検出用電極５６のうちそれぞれが互いに対向する
位置にある検出用電極５６同士は同一の極性となり、か
つそれぞれが互いに隣り合う検出用電極５６同士は異な
る極性となるように検出装置（図示せず）に各端子を介
して接続されている。なお、振動用検出側アーム５４ａ
の検出用電極５６と振動用検出側アーム５４ｂの検出用
電極５６とは、それぞれが互いに反対の極性パターンと
なるように検出装置に接続されている。

【００６６】このように構成された圧電振動ジャイロス
コープ５１においては、材質が第一実施形態の圧電振動
ジャイロスコープ１の材質と異なるため、励振用駆動側
アーム５３ａ，５３ｂに面内振動を励起するための電界
および振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂの面垂直振動
によって励起される電界が異なり、これに対応して駆動
用電極５５および検出用電極５６の配置が異なってい
る。したがって、本実施形態の圧電振動ジャイロスコー
プ５１による角速度の検出時における動作は、動作時に
励振用駆動側アーム５３ａ，５３ｂおよび振動用検出側
アーム５４ａ，５４ｂ内に生じる電界が異なることを除
き、第一実施形態の圧電振動ジャイロスコープ１による
角速度の検出時における動作とほぼ同様である。

【００６７】なお、本実施形態における六脚型の圧電振
動ジャイロスコープ５１は、Ｘカットランガサイト板か
らワイヤーカットの方法により、図１４に示すような六
脚型圧電振動ジャイロスコープ用の素板を切り抜き、蒸
着法およびフォトレジスト法によってＡｕ／Ｃｒ蒸着電
極として、図１５に示すような駆動用電極５５および検
出用電極５６を形成することにより製造した。

【００６８】また、本実施形態においては、スプリアス
応答のない良好な周波数応答および立ち上がりの早い応
答を得るために、第一実施形態と同様に全体構造を上下
左右対称な形状とし、本体５２および各アーム５３，５
４の厚さを同一の寸法に設定することが望ましい。本実
施形態における本体５２の長さ，幅および厚さをそれぞ
れ３ｍｍ，３ｍｍおよび０．３４ｍｍとし、各アーム
３，４の長さ，幅および厚さをそれぞれ４．２ｍｍ，
０．３ｍｍおよび０．３４ｍｍとした。

【００６９】さらに、本実施形態において、駆動用電極
５５への電圧の印加によって高効率で励振用駆動側アー
ム５３ａ，５３ｂに面内振動を励起するための（実効的
電気機械結合係数が大きくなるような）駆動用電極５５
の外形寸法（長さおよび幅）を、励振用駆動側アーム５
３ａ，５３ｂを片持ち支持梁として扱い、駆動用電極５
５の大きさを変えて実効的電気機械結合係数を求めるこ
とにより調べた。この結果、図１１および図１２に示し
た結果と同様に、駆動用電極５５の長さを駆動側アーム
長の４０％〜７０％とし、駆動用電極５５の二倍幅（二
つの駆動用電極５５の幅の和）を駆動側アーム幅の３０
％〜５０％としたとき、実効的電気機械結合係数が大き
くなることが分かった。

【００７０】同様に、振動用検出側アーム５４ａ，５４
ｂを片持ち支持梁として扱い、検出用電極５６の大きさ
を変えて実効的電気機械結合係数を求めることにより、
振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂの面垂直振動の検出
用電極５６による検出感度を高くする（実効的電気機械
結合係数が大きくなる）ような検出用電極５６の大きさ
を調べた。この結果、図８および図９に示した結果と同
様に、検出用電極５６の長さを検出側アーム長の４０％
〜７０％とし、検出用電極５６の幅を検出側アーム幅の
５０％〜７０％としたとき、実効的電気機械結合係数が
大きくなることが分かった。

【００７１】この他、本実施形態において、周波数応答
にすぐれかつ高感度な圧電振動ジャイロスコープを得る
ためには、第一実施形態と同様に、駆動モードの共振周
波数と検出モードの共振周波数とに差を付けること（離
調）が不可欠である。この場合、周波数の調整は、第一
実施形態において示した方法と同一の方法によって行う
ことができる。本実施形態では、駆動モード（図５に示
す振動モードと同一）の共振周波数と検出モード（図６
に示す振動モードと同一）の共振周波数との差を９０Ｈ
ｚとした。

【００７２】また、本実施形態においては、圧電振動ジ
ャイロスコープ５１の構造全体が上下左右対称であるた
め、重心部分の振動変位が励振用駆動側アーム５３ａ，
５３ｂおよび振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂの最大
振動変位に比べて１００００分の一以下ときわめて小さ
く、この重心部分において第一実施形態と同様に安定性
の高い保持を行うことが可能となる。本実施形態では、
図１３に示す保持体２０をポリイミド樹脂によって形成
した。

【００７３】このように、六脚型の圧電振動ジャイロス
コープ５１を重心保持した場合でも、圧電振動ジャイロ
スコープ５１の機械的品質係数は、保持しない場合と比
べても三割以下しか低下せず、保持することによる損失
の増加はほとんど見られなかった。また、重心保持する
ことによる駆動モード（面内振動）の共振周波数および
検出モード（面垂直振動）の共振周波数の変化は５Ｈｚ
以下であった。本実施形態における圧電単結晶ランガサ
イト製の圧電振動ジャイロスコープ５１を、図１３に示
すように保持し、角速度の検出を行ったところ、０．７
ｍＶ／（ｄｅｇ／ｓ）と高い感度での検出を行うことが
できた。

【００７４】さらに、本実施形態に示す圧電振動ジャイ
ロスコープ５１において、非励振用駆動側アーム５３ｃ
および非振動用検出側アーム５４ｃの振動変位がきわめ
て小さいことを利用し、非励振用駆動側アーム５３ｃ
（アーム突出始端部）と本体５２間および本体５２と非
振動用検出側アーム５４ｃ（アーム突出始端部）間の各
境界部を保持（二点保持）すると、前述した重心保持し
た場合と同様に安定性の高い保持を行うことができた。

【００７５】以上説明したように、本実施形態に示す圧
電振動ジャイロスコープ５１では、第一実施形態と同様
に、振動用検出側アーム５４ａ，５４ｂに検出モードの
振動のみが励起されるため、検出の雑音となる振動が小
さく、また励振用駆動側アーム５３ａ，５３ｂと振動用
検出側アーム５４ａ，５４ｂ間の距離が十分に離れてい
るため、静電的な雑音が小さく、Ｓ／Ｎ比の良好な検出
が可能である。

【００７６】また、本実施形態においては、上下左右対
称の六脚型圧電振動ジャイロスコープであるから、従来
のように重心部分に振動が発生せず、このため安定した
状態で圧電振動ジャイロスコープ１を保持することがで
きる。この他、本実施形態においては、励振用駆動側ア
ーム５３ａ，５３ｂの振動変位に対して振動用検出側ア
ーム５４ａ，５４ｂの振動変位が数倍大きいので、高感
度な検出が可能である。

【００７７】なお、本実施形態においては、両振動用検
出側アーム５４ａ，５４ｂｃに検出用電極５６を形成し
て角速度を検出する場合について説明したが、本発明は
これに限定されず、両振動用検出側アーム５４ａ，５４
ｂのうちいずれか一方の検出側アームに形成しても角速
度を検出することができる。

【００７８】また、各実施形態においては、圧電体とし
てＺカットランガサイトあるいはＸカットランガサイト
を用いた圧電振動ジャイロスコープについて説明した
が、本発明はこれに限定されず、Ｘカット水晶，１３０
°回転ｙ板リチウムタンタレートあるいは圧電セラミッ
クス（厚さ方向に一様に分極されたもの）を用いても同
様の効果を奏する。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
いＳ／Ｎ比で角速度を検出することができるから、角速
度の分解能にすぐれ、地球の自転以下の小さな角速度を
検出することが可能となる。また、全体構造を上下左右
対称の形状とすることにより、安定性の高い重心保持構
造を得ることができる。さらに、電極形状を最適化する
ことにより、励振用駆動側アームの駆動および振動用検
出側アームの検出の実効的電気機械結合係数を大きくす
ることができ、かつ振動用検出側アームの振動変位が励
振用駆動側アームの振動変位の数倍となるので、高感度
な角速度の検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープを示す斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第一実施形態に係る
圧電振動ジャイロスコープにおける電極の配置状態を示
す上面図，正面図および下面図である。

【図３】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープにおける駆動用電極の接続状態を示す結線図で
ある。

【図４】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープにおける検出用電極の接続状態を示す結線図で
ある。

【図５】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープにおける駆動モードの振動時の変位を説明する
ために示す図である。

【図６】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイロ
スコープにおける検出モードの振動時の変位を説明する
ために示す図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明の第一実施形態に
係る圧電振動ジャイロスコープにおける励振用駆動側ア
ームを示す正面図と側面図である。

【図８】図７の励振用駆動側アームにおける駆動用電極
の長さと実効的電気機械結合係数の関係を示す図であ
る。

【図９】図７の励振用駆動側アームにおける駆動用電極
の幅と実効的電気機械結合係数の関係を示す図である。

【図１０】（ａ）および（ｂ）は本発明の第一実施形態
に係る圧電振動ジャイロスコープにおける振動用検出側
アームを示す正面図と側面図である。

【図１１】図１０の振動用検出側アームにおける検出用
電極の長さと実効的電気機械結合係数の関係を示す図で
ある。

【図１２】図１０の振動用検出側アームにおける検出用
電極の幅と実効的電気機械結合係数の関係を示す図であ
る。

【図１３】本発明の第一実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープを重心支持した状態を示す側面図である。

【図１４】本発明の第二実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープを示す斜視図である。

【図１５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第二実施形態に係
る圧電振動ジャイロスコープにおける電極の配置状態を
示す上面図，正面図および下面図である。

【図１６】本発明の第二実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープにおける駆動用電極の接続状態を示す結線図
である。

【図１７】本発明の第二実施形態に係る圧電振動ジャイ
ロスコープにおける検出用電極の接続状態を示す結線図
である。

【図１８】（ａ）および（ｂ）は従来の音叉型圧電振動
ジャイロスコープにおける駆動モードでの振動状態と検
出モードでの振動状態を示す斜視図である。

【符号の説明】 １ 圧電振動ジャイロスコープ ２ 本体 ２ａ，２ｂ 主面 ２ｃ〜２ｆ 端面 ３ 駆動側アーム ３ａ，３ｂ 励振用駆動側アーム ３ｃ 非励振用駆動側アーム ４ 検出側アーム ４ａ，４ｂ 振動用検出側アーム ４ｃ 非振動用検出側アーム ５ 駆動用電極 ６ 検出用電極

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表裏面を主面とする矩形板からなる本体
   と、 この本体に前記主面と同一の平面内でそれぞれが互いに
   反対の方向に突出する圧電体からなる二組のアームとを
   備え、 これら各組アームのうち一方組のアームを、それぞれが
   互いに逆位相で振動する二本の励振用駆動側アームおよ
   びこれら両励振用駆動側アーム間に介在する一本の非励
   振用駆動側アームによって形成し、 他方組のアームを、それぞれが互いに逆位相で振動する
   二本の振動用検出側アームおよびこれら両振動用検出側
   アーム間に介在する一本の非振動用検出側アームによっ
   て形成し、 このうち両励振用駆動側アームには、前記主面と平行な
   方向に振動する面内振動を励起するための駆動用電極が
   形成され、 両振動用検出側アームのうち少なくとも一方の振動用検
   出側アームには、前記主面と垂直な方向に振動する面垂
   直振動を検出するための検出用電極が形成されているこ
   とを特徴とする圧電振動ジャイロスコープ。
2. 【請求項２】 前記本体が、前記励振用駆動側アームか
   ら前記振動用検出側アームへの面内振動の伝達を抑制す
   るための矩形板であることを特徴とする請求項１記載の
   圧電振動ジャイロスコープ。
3. 【請求項３】 前記本体と各組アームとが一体に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電
   振動ジャイロスコープ。
4. 【請求項４】 前記駆動側アームおよび前記検出側アー
   ムが、Ｚカット水晶およびＺカットランガサイトのうち
   いずれかの材料からなる断面矩形状のアームによって形
   成され、 このうち駆動側アームにおける二主面と二側面の幅方向
   中央部にそれぞれ前記駆動用電極が位置し、かつ、アー
   ム突出始端部からアーム突出終端部に向かって延びるよ
   うな同一の大きさに形成され、 検出側アームにおける前記主面と垂直な二側面の幅方向
   両端部にそれぞれ前記検出用電極が位置し、かつ、アー
   ム突出始端部からアーム突出終端部に向かって延びるよ
   うな同一の大きさに形成されていることを特徴とする請
   求項１，２または３記載の圧電振動ジャイロスコープ。
5. 【請求項５】 前記各駆動用電極の長さおよび幅が、そ
   れぞれ駆動側アーム長の４０％〜７０％の範囲と駆動側
   アーム幅の５０％〜７０％の範囲に設定され、 前記各検出用電極の長さおよび二倍幅が、それぞれ検出
   側アーム長の４０％〜７０％の範囲と検出側アーム幅の
   ３０％〜５０％の範囲に設定されていることを特徴とす
   る請求項４記載の圧電振動ジャイロスコープ。
6. 【請求項６】 前記駆動側アームおよび前記検出側アー
   ムが、Ｘカット水晶，Ｘカットランガサイト，１３０°
   回転Ｙ板リチウムタンタレートおよび圧電セラミックス
   のうちいずれかの材料からなる断面矩形状のアームによ
   って形成され、 このうち駆動側アームにおける主面の幅方向両端部にそ
   れぞれ前記駆動用電極が位置し、かつ、アーム突出始端
   部からアーム突出終端部に向かって延びるような同一の
   大きさに形成され、 検出側アームにおける主面と二側面の幅方向中央部にそ
   れぞれ前記検出用電極が位置し、かつ、アーム突出始端
   部からアーム突出終端部に向かって延びるような同一の
   大きさに形成されていることを特徴とする請求項１，２
   または３記載の圧電振動ジャイロスコープ。
7. 【請求項７】 前記各駆動用電極の長さおよび二倍幅
   が、それぞれ駆動側アーム長の４０％〜７０％の範囲と
   駆動側アーム幅の３０％〜５０％の範囲に設定され、 前記各検出用電極の長さおよび幅が、それぞれ検出側ア
   ーム長の４０％〜７０％の範囲と検出アーム幅の５０％
   〜７０％の範囲に設定されていることを特徴とする請求
   項６記載の圧電振動ジャイロスコープ。
8. 【請求項８】 ジャイロスコープ全体を上下左右対称の
   構造とし、前記本体の厚さおよび前記各アームの厚さを
   同一の寸法に設定したことを特徴とする請求項１〜７の
   うちいずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
9. 【請求項９】 前記非励振用駆動側アームと前記本体間
   および前記本体と前記非振動用検出側アーム間の各境界
   部を保持する保持体を有することを特徴とする請求項１
   〜８のうちいずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコ
   ープ。
10. 【請求項１０】 ジャイロスコープ重心部分を保持する
    保持体を有することを特徴とする請求項１〜８のうちい
    ずれか一項に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のうちいずれか一項に記
    載の圧電振動ジャイロスコープにおける、前記面内振動
    の共振周波数と前記面垂直振動の共振周波数との周波数
    差を調整する方法であって、前記周波数差を調整するに
    あたり、前記本体の四隅を切削することを特徴とする圧
    電振動ジャイロスコープの周波数調整方法。