JP2002277246A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、圧電体間や圧電素子と固定部
材との間の接着層による影響を受けないで共振周波数が
安定であって、角速度を高感度に検出できる振動ジャイ
ロを提供する。 【解決手段】 分極軸が対向するようにして２つの圧電
体を接合して形成された梁部と、梁部の相対する主面の
内少なくとも一方の主面に設けられ支持体と、梁部の幅
方向に平行されている第１電極と第２電極とを有する圧
電素子と、第1電極と前記第２電極との間に駆動信号を
印加して前記圧電素子を屈曲振動させる駆動手段と、第
１電極または第２電極を用いることによりその屈曲振動
とは垂直の屈曲振動に応じた信号を検出する信号検出手
段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度検出用の圧
電素子及びこれを用いた振動ジャイロに関する。詳細す
れば、ビデオカメラやビデオムービーの手振れ検知、バ
ーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲ
ーションシステムにおける方向検知に用いられる角速度
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の片持ち梁型の振動ジャイロとし
て、本件出願人が特願２０００−２３４３３０号として
提案したものがある。図２０（ａ）は、従来の振動ジャ
イロを示す斜視図であり、図２０（ｂ）は、図２０
（ａ）のＡ−Ａ’に沿って切断した断面図である。

【０００３】図２０（ａ）、（ｂ）において、１１０、
１１１はたとえばニオブ酸リチウムの圧電単結晶であ
り、この２つの圧電単結晶を分極反転させて直接接合に
より貼り合わせて、圧電素子１０３を形成している。片
持ち梁構造は、圧電素子１０３の片端を固定部材１１４
に直接接合して貼合わせたものである。振動子表裏主面
の一方に駆動電極１０５を形成し、他方に幅方向に二平
行された一対の検出電極１０６ａ、１０６ｂが形成され
る。

【０００４】図２１に従来の発振回路１３２と検出回路
１６０の構成例を示す。圧電素子１０３の駆動電極１０
５と検出電極１０６ａ、１０６ｂとの間には抵抗１３
０、１３１を介して、発振回路１３２が接続され、圧電
素子１０３を厚さ方向に屈曲振動させる。検出電極１０
６ａ、１０６ｂは、差動増幅回路１３３に入力され、差
動増幅された信号は、同期検波回路１３４により同期検
波され、検波された信号が直流増幅回路１３５により増
幅される。こうして圧電素子１０３の幅方向の屈曲振動
に応じた信号出力を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】振動体の表裏主面上
に、駆動用電極および検出用電極がそれぞれ形成されて
いる。コリオリ力による幅方向の屈曲振動によって生じ
る信号を片面のみに形成した検出用電極から検出するた
め、両面で検出する場合に比べ、出力信号は半分であ
り、感度は低い。

【０００６】発振回路１３２が抵抗１３０、１３１を介
して圧電素子１０３の検出電極１０６ａ、１０６ｂ、と
接続されており、抵抗１３０、１３１により分圧されて
いる。このため、抵抗１３０、１３１がない場合と比較
して、圧電素子１０３の駆動電圧が下がり、駆動効率が
下がる。駆動効率が低下すると、電気エネルギ−から振
動エネルギ−への変換効率が低くなり、速い振動速度が
得られず、結果として、振動ジャイロの感度が低くな
る。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、よ
り高精度で高感度な片持ち梁型振動ジャイロである角速
度検出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る角速度検出
装置は、形状が直方体である２つの圧電体を分極反転さ
せて貼り合わせて形成された圧電素子と、その圧電素子
の表裏主面上に形成され、その幅方向に少なくとも２つ
以上に分割された２対の分割電極と、２対の分割電極間
に駆動信号を与え、その圧電素子をその厚み方向に屈曲
振動させる駆動手段と、各対を成す分割電極を用いてそ
の屈曲振動とは垂直の屈曲振動に応じた信号を検出する
信号検出手段とを備え、信号検出手段において、各対を
成す分割電極間に発生する信号をそれぞれ差動増幅し、
それぞれ差動増幅された信号を演算して、検出信号を得
ることを特徴とする。これにより一方の面のみの平行さ
れた電極を利用するのと比べ、２倍の出力信号が得ら
れ、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【０００９】また２対の分割電極は、圧電素子の幅方向
に３平行され、駆動手段において、その分割された電極
のうち、その幅方向中心の圧電素子を介して相対する電
極間に駆動電極を与えて圧電素子の厚み方向の屈曲振動
を駆動し、信号検出手段において、各対の幅方向の両端
電極間に発生する信号を差動増幅し、それぞれ差動増幅
された信号を演算して検出信号を得ることを特徴とす
る。これにより、発振回路と電極間に直列接続されてい
る抵抗が不要となり、駆動信号を直接電極間に印加で
き、その抵抗がある場合に比べ、駆動電圧が高いため、
振動速度を速めることができ、振動ジャイロの感度を高
感度化できる。そして、２対の３分割された電極のうち
両端の電極を検出電極として用いているので、１対のみ
の両端電極を利用する場合と比較して、２倍の出力信号
が得られ、振動ジャイロの感度を高める

【００１０】本発明に係る角速度検出装置は、形状が直
方体である２つの圧電体を分極反転させて貼り合わせて
形成された圧電素子と、その表裏主面上に形成され、そ
の幅方向に少なくとも２つ以上に分割された２対の分割
電極と、各対の分割電極間に駆動信号を与え、その圧電
素子をその幅方向に屈曲振動させる駆動手段と、２対の
分割電極を用いてその屈曲振動とは垂直の屈曲振動に応
じた信号を検出する信号検出手段とを備え、駆動手段に
おいて、２対の分割電極を構成する電極で、圧電素子を
介して相対する２つの分割電極それぞれに与えられた駆
動信号の位相が互いに逆相となるようにして駆動するこ
とを特徴とする。これにより、表裏主面上の分割された
電極に駆動信号を与えるので、片面のみに与える場合と
比較して駆動電流が２倍となり、振動速度を高速化で
き、結果として振動ジャイロの感度を高めることができ
る。

【００１１】また、信号検出手段において、各対の分割
電極間に発生する信号をそれぞれ差動増幅し、それぞれ
差動増幅された信号を演算して検出信号を得ることを特
徴とする。これにより片面のみの場合と比べ、２倍の出
力信号が得られ、振動ジャイロの感度を高めることがで
きる。

【００１２】また、２対の分割電極は、圧電素子の幅方
向に３分割され、駆動手段において、各対を成すその幅
方向に分割された電極のうち、その幅方向の両端の電極
間に駆動信号を与えてその幅方向の屈曲振動を駆動し、
信号検出手段において、その幅方向中心の圧電素子の相
対する電極間に発生する信号を差動増幅し、それぞれ差
動増幅された信号を演算して検出信号を得ることを特徴
とする。これにより、表裏主面上の分割された電極に駆
動信号を与えるので、片面のみに与える場合に比べて与
える駆動電流が２倍となり、振動速度を高速化でき、結
果として振動ジャイロの感度を高めることができる。ま
た２対の分割電極を利用することで、一方の面のみを利
用する場合と比較して２倍の出力を得ることができ、感
度を２倍高めることができる。

【００１３】本発明に係る角速度検出装置は、形状が直
方体である２つの圧電体を分極反転させて貼り合わせて
形成された圧電素子と、その圧電素子の表裏主面上に形
成され、その幅方向に２分割された２対の第１電極と、
その表裏側面上に形成され、その厚み方向に２分割され
た２対の第２電極と、第１電極の各対の電極間に駆動信
号を与え、その圧電素子をその厚み方向に屈曲振動させ
る駆動手段と、第２電極を用いてその屈曲振動とは垂直
の屈曲振動に応じた信号を検出する信号検出手段とを備
え、信号検出手段において、第２電極の各対を成す電極
のうち、圧電素子を介して相対する電極間で発生する信
号を差動増幅し、それぞれ差動増幅された信号を演算し
て、検出信号を得ることを特徴とする。これにより、発
振回路と電極間に直列接続されている抵抗が不要とな
り、駆動信号を直接電極間に印加でき、その抵抗がある
場合に比べ、駆動電圧が高くなり、振動を速めることが
でき、振動ジャイロの感度を高感度化できる。そして、
電極１対のみを利用するのと比べ、２倍の出力信号が得
られ、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【００１４】本発明に係る角速度検出装置は、形状が直
方体である２つの圧電体を分極反転させて貼り合わせて
形成された圧電素子と、その表裏主面上に形成され、そ
の幅方向に２分割された２対の第１電極と、その表裏側
面上に形成され、その厚み方向に２分割された２対の第
２電極と、第２電極の各対を成す電極間に駆動信号を与
え、その圧電素子をその幅方向に屈曲振動させる駆動手
段と、第１電極を用いてその屈曲振動とは垂直の屈曲振
動に応じた信号を検出する信号検出手段とを備え、駆動
手段において、２対の第２電極を構成する電極で、圧電
素子を介して相対する２つの電極それぞれに与えられた
駆動信号の位相が互いに逆相となるようにして駆動する
ことを特徴とする。発振回路と電極間に直列接続されて
いる抵抗が不要であり、駆動信号が直接電極間に加える
ことができるため、駆動効率を高めることができる。そ
して２対の表裏主面上の電極を検出用電極として利用す
るので、１対の場合に比べ、２倍の出力信号が得られ、
振動ジャイロの感度を高めることができる。

【００１５】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合して形成され、
大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、前記圧電
体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向面
の一方に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１
対向面の他方に形成された第３電極及び第４電極と、正
位相の交流信号を前記第１電極と第２電極に印加し、逆
位相の交流信号を前記第３電極と前記第４電極に印加
し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
段と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前
記第１電極と第２電極とに発生する電荷を検出し、第１
の角速度検出信号を出力する第１検出手段と、前記一方
向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第３電極と第
４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速度検出信
号を出力する第２検出手段と、第１の角速度検出信号と
第２の角速度検出信号から複合角速度検出信号を検出す
る複合角速度検出手段を有することを特徴とする。

【００１６】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合して形成され、
大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、前記圧電
体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向面
の一方に形成された第１電極及び第２電極と、前記第１
対向面の他方に形成された第３電極及び第４電極と、正
位相の交流信号を前記第２電極と第３電極に印加し、逆
位相の交流信号を前記第１電極と前記第４電極に印加
し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
段と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前
記第１電極と第３電極とに発生する電荷を検出し、第１
の角速度検出信号を出力する第１検出手段と、前記一方
向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第２電極と第
４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速度検出信
号を出力する第２検出手段と、第１の角速度検出信号と
第２の角速度検出信号から複合角速度検出信号を検出す
る複合角速度検出手段を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合して形成され、
大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、前記圧電
体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向面
の一方に形成された第１電極及び第２電極と第５電極
と、前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第
４電極と第６電極と、正位相の交流信号を前記第５電極
に印加し、逆位相の交流信号を前記第６電極に印加し、
前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手段
と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記
第１電極と第２電極とに発生する電荷を検出し、第１の
角速度検出信号を出力する第１検出手段と、前記一方向
に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第３電極と第４
電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速度検出信号
を出力する第２検出手段と、第１の角速度検出信号と第
２の角速度検出信号から複合角速度検出信号を検出する
複合角速度検出手段を有することを特徴とする。

【００１８】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合して形成され、
大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、前記圧電
体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向面
の一方に形成された第１電極及び第２電極と第５電極
と、前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第
４電極と第６電極と、正位相の交流信号を前記第２電極
と第３電極に印加し、逆位相の交流信号を前記第１電極
と前記第４電極に印加し、前記圧電体部に一方向の屈曲
振動を励振する駆動手段と、前記一方向に垂直な他方向
の屈曲振動に応じて前記第５電極と第６電極とに発生す
る電荷を検出し、第１の角速度検出信号を出力する第１
検出手段を有することを特徴とする。

【００１９】前記第５電極と前記第６電極は、前記圧電
体部を介して対向することを特徴とする。前記第５電極
は、前記第１電極と第２電極との幅方向の間に形成さ
れ、前記第

【００２０】６電極は、前記第３電極と第４電極との幅
方向の間に形成されていることを特徴とする。

【００２１】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合し、大略矩形状
の第１対向面と第２対向面を有する圧電体部と、前記圧
電体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向
面の一方に形成された第１電極及び第２電極と、前記第
１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電極と、
前記第２対向面の一方に形成された第７電極及び第８電
極と、前記第２対向面の他方に形成された第９電極及び
第１０電極と、正位相の交流信号を前記第１電極と第２
電極に印加し、逆位相の交流信号を前記第３電極と前記
第４電極に印加し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を
励振する駆動手段と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲
振動に応じて前記第７電極と第９電極とに発生する電荷
を検出し、第１の角速度検出信号を出力する第１検出手
段と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前
記第８電極と第１０電極とに発生する電荷を検出し、第
２の角速度検出信号を出力する第２検出手段と、第１の
角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合角速度
検出信号を検出する複合角速度検出手段を有することを
特徴とする。

【００２２】本発明の角速度検出装置は、基板と、２つ
の圧電体を分極軸が対向するように接合し、大略矩形状
の第１対向面と第２対向面を有する圧電体部と、前記圧
電体部を前記基板に固定する支持体部と、前記第１対向
面の一方に形成された第１電極及び第２電極と、前記第
１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電極と、
前記第２対向面の一方に形成された第７電極及び第８電
極と、前記第２対向面の他方に形成された第９電極及び
第１０電極と、正位相の交流信号を前記第８電極と第９
電極に印加し、逆位相の交流信号を前記第７電極と前記
第１０電極に印加し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動
を励振する駆動手段と、前記一方向に垂直な他方向の屈
曲振動に応じて前記第１電極と第３電極とに発生する電
荷を検出し、第１の角速度検出信号を出力する第１検出
手段と、前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて
前記第２電極と第４電極とに発生する電荷を検出し、第
２の角速度検出信号を出力する第２検出手段と、第１の
角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合角速度
検出信号を検出する複合角速度検出手段を有することを
特徴とする。

【００２３】前記第７電極及び第８電極は、前記第２対
向面の一方の幅方向に相対して形成され、前記第９電極
及び第１０電極は、前記第２対向面の他方の幅方向に相
対して形成されていることを特徴とする。

【００２４】前記第７電極と前記第９電極は、前記圧電
体部を介して対向し、前記第８電極と前記第１０電極
は、前記圧電体部を介して対向していることを特徴とす
る。

【００２５】前記第１電極及び第２電極は、前記第１対
向面の一方の幅方向に相対して形成され、前記第３電極
及び第４電極は、前記第１対向面の他方の幅方向に相対
して形成されていることを特徴とする。

【００２６】前記第１電極と前記第３電極は、前記圧電
体部を介して対向し、前記第２電極と前記第４電極は、
前記圧電体部を介して対向していることを特徴とする。

【００２７】前記支持体部は、前記圧電体部の少なくと
も長手方向の一端部に設けられていることを特徴とす
る。

【００２８】前記圧電体部の接合は、酸素原子又は水酸
基のうちの少なくとも１つを介する直接接合により行わ
れることを特徴とする。

【００２９】前記圧電体部と前記支持体部との接合は、
酸素原子又は水酸基のうちの少なくとも１つを介する直
接接合により行われることを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１に係る振動ジャイロの斜視図である。本発明の角
速度検出装置は、基板部４０と圧電素子１から構成され
る。図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における振動
ジャイロに用いる圧電素子１を示す斜視図である。図２
（ｂ）は、図２（ａ）に示されるＡ−Ａ’線に沿って切
断した概略断面図である。

【００３２】圧電素子１は、圧電体部３と、第１の対向
電極部９と、支持体部１４から構成されている。圧電体
部３は、平面１０ａを有する第１圧電体１０と平面１１
ａを有する第２圧電体１１とが接合し、形成されてい
る。また、平面１０ａと平面１１ａとは、圧電体部３の
一対の対向面を形成している。

【００３３】更に、第１圧電体１０と第２圧電体１１と
は、結晶軸が互いに逆方向となるように直接接合されて
いる。従って、圧電体部３の分極方向は、図２（ｂ）の
矢印に示すように互いに逆方向となる。

【００３４】第１圧電体１０、第２圧電体１１には、ニ
オブ酸リチウム（LiNbO₃）の単結晶を用いる。ニオブ酸
リチウムの単結晶において、横効果伸び振動に関わる結
合係数が最大となるカット角は、およそ１３７°であ
る。従って、この近傍のカット角である１４０゜回転Ｙ
板のニオブ酸リチウムを用いる。これにより、圧電体部
３の電気―機械変換効率を高くすることが可能である

【００３５】第１の対向電極部９は、第１の平行電極６
ａ、６ｂと第２の平行電極５ａ、５ｂから構成されてい
る。

【００３６】平行電極６ａ、６ｂは、平面１０ａ上に形
成され、長手方向に平行で延在している。平行電極５
ａ、５ｂは、平面１１ａ上に形成され、長手方向に平行
で延在している。更に、平行電極６ａ、６ｂと平行電極
５ａ、５ｂは、圧電体部３を介してそれぞれ対向してい
る。

【００３７】支持体部１４は、支持体８０と引出電極４
ａ、４ｂから構成されている。支持体８０は、平面１１
ａの長手方向の一端部に設けられ、回路基板４１に圧電
素子１を固定するために用いられる。引出電極４ａ、４
ｂは、支持体８０の側面８０ａに形成され、厚さ方向に
平行に延在している。引出電極４ａ、４ｂは、それぞれ
平行電極５ａ、５ｂに接続され、平行電極５ａ、５ｂを
回路基板４１に電気的に接続するために用いられる。

【００３８】ここで、圧電素子１の製造方法を図３に示
す。なお、第１圧電体１０の母材である１４０゜回転Ｙ
板のニオブ酸リチウム基板（以下、ＬＮ基板と略す）を
１０’とし、第２圧電体１１の母材であるＬＮ基板を１
１’とする。更に、支持体部１４の母材であるＬＮ基板
を１４’とする。

【００３９】更に、図３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）には、
ＬＮ基板１４’側から見た図を示し、図３（ｃ）、
（ｅ）、（ｇ）には、ＬＮ基板１０’側から見た図を示
す。まず、図３（ａ）に示すように、ＬＮ基板１０’と
ＬＮ基板１１’とを結晶軸が対向するように直接接合す
る。その後、貫通穴１４ａを有し、片面研磨さているＬ
Ｎ基板１４’をＬＮ基板１１’側に直接接合する。ＬＮ
基板１４’は、ＬＮ基板１１’との接合面で結晶軸がＬ
Ｎ基板１１’と同方向となるようにして直接接合する。

【００４０】このようにして、ＬＮ基板を３枚直接接合
した接合体を形成する。形成された接合体を図３
（ｂ）、（ｃ）に示す。

【００４１】次いで、図３（ｄ）に示すように、マスク
蒸着方法により幅約５０μmのスリット１３を設けた電
極層５を形成する。電極層５は、Ｎｉ層を下地にした金
電極層とするが、これに限るものではなく、金、クロ
ム、銀やこれらの合金から形成してもよい。電極層５
は、貫通穴１４ａから表われたＬＮ基板１１’の表面に
形成する。スリット１３を形成するピッチは、圧電素子
１の幅と同一にする。なお、電極層５の形成は、真空蒸
着により行うが、これに限るものでなく、メッキやスパ
ッタ法或いはＣＶＤ法などの気相成膜法や、印刷などの
方法を用いてもよい。また、スリット１３の形成方法
は、マスク蒸着方法を用いたが、ダイシングソーによる
溝入れで行ってもよい。

【００４２】次いで、図３（ｅ）に示すように、電極層
５を形成する場合と同様に、電極層６をＬＮ基板１０’
の表面に形成する。

【００４３】最後に、図３（ｆ）、（ｇ）に示すよう
に、ワイヤーソーを用いて破線に沿って接合体を切断す
る。或いは、ダイシングソーを用いてもよい。これによ
り、電極層５及び電極層６は、図２に示す平行電極６
ａ、６ｂ及び平行電極５ａ、５ｂとなる。図３（ｈ）に
切断した後の圧電素子１の完成品を示す。

【００４４】なお、図３では、支持体部１４を形成する
ためＬＮ基板１４’を用いたが、ＬＮ基板１１’を直接
研削し、支持体部１４を形成してもよい。図２２にその
製造方法を示す。また、図２２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）
には、ＬＮ基板１１’側から見た図を示し、図２２
（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）には、ＬＮ基板１０’側から見
た図を示す。まず、図２２（ａ）に示すように、ＬＮ基
板１０’とＬＮ基板１１’とを結晶軸が対向するように
直接接合する。ついで、図２２（ｂ）に示すように、研
削によりＬＮ基板１１’に凹部１１ａを形成する。ま
た、図２２（ｃ）は、凹部１１ａを形成したときのＬＮ
基板１０’側から見た図を示す。その後、図２２
（ｄ）、（ｅ）に示すように、スリット１３を形成した
電極層５を凹部１１ａに、電極層６をＬＮ基板１０’形
成する。最後に、図２２（ｆ）、（ｇ）に示すように、
破線に沿って接合体を切断し、図２２（ｈ）に示す圧電
素子１を得る。このように圧電素子１を形成してもよ
い。ここで、直接接合法について、図４を用いて詳細に
説明する。

【００４５】図４は、直接接合の原理を示す概略断面図
である。なお、図４において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、Ｌ
Ｎ基板１０’とＬＮ基板１１’との間の距離を示し、そ
れぞれの距離の関係は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３である。ま
ず、ＬＮ基板１０’、ＬＮ基板１１’の両面を鏡面研磨
する。次いで、ＬＮ基板１０’、１１’を、アンモニア
と過酸化水素と水の混合液（アンモニア水：過酸化水素
水：水＝１：１：６（容量比））で洗浄し、ＬＮ基板１
０’、１１’に親水化処理を施す。

【００４６】図４（ａ）に、親水化処理後のＬＮ基板１
０’、１１’を示す。前記混合液で洗浄されたＬＮ基板
１０’、１１’の表面は、水酸基（−ＯＨ基）で終端さ
れ、親水性となる（接合の前の状態）。

【００４７】次に、図４（ｂ）に示すように、親水化処
理を施したＬＮ基板１０’、１１’を、分極軸の向きが
互いに逆方向となるように接合する。これにより、脱水
が起こり、ＬＮ基板１０’とＬＮ基板１１’とは、−Ｏ
Ｈ重合や水素結合などの引力により引き合って接合され
る。

【００４８】次いで、上記のようにして接合したＬＮ基
板１０’、１１’に４５０℃の温度で熱処理を施す。図
４（ｃ）に、熱処理後のＬＮ基板１０’、 ＬＮ基板１
１’を示す。ＬＮ基板１０’の構成原子とＬＮ基板１
１’の構成原子との間が酸素原子（Ｏ）を介して共有結
合した状態となる。これにより、ＬＮ基板１０’とＬＮ
基板１１’が原子レベルで強固に直接接合される。従っ
て、接合の界面に接着剤などの接着層が介在しない結合
状態を得ることができる。或いは、ＬＮ基板１０’の構
成原子とＬＮ基板１１’の構成原子との間が水酸基を介
して共有結合した状態となり、原子レベルで強固に直接
接合される場合もある。

【００４９】なお、ニオブ酸リチウムのキュリー点は、
およそ１２００℃であり、これに近い温度履歴によって
特性が劣化するため、熱処理の温度はキュリー点以下で
あるのが好ましい。

【００５０】ここで、本発明の実施の形態１における振
動ジャイロに用いる圧電素子１の基本動作について説明
する。図５（ａ）は、厚さ方向に屈曲振動している圧電
素子１を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、幅方向に屈
曲振動している圧電素子１を示す斜視図である。また、
図６は、圧電素子１の屈曲振動による振動軌跡を示し、
図１の右手からみた正面図である。

【００５１】図１において、例えば、平行電極５ａと平
行電極６ａとの間及び平行電極５ｂと平行電極６ｂとの
間に駆動交流電圧を印加すると、図５（ａ）の２点鎖線
で示すように圧電体部３が厚さ方向に屈曲振動する。２
点鎖線で示された動作は、図を見やすくするため、動き
を誇張して描いている。（以下、同様。）このとき、図
１に示すような回転軸ｘを中心とする回転角速度ωが圧
電素子１に与えられると、圧電素子１にコリオリ力が作
用する。これにより、圧電体部３に図５（ｂ）に示すよ
うな幅方向の屈曲振動が生じる。なお、図５（ｂ）で
は、幅方向の屈曲振動をわかりやすくするため、幅方向
の振動成分だけを示している。実際の振動は、厚さ方向
の屈曲振動と幅方向の屈曲振動とが合成される。図１に
示す回転軸ｘが圧電体部３を貫く点を圧電体部３の中心
点ｃとすると、中心点ｃの振動による軌跡は、図６
（ａ）の点線に示すような楕円形状となる。

【００５２】このとき、平行電極６ａ、６ｂ及び平行電
極５ａ、５ｂは、圧電体部３の幅方向の振動により生じ
る発生電荷を帯びる。この発生電荷により平行電極６ａ
と平行電極６ｂとの間及び平行電極５ａと平行電極５ｂ
との間に電位差が生じる。この電位差が圧電体部３の幅
方向への変位量を示す。従って、生じた発生電荷を差動
増幅することにより、コリオリ力に基づく回転角速度ω
が求められる。

【００５３】このように動作する圧電素子１を用いた振
動ジャイロの感度は、圧電素子１の振動速度と深い係わ
りがある。圧電素子１の振動速度が高まれば、振動ジャ
イロの感度を高めることができる。本実施の形態におい
ては、圧電素子１の振動速度を高めるために以下のよう
な工夫がなされている。

【００５４】まず、圧電素子１に接着層を有さない直接
接合された圧電体部３を用いる。このような圧電体部３
を用いれば、振動エネルギーの損失を低減することがで
き、圧電体部３の振動速度の低下を抑止することができ
る。即ち、圧電素子１における共振の先鋭度を高めるこ
とが可能となる。これにより作用するコリオリ力は大き
なり、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【００５５】また、圧電体部３に接着層がないため、共
振の先鋭度のばらつきは少ない。従って、振動速度のば
らつきが小さく、感度ばらつきの小さい振動ジャイロを
得ることができるという効果もある。

【００５６】更に、駆動時に与える交流電圧信号の周波
数を、厚さ方向の屈曲振動の共振周波数付近に設定すれ
ばよい。このようにすれば、厚さ方向への振動の変位量
を大きく取ることができ、圧電体部３の振動速度を更に
増大させることが可能となる。振動速度が増大すると、
作用するコリオリ力は大きくなる。

【００５７】更に、駆動時に与える交流電圧信号の周波
数と幅方向の屈曲振動の共振周波数とを一致させるとよ
り好ましい。これは、厚さ方向の屈曲振動の共振周波数
と、幅方向の屈曲振動の共振周波数とを等しくすること
により、厚さ方向の屈曲振動の共振を利用して、幅方向
の屈曲振動の振動速度を増大することができるからであ
る。つまり、厚さ方向の屈曲振動によって生じるコリオ
リ力の周波数は、駆動時に与える交流電圧信号の周波数
と一致しているので、コリオリ力によって生じる幅方向
の屈曲振動の振動変位量が大きくなる。幅方向の屈曲振
動の振動変位量が大きくなると、平行電極６ａ、６ｂ及
び平行電極５ａ、５ｂに生じる発生電荷量は大きくな
る。その結果、増大した電荷量を差動増幅すれば、感度
はより向上する。

【００５８】図１に戻り、基板部４０は、回路基板４１
と、外部電極部７０と、回路素子部５０から構成され
る。回路基板４１は、回路を形成するための基板であ
る。回路基板４１には、支持体部１４を介して図２に示
す圧電素子１が設けられている。回路基板４１と支持体
部１４との接着には、エポキシ系接着剤が用いられてい
る。

【００５９】外部電極部７０は、第１の外部電極２１
ａ、２１ｂと第２の外部電極２０ａ、２０ｂから構成さ
れる。

【００６０】外部電極２１ａ、２１ｂと外部電極２０
ａ、２０ｂは、回路基板４１上に形成されている。外部
電極２１ａ、２１ｂは、それぞれ平行電極６ａ、６ｂに
金線を介してワイヤーボンディングされている。また、
外部電極２０ａ、２０ｂは、引出電極４ａ、４ｂを介し
てそれぞれ平行電極５ａ、５ｂに接続されている。な
お、図１において、引出電極４ａ、４ｂと外部電極２０
ａ、２０ｂとの電気的接続は、導電性接着剤を介して行
っているが、ワイヤーボンディングで行ってもよい。

【００６１】回路素子部５０は、発振回路３２と信号検
出回路６０から構成され、回路基板４１上に形成されて
いる。

【００６２】図７は、本発明の実施の形態１に係る振動
ジャイロの回路構成の一実施の形態を示すブロック図で
ある。１は、図２に示す圧電素子である。なお、図を分
かりやすくするため、回路基板４１と基板支持体部１４
は省略している。

【００６３】発振回路３２は、同一周波数で、略同振幅
な互いに位相が１８０°異なる２つの駆動交流信号を出
力し、圧電素子１に屈曲振動を励振する回路である。発
振回路３２の一方の出力は、抵抗３０ａ、３０ｂを介し
て平行電極６ａ、６ｂのそれぞれに接続されている。発
振回路３２の他方の出力は、抵抗３１ａ、３１ｂを介し
て平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに接続されている。

【００６４】信号検出回路６０は、差動増幅回路３３
ａ、３３ｂと、演算回路３４と、同期検波回路３５と、
直流増幅回路３６とから構成される。差動増幅回路３３
ａは、平行電極６ａと平行電極６ｂに生じる発生電荷を
差動増幅する差動増幅回路である。差動増幅回路３３ａ
の正入力には、平行電極６ａが、負入力には、平行電極
６ｂが接続されている。差動増幅回路３３ａと平行電極
６ａ、６ｂの電気的な接続は、それぞれ外部電極２１
ａ、２１ｂを介して行われる。

【００６５】差動増幅回路３３ｂは、平行電極５ａと平
行電極５ｂに生じる発生電荷を差動増幅する差動増幅回
路である。差動増幅回路３３ｂの正入力には、平行電極
５ｂが、負入力には、平行電極５ａが接続されている。
差動増幅回路３３ｂと平行電極５ａ、５ｂとの電気的な
接続は、それぞれ外部電極２０ａ、２０ｂを介して行わ
れる。

【００６６】演算回路３４は、差動増幅回路３３ａ、３
３ｂのそれぞれの出力を演算する回路である。同期検波
回路３５は、演算回路３４からの出力を同期検波する回
路である。更に、直流増幅回路３６は、同期検波回路３
５からの出力信号を増幅する回路である。

【００６７】以上のように構成された本発明における振
動ジャイロの動作について、図７、図８、図９、図１０
を用いて、以下で詳細に説明する。図７において、発振
回路３２の一方の出力からの駆動交流信号を平行電極６
ａ、６ｂに印加し、他方の出力からの駆動交流信号を平
行電極５ａ、５ｂに印加する。これにより、平行電極６
ａと平行電極５ａとの間及び平行電極６ｂと平行電極５
ｂとの間に電界が発生し、上述したように圧電体部３が
厚さ方向に屈曲振動する。

【００６８】厚さ方向に屈曲振動が励振された圧電体部
３に、図１に示すような回転軸ｘを中心とする回転角速
度ωが与えられると、厚さ方向の振動変位量に応じたコ
リオリ力が発生する。このときの回転角速度ωを示す信
号を図８に示す。

【００６９】発生したコリオリ力が作用する方向は、厚
み方向の屈曲振動の方向により変化する。即ち、図７に
おいて、厚さ方向の屈曲振動の方向が矢印９１の方向の
場合、コリオリ力は、矢印９２に示す方向に作用する。
また、振動の方向が矢印９１の逆である場合は、作用す
るコリオリ力の方向は、矢印９２の逆方向である。

【００７０】また、コリオリ力の大きさは、与えられた
角速度の大きさに応じて圧電体部３に作用する。更に、
圧電体部３に作用するコリオリ力は、厚み方向の振動の
変位量によって作用する大きさが異なる。厚み方向の振
動の変位量が０のときコリオリ力は最小となる。また、
コリオリ力は、振動の変位量が最大となるとき、即ち、
厚み方向の屈曲振動の上死点と下死点において、最大と
なる。

【００７１】いま、厚さ方向の屈曲振動の方向が図７に
示す矢印９１の方向であり、発生するコリオリ力が図７
に示す矢印９２の方向であるとし、圧電体部３が図７に
おいて右方向へ屈曲しているとする。つまり、図７にお
いて圧電体部３の左側の端部が伸び、右側の端部が縮ん
だ状態であるとする。（図７において、（伸）、（縮）
で示す。以下、同様）このとき、平行電極６ａと平行電
極５ｂには、正の発生電荷（図７では、（＋）で表す。
以下、同様）が生じ、平行電極６ｂと平行電極５ａに
は、負の発生電荷（図７では、（−）で表す。以下、同
様）が生じる。また、各電極に生じる発生電荷量は、幅
方向の振動の変位量に比例して増減する。即ち、振動の
変位量が大きいとき、発生電荷量は大きくなり、振動変
位量が小さいとき、発生電荷量は小さくなる。

【００７２】また、厚さ方向の屈曲振動が図７に示す矢
印９１の逆方向であり、発生するコリオリ力が図７に示
す矢印９２の逆方向あるとし、図７において圧電体部３
の右側の端部が伸び、左側の端部が縮んだ状態であると
する。このとき、平行電極６ａと平行電極５ｂには、負
の発生電荷が生じ、平行電極６ｂと平行電極５ａには、
正の発生電荷が生じる。各電極に生じる発生電荷量は、
振動の変位量に応じた大きさである。

【００７３】このように、圧電体部３が幅方向に屈曲振
動することにより、幅方向の屈曲振動の変位が、平行電
極６ａ、６ｂ及び平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生ず
る発生電荷の極性に表われ、変位量が平行電極６ａ、６
ｂ及び平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生ずる発生電荷
量に表われる。

【００７４】なお、幅方向の屈曲振動の変位について
は、圧電体部３の分極方向が互いに逆であるため、図７
に示す圧電体部３の対角に位置する平行電極６ａと平行
電極５ｂに生じる発生電荷の極性と、平行電極６ｂと平
行電極５ａに生じる発生電荷の極性とが互いに逆となる
関係が成り立つ。また、圧電体部３の幅方向の屈曲状態
の変位と、その屈曲状態の変位に応じて各平行電極に生
じる発生電荷の極性は、圧電体部３に用いる素材により
異なる。圧電体部３に異なる素材を用いた場合でも、同
様の関係が成り立つ。

【００７５】発生電荷により平行電極６ａと平行電極６
ｂとの間に生じた電位差は、差動増幅回路３３ａにより
差動増幅され、第１の角速度検出信号として出力され
る。第１の角速度検出信号の波形を図９（ａ）に示す。
この信号波形の破線で示す包絡線には、図８に示す回転
角速度ωを示す信号が載っており、図９（ａ）に示す信
号は、回転角速度ωの信号に応じて振幅が変化した信号
波形を示す。

【００７６】同様に、発生電荷により平行電極５ａと平
行電極５ｂとの間に生じた電位差は、差動増幅回路３３
ｂで差動増幅され、第２の角速度検出信号として出力さ
れる。第２の角速度検出信号の波形を図９（ｂ）に示
す。この信号波形の破線で示す包絡線に図８に示す角速
度を表す信号が載っており、図９（ｂ）に示す信号は、
この角速度の信号に応じて振幅が変化した信号波形を示
す。

【００７７】なお、図９（ａ）に示す信号波形と図９
（ｂ）に示す信号波形とは、略同振幅、同一周波数であ
る。これは、圧電体１０と圧電体１１には、同一のＬＮ
基板が用いられているため、幅方向の屈曲振動により平
行電極６ａと平行電極６ｂとの間に生じる電位差と、平
行電極５ａと平行電極５ｂとの間に生じる電位差が等し
いからである。

【００７８】更に、図９（ａ）に示す信号波形と図９
（ｂ）に示す信号波形とは、互いに同位相の信号波形で
ある。これは、平行電極６ａ、６ｂ、平行電極５ａ、５
ｂと差動増幅回路３３ａ、３３ｂとの接続形態により決
まる。図７では、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す信号波
形が互いに同位相となるように接続されているが、逆位
相となるように接続してもよい。

【００７９】図７に戻り、第１の角速度検出信号と第２
の角速度検出信号は、演算回路３４に入力される。演算
回路３４では、第１の角速度検出信号と第２の角速度検
出信号が加算され、図９（ａ）、（ｂ）に示す信号波形
と比較して、振幅が２倍となる複合角速度検出信号が出
力される。複合角速度検出信号の波形を図１０（ａ）に
示す。

【００８０】なお、図７に示す構成において、演算回路
３４では加算を行ったが、第１の角速度検出信号及び第
２の角速度検出信号が互いに逆位相の場合は、減算を行
えばよい。

【００８１】複合角速度検出信号は、同期検波回路３５
に入力される。同期検波回路３５では、複合角速度検出
信号から外乱によるノイズを採り、直流成分を同期検波
し、図１０（ｂ）に示す波形の角速度信号を出力する。
このようにして、コリオリ力による幅方向の屈曲振動の
変位量に比例する回転角速度ωを出力することができ
る。

【００８２】最後に、角速度信号を直流増幅回路３６に
より所望の大きさに増幅する。以上説明したように、２
対の電極間、即ち、平行電極６ａと平行電極６ｂとの間
及び平行電極５ａと平行電極５ｂに生じる発生電荷を差
動増幅回路３３ａ、３３ｂにより差動増幅し、差動増幅
された信号を演算回路３４で合成することにより、１対
の電極間から出力信号を得る場合に比べ、回転角速度ω
を示す出力信号の振幅は２倍となる。これにより振動ジ
ャイロの感度を２倍に高めることが可能となる。

【００８３】更に、本発明の実施の形態１係る振動ジャ
イロの回路構成の他の実施の形態を図１１に示す。

【００８４】図７に示した構成と比べると、圧電素子１
と発振回路３２と信号検出回路６０の構成は同じである
が、平行電極６ａ、６ｂ、平行電極５ａ、５ｂと発振回
路３２及び差動増幅回路３３ａ、３３ｂとの接続形態が
異なる。図１１において、発振回路３２の一方の出力
は、抵抗３０ｂ、３１ａを介して平行電極６ｂ、平行電
極５ａに接続されている。発振回路３２の他方の出力
は、抵抗３０ａ、３１ｂを介して平行電極６ａ、平行電
極５ｂに接続されている。

【００８５】差動増幅回路３３ａの正入力には、平行電
極５ａが、負入力には、平行電極６ａが接続されてい
る。更に、差動増幅回路３３ｂの正入力には、平行電極
６ｂが、負入力には、平行電極５ｂが接続されている。
以上のように構成された本発明における振動ジャイロの
動作について、図９、図１０、図１１を用いて、以下で
詳細に説明する。

【００８６】発振回路３２の一方の出力からの駆動交流
信号を平行電極６ｂ、平行電極５ａに印加する。更に、
他方の出力からの駆動交流信号を平行電極６ａ、平行電
極５ｂに印加する。つまり、図１１に示す圧電体部３の
対角に位置する平行電極６ｂと平行電極５ａに印加する
駆動交流信号の位相と、平行電極６ａと平行電極５ｂと
に印加する駆動交流信号の位相とが互いに逆になるよう
にする。

【００８７】これは、第１圧電体１０と第２圧電体１１
の分極方向が互いに逆であるため、第１圧電体１０と第
２圧電体１１にそれぞれ発生する電界の方向を互いに逆
方向にする必要があるからである。これにより、平行電
極６ａと平行電極６ｂとの間及び平行電極５ａと平行電
極５ｂと間に、互いに逆方向の電界が発生し、圧電体部
３に図５（ｂ）に示すような幅方向の屈曲振動が励振さ
れる。

【００８８】なお、図５（ｂ）に示す圧電体部３の振動
は、図７に示す構成において、コリオリ力により圧電体
部３に発生する幅方向の屈曲振動の成分を示している
が、図１１に示す構成において、圧電体部３に励振する
幅方向の屈曲振動も、図５（ｂ）に示す振動と同様であ
る。

【００８９】また、このように、平行電極６ａと平行電
極６ｂとの間及び平行電極５ａと平行電極５ｂとの間の
両方で互いに逆方向の電界を発生させると、どちらか一
方のみで電界を発生させる場合と比較して、幅方向の屈
曲振動の駆動電流は２倍になり、好ましい。駆動電流が
増加すると、屈曲振動の振動速度を増大することが可能
となり、結果、振動ジャイロの感度が向上する。

【００９０】圧電体部３に幅方向の屈曲振動が励振され
ているとき、図１に示す回転軸ｘを中心とする回転が圧
電素子１に与えられると、コリオリ力が発生する。この
コリオリ力により、幅方向に屈曲振動する圧電素子１に
図５（ａ）に示す振動と同様な厚さ方向への屈曲振動が
生じる。

【００９１】なお、図５（ａ）では、厚さ方向の屈曲振
動をわかりやすくするため、厚さ方向の屈曲振動の成分
だけを示している。また、実際の振動は、厚さ方向の屈
曲振動と幅方向の屈曲振動とが合成される。中心点ｃの
振動による軌跡は、図６（ｂ）の破線に示すような楕円
形状となる。

【００９２】このとき生じる平行電極６ａと平行電極５
ａとの間の電位差と、平行電極６ｂと平行電極５ｂとの
間の電位差を検出することにより、圧電素子１に作用し
た回転角速度ωを検出することができる。

【００９３】いま、幅方向の屈曲振動の方向が図１１に
示す矢印９１の方向であり、その時に作用するコリオリ
力が図１１に示す矢印９２の方向であるとし、圧電体部
３が図１１において下側の端部が伸び、上側の端部が縮
んだ状態であるとする。このとき平行電極６ａ、６ｂに
は、負の発生電荷が生じ、平行電極５ａ、５ｂには、正
の発生電荷が生じる。また、発生電荷量は、振動の変位
量に応じた大きさである。

【００９４】また、幅方向の屈曲振動が図１１に示す矢
印９１の逆方向であり、発生するコリオリ力が図１１に
示す矢印９２の逆方向であるとし、圧電体部３が図１１
において上側の端部が伸び、下側の端部が縮んだ状態で
あるとする。このとき平行電極６ａ、６ｂには、正の発
生電荷が生じ、平行電極５ａ、５ｂには、負の発生電荷
が生じる。発生する電荷量は、振動の変位量に応じた大
きさである。

【００９５】このように、圧電体部３が幅方向に屈曲振
動することにより、厚さ方向の屈曲振動の変位が平行電
極６ａ、６ｂ及び平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生ず
る発生電荷の極性に表われ、変位量が平行電極６ａ、６
ｂ及び平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生ずる発生電荷
量に表われる。

【００９６】なお、圧電体部３の厚さ方向の屈曲振動の
変位と、その屈曲振動の変位に応じて各平行電極に生じ
る発生電荷の極性は、圧電体部３に用いる素材により異
なる。圧電体部３に異なる素材を用いた場合でも、図１
１に示す圧電体部３を介して対向する平行電極６ａと平
行電極６ｂに生じる発生電荷の極性と、平行電極５ａと
平行電極５ｂに生じる発生電荷の極性とが互いに逆とな
る関係が成り立つ。

【００９７】平行電極６ａと平行電極５ａに生じた発生
電荷が、差動増幅回路３３ａにより差動増幅され、第１
の角速度検出信号として出力される。図９（ａ）に第１
の角速度検出信号の波形を示す。また、平行電極６ｂと
平行電極５ｂに生じた発生電荷が、差動増幅回路３３ｂ
より差動増幅され、第２の角速度検出信号として出力さ
れる。図９（ｃ）に第２の角速度検出信号の波形を示
す。

【００９８】演算回路３４では、第１の角速度検出信号
と第２の角速度検出信号を減算し、図１０（ａ）に示す
波形の複合角速度検出信号として出力する。減算された
信号は、同期検波回路３５により同期検波され、図１０
（ｂ）に示す波形の角速度信号として出力される。最後
に、直流増幅回路３６により直流増幅される。このよう
にして厚さ方向の屈曲振動の変位量に応じた信号が得ら
れる。

【００９９】以上のようにして回転角速度ωを検出する
ことにより、１対の平行電極から厚さ方向の屈曲振動に
応じた角速度検出信号を得る場合と比較して、信号レベ
ルは２倍となり、振動ジャイロの感度を２倍に高めるこ
とができる。

【０１００】また、圧電素子１の駆動においては、屈曲
振動の先鋭度が高いほど、駆動に必要なエネルギーが少
なく、より速い振動速度が得られる。結果、振動ジャイ
ロの感度を高めることができる。従って、幅方向の屈曲
振動における共振の先鋭度が厚さ方向の先鋭度と比較し
て高い場合、幅方向の屈曲振動を励振するように駆動す
る方が好ましく、このような場合に図１１に示す構成と
してよい。

【０１０１】なお、本実施の形態おいて、圧電素子１
は、片持ち梁構造としたが、両持ち梁構造や、屈曲振動
の節を支持体部１４で支持することにより両端が自由振
動となるような構造のものを用いてもよい。

【０１０２】また、本実施の形態において、第１圧電体
１０、第２圧電体１１に用いる素材をニオブ酸リチウム
としたが、これに限るものではなく、タンタル酸リチウ
ム、水晶などでもよい。更に、支持体部１４に用いる素
材についても同様である。また、カット角も１４０°回
転Ｙ板に限るものでなく、主面に加えた電界により、横
効果伸び振動が生ずるカットであればよい。

【０１０３】また、ニオブ酸リチウム基板の凹部、即
ち、貫通穴１４ａの加工方法は、研削に限るものではな
く、フォトレジストパターンをマスキング材としたサン
ドブラスト法などを用いてもよい。更に、ドライエッチ
ング、ウエットエッチング、レーザ加工、ダイシングや
ワイヤーソーなどの機械加工、ウオータージェット加
工、放電加工などを用いてもよい。切断についても同様
である。

【０１０４】更に、本実施の形態で形成する平行電極
は、圧電体部３の対向する平面のそれぞれに長手方向に
平行で延在する電極としたが、必ずしも平行である必要
はない。

【０１０５】なお、本実施の形態では、支持体部１４の
固定方向を高さ方向としたが、これに限るものではな
い。

【０１０６】（実施の形態２）図１２は、本発明の実施
の形態２に係る振動ジャイロの斜視図である。本発明の
振動ジャイロは、基板部４０と圧電素子６１から構成さ
れる。

【０１０７】図１３（ａ）は、本発明の実施の形態１に
おける振動ジャイロに用いる圧電素子６１を示す斜視図
である。図１３（ｂ）は、図１２（ａ）に示されるＡ−
Ａ’線に沿って切断した概略断面図である。

【０１０８】なお、図１２、１３において、特に説明の
ない構成要素については、実施の形態１と同様のもので
あり詳細な説明は省略する。

【０１０９】図１３において、圧電素子６１は、圧電体
部３と、第１の対向電極部９と、支持体部１４から構成
されている。圧電体部３は、平面１０ａを有する第１圧
電体１０と平面１１ａを有する第２圧電体１１とが接合
され、形成されている。更に、平面１０ａと平面１１ａ
とは、圧電体部３の一対の対向面を形成している。な
お、第１圧電体１０と第２圧電体１１は、実施の形態１
と同様、結晶軸が対向するように直接接合されている。
分極方向は、図１３（ｂ）の矢印に示される。

【０１１０】第１の対向電極部９は、第１の平行電極１
６ａ、１６ｂ、１６ｃと第２の平行電極１５ａ、１５
ｂ、１５ｃから構成される。平行電極１６ａ、１６ｂ、
１６ｃは、平面１０ａ上に形成され、長手方向に平行で
延在している。平行電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、平
面１１ａ上に形成され、長手方向に平行で延在してい
る。更に、平行電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃと平行電極
１５ａ、１５ｂ、１５ｃとは、圧電体部３を介してそれ
ぞれ対向している。

【０１１１】支持体部１４は、支持体８０と引出電極１
４ａ、１４ｂ、１４ｃから構成されている。支持体８０
は、図２に示す圧電素子１と同様のものである。引出電
極１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、それぞれ平行電極１５
ａ、１５ｂ、１５ｃに接続され、平行電極１５ａ、１５
ｂ、１５ｃを回路基板４１に電気的に接続する際に用い
られる電極である。

【０１１２】図１２に戻り、基板部４０は、回路基板４
１と、外部電極部７０と、回路素子部５０から構成され
る。回路基板４１は、回路を形成するための基板であ
る。回路基板４１には、支持体部１４を介して図１３に
示す圧電素子６１が設けられている。回路基板４１と支
持体部１４との接着には、エポキシ系接着剤が用いられ
ている。更に、回路基板４１には、回路素子部５０が形
成されている。

【０１１３】外部電極部７０は、第１の外部電極２３
ａ、２３ｂ、２３ｃと第２の外部電極２２ａ、２２ｂ、
２２ｃから構成される。

【０１１４】外部電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃと外部電
極２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、回路基板４１上に形成さ
れている。外部電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、それぞ
れ平行電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃに金線を介してワイ
ヤーボンディングされている。また、外部電極２２ａ、
２２ｂ、２２ｃは、引出電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃを
介してそれぞれ平行電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃに接続
されている。

【０１１５】回路素子部５０は、発振回路３２と信号検
出回路６０から構成されている。ここで、図１４に、本
発明の実施の形態２に係る振動ジャイロの回路構成の一
実施の形態を示す。６１は、図１２に示す圧電素子であ
る。なお、図を分かりやすくするため、回路基板４１と
支持体部１４は省略している。また、特に説明のない構
成要素については、実施の形態１と同様のものであり詳
細な説明は省略する。

【０１１６】図１４において、発振回路３２の一方の出
力は、平行電極１６ｂに接続されている。発振回路３２
の他方の出力は、平行電極１５ｂに接続されている。差
動増幅回路３３ａの正入力には、平行電極１６ａが、負
入力には、平行電極１６ｃが接続されている。更に、差
動増幅回路３３ｂの正入力には、平行電極１５ｃが、負
入力には、平行電極１５ａが接続されている。

【０１１７】以上のように構成された本発明における振
動ジャイロの動作について、以下で詳細に説明する。な
お、図１４に示すコリオリ力の方向９２、振動の方向９
１、圧電素子６１の幅方向の屈曲状態、その時の平行電
極１６ａ、１６ｃのそれぞれに生じる発生電荷の極性及
び平行電極１５ａ、１５ｃのそれぞれに生じる発生電荷
の極性は、ある瞬間の状態を示す。

【０１１８】発振回路３２の一方の出力からの交流信号
を平行電極１６ｂに印加し、他方の出力からの交流信号
を平行電極１５ｂに印加する。これにより、平行電極１
６ｂと平行電極１５ｂとの間に電界が発生し、実施の形
態１と同様に圧電素子６１が厚さ方向に屈曲振動する。

【０１１９】厚さ方向に屈曲振動が励振された圧電素子
６１に、図１２に示す回転軸ｘを中心とする回転角速度
ωが与えられると、コリオリ力が発生する。このコリオ
リ力により、厚さ方向に屈曲振動する圧電素子６１に幅
方向への屈曲振動が生じる。つまり、この幅方向への屈
曲振動とは、回転角速度ωに比例したコリオリ力による
幅方向への変位であり、変位量である。幅方向の屈曲振
動の変位が、平行電極１６ａ、１６ｃ及び平行電極１５
ａ、１５ｃのそれぞれに生ずる発生電荷の極性に表わ
れ、変位量が平行電極１６ａ、１６ｃ及び平行電極１５
ａ、１５ｃのそれぞれに生ずる発生電荷量に表われる。

【０１２０】このとき生じる平行電極１６ａと平行電極
１６ｃとの間の電位差と、平行電極１５ａと平行電極１
５ｃとの間の電位差とを検出することにより、実施の形
態１と同様に、圧電素子６１に作用した回転角速度ωを
検出することができる。平行電極１６ａ、１６ｃに生じ
る発生電荷と、平行電極１５ａ、１５ｃに生じる発生電
荷は、それぞれ差動増幅回路３３ａ、３３ｂにより差動
増幅され、第１の角速度検出信号、第２の角速度検出信
号として出力される。

【０１２１】演算回路３４では、差動増幅回路３３ａ、
３３ｂにより差動増幅された第１の角速度検出信号、第
２の角速度検出信号を加算し、複合角速度検出信号を出
力する。加算された信号は、同期検波回路３５により同
期検波され、角速度信号として出力される。その後、直
流増幅回路３６により直流増幅される。こうして幅方向
の屈曲振動の変位量に応じた信号が得られる。

【０１２２】このように、２対の電極から幅方向の屈曲
振動の変位量に応じた角速度検出信号を得ることによ
り、１対の電極からの場合と比較して、角速度検出信号
の信号レベルは２倍となる。結果、振動ジャイロの感度
を２倍に高めることができる。

【０１２３】また、図１４に示す構成では、発振回路３
２と平行電極１６ｂ及び平行電極１５ｂとが直接接続さ
れ、発振回路３２と直列接続された抵抗を設ける必要が
ない。このため、抵抗がある場合と比較して、駆動電圧
を高めることが可能である。駆動電圧が高まると、屈曲
振動の振動速度が増大し、結果、振動ジャイロの感度を
高めることができる。

【０１２４】なお、演算回路３４では、加算を行った
が、差動増幅回路３３ａ、３３ｂから出力される第１の
角速度検出信号、第２の角速度検出信号が互いに逆位相
になるように発振回路３２と各電極を接続した場合は、
減算を行えばよい。

【０１２５】更に、本発明の実施の形態２係る振動ジャ
イロの回路構成の他の一実施の形態を図１５に示す。

【０１２６】図１５において、図１４に示す構成とは、
信号検出回路６０の構成が異なる。信号検出回路６０
は、差動増幅回路３３ａと同期検波回路３５と直流増幅
回路３６から構成される。差動増幅回路３３ａは、平行
電極１６ｂと平行電極１５ｂに生じる発生電荷を差動増
幅する差動増幅回路である。差動増幅回路３３ａの正入
力には、平行電極１６ｂが、負入力には、平行電極１５
ｂが接続されている。差動増幅回路３３ａと平行電極１
６ｂ及び平行電極１５ｂとの電気的な接続は、それぞれ
外部電極２３ｂ及び外部電極２２ｂを介して行われる。

【０１２７】同期検波回路３５は、差動増幅回路３３ａ
からの出力を同期検波する回路である。直流増幅回路３
６は、同期検波回路３５からの出力信号を増幅する回路
である。

【０１２８】更に、発振回路３２の一方の出力は、平行
電極１６ａと平行電極１５ｃに接続されている。発振回
路３２の他方の出力は、平行電極１６ｃと平行電極１５
ａに接続されている。

【０１２９】以上のように構成された本発明における振
動ジャイロの動作について、以下で詳細に説明する。な
お、図１５に示すコリオリ力の方向９２、振動の方向９
１、圧電素子６１の厚さ方向の屈曲状態、その時の平行
電極１６ｂに生じる発生電荷の極性及び平行電極１５ｂ
に生じる発生電荷の極性は、ある瞬間の状態を表してい
る。

【０１３０】発振回路３２の一方の出力からの駆動交流
信号を平行電極１６ａ、平行電極１５ｃに印加する。更
に、他方の出力からの駆動交流信号を平行電極１６ｃ、
平行電極１５ａに印加する。つまり、図１５に示す圧電
体部３の対角に位置する平行電極１６ａと平行電極１５
ｃに印加する駆動交流信号の位相と、平行電極１６ｂと
平行電極１５ａとに印加する駆動交流信号の位相とが互
いに逆になるようにする。

【０１３１】これは、第１圧電体１０と第２圧電体１１
の分極方向が互いに逆であるため、第１圧電体１０と第
２圧電体１１にそれぞれ発生する電界の方向を互いに逆
方向にする必要があるからである。これにより、平行電
極１６ａと平行電極１６ｃとの間と、平行電極１５ａと
平行電極１５ｃとの間に互いに逆方向の電界が発生し、
圧電素子６１が幅方向に屈曲振動する。

【０１３２】また、このように、平行電極１６ａと平行
電極１６ｃとの間と、平行電極１５ａと平行電極１５ｃ
との間の両方で互いに逆方向の電界を発生させると、ど
ちらか一方のみで電界を発生させる場合と比較して、幅
方向の屈曲振動の駆動電流は２倍になる。駆動電流が増
加すると、屈曲振動の振動速度を増大することが可能と
なり、結果、振動ジャイロの感度が向上し、好ましい。

【０１３３】圧電素子６１に幅方向の屈曲振動が励振さ
れているとき、図１２に示す回転軸ｘを中心とする回転
角速度ωが圧電素子６１に与えられると、コリオリ力が
発生する。このコリオリ力により、幅方向に屈曲振動す
る圧電素子６１に厚さ方向への屈曲振動が生じる。つま
り、この厚さ方向への屈曲振動とは、回転角速度ωに比
例したコリオリ力による厚さ方向への変位であり、変位
量である。この厚さ方向の変位が、平行電極１６ｂ及び
平行電極１５ｂのそれぞれに生じる発生電荷の極性に表
われ、変位量が、平行電極１６ｂ及び平行電極１５ｂの
それぞれに生じる発生電荷量に表われる。

【０１３４】このとき生じる平行電極１６ｂと平行電極
１５ｂとの間の電位差を検出することにより、実施の形
態１と同様に、圧電素子６１に作用した回転角速度ωを
検出することができる。

【０１３５】平行電極１６ｂと平行電極１５ｂに生じる
発生電荷は、差動増幅回路３３ａにより差動増幅され、
第１の角速度検出信号として出力される。第１の角速度
検出信号は、同期検波回路３５により同期検波され、角
速度信号として出力される。その後、直流増幅回路３６
により直流増幅される。こうして厚さ方向の屈曲振動の
変位量に応じた信号が得られる。

【０１３６】圧電素子６１の駆動においては、屈曲振動
の先鋭度が高いほど、駆動に必要なエネルギーが少な
く、より速い振動速度が得られる。結果、振動ジャイロ
の感度を高めることができる。従って、幅方向の屈曲振
動における共振の先鋭度が厚さ方向の先鋭度と比較して
高い場合、幅方向の屈曲振動を励振するように駆動する
方が好ましく、このような場合に図１５に示す構成とし
てもよい。

【０１３７】また、図１５に示す構成では、発振回路３
２と平行電極１６ａ、１６ｃ及び平行電極１５ａ、１５
ｃとが直接接続され、発振回路３２と直列接続された抵
抗を設ける必要がない。このため、抵抗がある場合と比
較して、駆動電圧を高めることが可能である。駆動電圧
が高まると、屈曲振動の振動速度が増大し、結果、振動
ジャイロの感度を高めることができる。

【０１３８】なお、本実施の形態おいて、圧電素子６１
は、片持ち梁構造としたが、両持ち梁構造や、屈曲振動
の節を支持体部１４で支持することにより両端が自由振
動となるような構造のものを用いてもよい。

【０１３９】（実施の形態３）図１６は、本発明の実施
の形態３に係る振動ジャイロの斜視図である。本発明の
振動ジャイロは、基板部４０と圧電素子７１から構成さ
れる。

【０１４０】図１７（ａ）は、本発明の実施の形態３に
おける振動ジャイロに用いる圧電素子７１を示す斜視図
である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示されるＡ−
Ａ’線に沿って断面した概略断面図である。

【０１４１】なお、図１６、１７において、特に説明の
ない構成要素については、実施の形態１、２と同様のも
のであり詳細な説明は省略する。図１７において、圧電
素子７１は、圧電体部３と、第１の対向電極部９と、第
２の対向電極部１９と、支持体部１４から構成されてい
る。

【０１４２】圧電体部３は、実施の形態１、２と同様の
ものであり、幅方向の対向する側面３ａ、３ｂを有して
いる。分極方向は、図１７（ｂ）の矢印に示される。ま
た、第１の対向電極部９、支持体部１４については、実
施の形態１と同様のものである。

【０１４３】第２の対向電極部１９は、第３の平行電極
７ａ、７ｂと第４の平行電極８ａ、８ｂから構成され
る。平行電極７ａ、７ｂは、側面３ａ上に形成され、長
手方向に平行で延在している。平行電極８ａ、８ｂは、
側面３ｂ上に形成され、長手方向に平行で延在してい
る。更に、平行電極７ａと平行電極８ａ及び平行電極７
ｂと対向電極８ｂは、圧電体部３を介してそれぞれ対向
している。

【０１４４】図１６に戻り、基板部４０は、回路基板４
１と、外部電極部７０と、回路素子部５０から構成され
る。回路基板４１は、回路を形成するための基板であ
る。回路基板４１には、支持体部１４を介して図１７に
示す圧電素子７１が設けられている。回路基板４１と支
持体部１４との接着には、エポキシ系接着剤が用いられ
ている。更に、回路基板４１には、回路素子部５０が形
成されている。

【０１４５】外部電極部７０は、第１の外部電極２１
ａ、２１ｂと第２の外部電極２０ａ、２０ｂと、第３の
外部電極２４ａ、２４ｂと第４の外部電極２５ａ、２５
ｂから構成される。

【０１４６】外部電極２１ａ、２１ｂと外部電極２０
ａ、２０ｂと、外部電極２４ａ、２４ｂと外部電極２５
ａ、２５ｂは、回路基板４１上に形成されている。外部
電極２１ａ、２１ｂは、それぞれ平行電極６ａ、６ｂに
金線を介してワイヤーボンディングされている。外部電
極２０ａ、２０ｂは、引出電極４ａ、４ｂを介してそれ
ぞれ平行電極５ａ、５ｂに接続されている。なお、引出
電極４ａ、４ｂと外部電極２０ａ、２０ｂとの電気的接
続は、ワイヤーボンディングで行ってもよいし、導電性
接着剤を介して行ってもよい。外部電極２４ａ、２４ｂ
は、それぞれ平行電極７ａ、７ｂに金線を介してワイヤ
ーボンディングされている。外部電極２５ａ、２５ｂ
は、それぞれ平行電極８ａ、８ｂに金線を介してワイヤ
ーボンディングされている。

【０１４７】ここで、図１８に、本発明の実施の形態３
に係る振動ジャイロの回路構成の一実施の形態を示す。
なお、図を分かりやすくするため、回路基板４１と、支
持体部１４は省略している。また、特に説明のない構成
要素については、実施の形態１、２と同様のものであ
り、詳細な説明は省略する。

【０１４８】図１８において、発振回路３２の一方の出
力は、平行電極６ａ、６ｂに接続されている。発振回路
３２の他方の出力は、平行電極５ａ、５ｂに接続されて
いる。差動増幅回路３３ａの正入力には、平行電極７ｂ
が、負入力には、平行電極８ｂが接続されている。更
に、差動増幅回路３３ｂの正入力には、平行電極８ａ
が、負入力には、平行電極７ａが接続されている。

【０１４９】以上のように構成された本発明における振
動ジャイロの動作について、以下で詳細に説明する。な
お、図１８に示すコリオリ力の方向９２、振動の方向９
１、圧電素子７１の幅方向の屈曲状態、その時、平行電
極７ａ、７ｂのそれぞれに生じる発生電荷の極性及び平
行電極８ａ、８ｂに生じる発生電荷の極性は、ある瞬間
の状態を示している。

【０１５０】発振回路３２の一方の出力からの交流信号
を平行電極６ａ、６ｂに印加し、他方の出力からの交流
信号を平行電極５ａ、５ｂに印加する。これにより、平
行電極６ａと平行電極５ａとの間及び平行電極６ｂと平
行電極５ｂとの間に電界が発生し、圧電素子７１が厚さ
方向に屈曲振動する。

【０１５１】厚さ方向に屈曲振動が励振された圧電素子
７１に、図１６に示す回転軸ｘ軸を中心とする回転角速
度ωが与えられると、コリオリ力が発生する。このコリ
オリ力により、厚さ方向に屈曲振動する圧電素子７１に
幅方向への屈曲振動が生じる。つまり、この幅方向への
屈曲振動とは、回転角速度ωに比例したコリオリ力によ
る幅方向への変位であり、変位量である。この幅方向の
変位が、平行電極７ａと平行電極８ａに生じる発生電荷
の極性と、平行電極７ｂと平行電極８ｂに生じる発生電
荷の極性に表われる。また、幅方向の変位量が、平行電
極７ａと平行電極８ａに生じる発生電荷量と、平行電極
７ｂと平行電極８ｂに生じる発生電荷量とに表われる。

【０１５２】このとき生じる平行電極７ａと平行電極８
ａとの間の電位差と、平行電極７ｂと平行電極８ｂとの
間の電位差とを検出することにより、実施の形態１、２
と同様に、圧電素子７１に作用した回転角速度ωを検出
することができる。

【０１５３】平行電極７ａと平行電極８ａに生じる発生
電荷と、平行電極７ｂと平行電極８ｂに生じる発生電荷
は、それぞれ差動増幅回路３３ａ、３３ｂにより差動増
幅され、それぞれ第１の角速度検出信号、第２の角速度
検出信号として出力される。

【０１５４】演算回路３４では、差動増幅回路３３ａ、
３３ｂにより差動増幅された第１の角速度検出信号、第
２の角速度検出信号を加算し、複合角速度検出信号とし
て出力する。加算された信号は、同期検波回路３５によ
り同期検波され、角速度信号として出力される。その
後、直流増幅回路３６により直流増幅される。こうして
幅方向の屈曲振動の変位量に応じた信号が得られる。

【０１５５】このように、２対の電極から幅方向の屈曲
振動の変位量に応じた角速度検出信号を得ることによ
り、１対の電極からの場合と比較して、角速度検出信号
の信号レベルは２倍となる。結果、振動ジャイロの感度
を２倍に高めることができる。

【０１５６】また、図１８に示す構成では、発振回路３
２と平行電極６ａ、６ｂ及び平行電極５ａ、５ｂとが直
接接続され、発振回路３２と直列接続された抵抗を設け
る必要がない。このため、抵抗がある場合と比較して、
駆動電圧を高めることが可能である。駆動電圧が高まる
と、屈曲振動の振動速度が増大し、結果、振動ジャイロ
の感度を高めることができる。

【０１５７】なお、演算回路３４では、加算を行った
が、差動増幅回路３３ａ、３３ｂから出力される信号が
互いに逆位相になるように差動増幅回路３３ａ、３３ｂ
と各電極を接続した場合は、減算を行えばよい。

【０１５８】更に、本発明の実施の形態３係る振動ジャ
イロの回路構成の他の一実施の形態を図１９に示す。図
１８で示した構成と比べると、発振回路３２と信号検出
回路６０の構成は同じであるが、平行電極６ａ、６ｂ、
平行電極５ａ、５ｂ、平行電極７ａ、７ｂ、平行電極８
ａ、８ｂと発振回路３２及び差動増幅回路３３ａ、３３
ｂとの接続形態が異なる。

【０１５９】図１９において、発振回路３２の一方の出
力は、平行電極７ａ、平行電極８ｂに接続されている。
発振回路３２の他方の出力は、平行電極７ｂ、平行電極
８ａに接続されている。

【０１６０】差動増幅回路３３ａの正入力には、平行電
極６ａが、負入力には、平行電極５ａが接続されてい
る。更に、差動増幅回路３３ｂの正入力には、平行電極
５ｂが、負入力には、平行電極６ｂが接続されている。

【０１６１】以上のように構成された本発明における振
動ジャイロの動作について、以下で詳細に説明する。な
お、図１９に示すコリオリ力の方向９２、振動の方向９
１、圧電素子７１の厚さ方向の屈曲状態、その時に平行
電極６ａ、６ｂのそれぞれに生じる発生電荷の極性及び
平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生じる発生電荷の極性
は、ある瞬間の状態を表している。

【０１６２】発振回路３２の一方の出力からの交流信号
を平行電極７ａ、平行電極８ｂに印加する。更に、他方
の出力からの交流信号を平行電極７ｂ、平行電極８ａに
印加する。つまり、図１９に示す圧電体部３の対角に位
置する平行電極７ｂと平行電極８ａに印加する駆動交流
信号の位相と、平行電極７ａと平行電極８ｂとに印加す
る駆動交流信号の位相とが互いに逆になるようにする。

【０１６３】これは、第１圧電体１０と第２圧電体１１
の分極方向が互いに逆であるため、第１圧電体１０と第
２圧電体１１にそれぞれ発生する電界の方向を互いに逆
方向にする必要があるからである。これにより、平行電
極７ｂと平行電極８ｂとの間、及び平行電極７ａと平行
電極８ａとの間に互いに逆方向の電界が発生し、圧電素
子７１が幅方向に屈曲振動する。

【０１６４】また、このように、平行電極７ｂと平行電
極８ｂとの間、及び平行電極７ａと平行電極８ａとの間
の両方で互いに逆方向の電界を発生させると、どちらか
一方のみで電界を発生させる場合と比較して、幅方向の
屈曲振動の駆動電流は２倍になり、好ましい。駆動電流
が増加すると、屈曲振動の振動速度を増大することが可
能となり、結果、振動ジャイロの感度が向上する。

【０１６５】圧電素子７１に幅方向の屈曲振動が励振さ
れているとき、図１６に示す回転軸ｘを中心とする回転
角速度が圧電素子７１に与えられると、コリオリ力が発
生する。このコリオリ力により、幅方向に屈曲振動する
圧電素子７１に厚さ方向への屈曲振動が生じる。つま
り、この厚さ方向への屈曲振動とは、回転角速度ωに比
例したコリオリ力による厚さ方向への変位であり、変位
量である。この厚さ方向の変位が、平行電極６ａ、６ｂ
及び平行電極５ａ、５ｂのそれぞれに生じる発生電荷の
極性に表われ、変位量が、平行電極６ａ、６ｂ及び平行
電極５ａ、５ｂのそれぞれに生じる発生電荷量に表われ
る。

【０１６６】このとき生じる平行電極６ａと平行電極５
ａとの間に発生する電位差と、平行電極６ｂと平行電極
５ｂとの間に発生する電位差を検出することにより、実
施の形態１、２と同様に、圧電素子７１に作用した回転
角速度ωを検出することができる。

【０１６７】平行電極６ａと平行電極５ａに生じる発生
電荷と、平行電極６ｂと平行電極５ｂに生じる発生電荷
とは、差動増幅回路３３ａ、３３ｂにより差動増幅さ
れ、第１の角速度検出信号、第２の角速度検出信号とし
て出力される。

【０１６８】演算回路３４では、差動増幅回路３３ａ、
３３ｂにより差動増幅された第１の角速度検出信号と第
２の角速度検出信号とを減算し、複合角速度検出信号を
出力する。減算された信号は、同期検波回路３５により
同期検波され、角速度信号として出力される。その後、
直流増幅回路３６により直流増幅される。こうして厚さ
方向の屈曲振動の変位量に応じた信号が得られる。

【０１６９】このようにすることにより、１対の電極か
ら角速度検出信号を得る場合と比較して、信号レベルは
２倍となり、振動ジャイロの感度を２倍に高めることが
できる。

【０１７０】圧電素子７１の駆動においては、屈曲振動
の先鋭度が高いほど、駆動に必要なエネルギーが少な
く、より速い振動速度が得られる。結果、振動ジャイロ
の感度を高めることができる。従って、幅方向の屈曲振
動における共振の先鋭度が厚さ方向の先鋭度と比較して
高い場合、幅方向の屈曲振動を励振するように駆動する
方が好ましく、このような場合に図１７に示す構成とし
てもよい。

【０１７１】また、図１９に示す構成では、発振回路３
２と平行電極７ａ、７ｂ及び平行電極８ａ、８ｂとが直
接接続され、発振回路３２と直列接続された抵抗を設け
る必要がない。このため、抵抗がある場合と比較して、
駆動電圧を高めることが可能である。駆動電圧が高まる
と、屈曲振動の振動速度が増大し、結果、振動ジャイロ
の感度を高めることができる。

【０１７２】更に、第１の対向電極部９と第２の対向電
極部１９のどちらか一方を各平面に形成された全面電極
にしてもよい。

【０１７３】なお、本実施の形態おいて、圧電素子７１
は、片持ち梁構造としたが、両持ち梁構造や、屈曲振動
の節を支持体部１４で支持することにより両端が自由振
動となるような構造のものを用いてもよい。

【０１７４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る圧電
素子は、表裏主面上にその幅方向に分割された２対の電
極を有している。検出用の電極としてこの２対の電極を
用い、差動増幅して得られる各対の出力信号を演算する
ことで、１対の電極より得られる出力信号と比較して、
２倍の出力信号が得られ、振動ジャイロの感度を高める
ことができる。逆に、梁部幅方向の屈曲振動の先鋭度
が、厚み方向の屈曲振動の先鋭度と比較して大きい場合
には、各対の電極を圧電駆動用の電極として用いる。共
振の先鋭度が高い方の屈曲振動を駆動するため、振動速
度を速めることができ、感度を高めることができる。

【０１７５】また、各対の電極間に駆動信号を与えるこ
とで、１対のみ駆動信号を与える場合と比較して、駆動
電流密度を２倍にすることができ、振動速度を高速化す
ることができる。その結果として、振動ジャイロの感度
を高めることができる。

【０１７６】また、本発明に係る圧電素子は、表裏主面
上にその幅方向に３分割された２対の電極を有してい
る。それぞれの電極のうち、中央部の電極を駆動電極と
し、両端の電極を検出電極として利用する。発振回路か
ら抵抗を介さずに圧電素子に駆動信号が与えられている
ため、その抵抗がある場合に比べ、駆動電圧が高くなり
振動速度を早くすることができる。結果として、振動ジ
ャイロの感度を高めることができる。

【０１７７】また、２対の両端の電極を検出用の電極と
して利用する。これにより、1対のみのを検出用として
利用する場合に比べ、２倍の出力信号が得られ、振動ジ
ャイロの感度を高くすることができる。

【０１７８】また、圧電素子の幅方向の屈曲振動の先鋭
度が、その厚み方向の屈曲振動の先鋭度と比較して大き
い場合には、３分割された電極のうち、各対の両端の電
極を駆動電極として用いる。共振の先鋭度が高い方の屈
曲振動を駆動するため、振動速度を速めることができ、
感度を高めることができる。更に、発振回路と電極とが
抵抗を介さずに直接接続される。従って、発振回路と直
列接続された抵抗がないため、その抵抗がある場合と比
べ、駆動電圧を高めることが可能となる。駆動電圧が高
まれば、速い振動速度を得ることができ、振動ジャイロ
の感度を高めることができる。

【０１７９】また、各対の電極間に駆動信号を与えるこ
とで、１対のみ駆動信号を与える場合に比べ、駆動電流
密度を２倍にすることができ、振動速度を高速化するこ
とができる。結果、振動ジャイロの感度を高めることが
できる。

【０１８０】本発明に係る圧電素子は、表裏主面上及び
側面上に、それぞれ幅方向、厚み方向に平行した４対の
電極を有している。主面上に形成された幅方向に平行さ
れた２対の電極を駆動用電極として利用して、２対間に
駆動信号を与える。側面上に形成された厚み方向に分割
された２対の電極を検出用電極として利用する。これに
より、発振回路と直列接続された抵抗がないため、その
抵抗がある場合と比べ、駆動電圧を高めることが可能と
なる。駆動電圧が高まると、速い振動速度を得ることが
でき、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【０１８１】また２対の側面上の電極を検出用電極とし
て利用するため、１対の場合に比べ、２倍の出力信号が
得られ、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【０１８２】また、厚み方向の屈曲振動の共振の先鋭度
と比較して、幅方向の屈曲振動の共振の先鋭度が高い場
合には、幅方向に平行された２対の電極で、各対を成す
電極間に駆動信号を与えて、幅方向の屈曲振動を圧電駆
動させる。１対の電極間のみで駆動する場合に比べ、駆
動電流が２倍となり、振動速度を早くすることができ
る。結果、振動ジャイロの感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る圧電素子の実装
図である。

【図２】 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る圧電
素子の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線に
沿って切断した本発明の実施の形態１に係る圧電素子の
断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１に係る圧電素子の製造
方法を示す工程図である。

【図４】 本発明の実施の形態１に係る圧電素子の製造
における圧電体の直接接合による接合の原理を示す図で
ある。

【図５】 （ａ）は、本発明の振動ジャイロに用いる圧
電素子の厚さ方向への屈曲振動を示す図であり、（ｂ）
は、本発明の振動ジャイロに用いる圧電素子の幅方向へ
の屈曲振動を示す図である。

【図６】 本発明の振動ジャイロに用いる圧電素子の屈
曲振動を示す図である。

【図７】 本発明の実施の形態１に係る振動ジャイロの
回路構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態１に係る角速度の信号波
形を示す図である。

【図９】 本発明の実施の形態１に係る差動増幅回路の
出力信号波形を示す図である。

【図１０】 （ａ）は、本発明の実施の形態１に演算回
路の出力信号波形を示す図であり、（ｂ）は、本発明の
実施の形態１に同期検波回路の出力信号波形を示す図で
ある。

【図１１】 本発明の実施の形態１に係る振動ジャイロ
の回路構成の他の構成を示す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態２に係る圧電素子の実
装図である。

【図１３】 （ａ）本発明の実施の形態２に係る圧電素
子の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に
係る圧電素子の（ａ）のＡ−Ａ’線で切断した断面図で
ある。

【図１４】 本発明の実施の形態２に係る振動ジャイロ
の回路構成図である。

【図１５】 本発明の実施の形態２に係る振動ジャイロ
の回路構成の他の構を示す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態３に係る圧電素子の実
装図である。

【図１７】 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る圧
電素子の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態
３に係る圧電素子の（ａ）に示すＡ−Ａ’線で切断した
断面図である。

【図１８】 本発明の実施の形態３に係る振動ジャイロ
の回路構成図である。

【図１９】 本発明の実施の形態３に係る振動ジャイロ
の回路構成の他の構成を示す図である。

【図２０】 （ａ）は、従来例の片持ち梁型圧電素子の
斜視図でり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線で切断
した従来例の片持ち梁型圧電素子の断面図である。

【図２１】 振動ジャイロの回路構成の従来例である。

【図２２】 本発明の実施の形態１に係る圧電素子の他
の製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１、６１、７１ 圧電素子 ３ 圧電体部 ９ 第１の対向電極部 １４ 支持体部 ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８
ａ、８ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１５ａ、１５ｂ、
１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 電極 ５’、６’ 電極層 １０、１１、１４ 圧電体 １０’、１１’、１４’ 圧電体基板 １４ａ、１４ｂ 貫通穴 １４ 支持体部 １９ 第２の対向電極部 ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２
２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ａ、２４ｂ、２５
ａ、２５ｂ 引出電極 ３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ 抵抗 ３２ 発振回路 ３３ａ、３３ｂ 差動増幅回路 ３４ 演算回路 ３５ 同期検波回路 ３６ 直流増幅回路 ４０ 基板 ５０ 回路素子部 ６０ 角速度信号検出部 ７０ 外部電極部 ９１ 駆動振動の方向 ９２ コリオリ力の方向 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 圧電基板間の距離 Ｃ 中心点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 光洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 守時 克典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA08 BB02 CC06 CD02 CD06 CD11 CD13

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合して形成さ
   れ、大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と、 正位相の交流信号を前記第１電極と第２電極に印加し、
   逆位相の交流信号を前記第３電極と前記第４電極に印加
   し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
   段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第１
   電極と第２電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第３
   電極と第４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速
   度検出信号を出力する第２検出手段と、 第１の角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合
   角速度検出信号を検出する複合角速度検出手段を有する
   ことを特徴とする角速度検出装置。
2. 【請求項２】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合して形成さ
   れ、大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と、 正位相の交流信号を前記第２電極と第３電極に印加し、
   逆位相の交流信号を前記第１電極と前記第４電極に印加
   し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
   段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第１
   電極と第３電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第２
   電極と第４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速
   度検出信号を出力する第２検出手段と、 第１の角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合
   角速度検出信号を検出する複合角速度検出手段を有する
   ことを特徴とする角速度検出装置。
3. 【請求項３】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合して形成さ
   れ、大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と第５電極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と第６電極と、 正位相の交流信号を前記第５電極に印加し、逆位相の交
   流信号を前記第６電極に印加し、前記圧電体部に一方向
   の屈曲振動を励振する駆動手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第１
   電極と第２電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第３
   電極と第４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速
   度検出信号を出力する第２検出手段と、 第１の角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合
   角速度検出信号を検出する複合角速度検出手段を有する
   ことを特徴とする角速度検出装置。
4. 【請求項４】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合して形成さ
   れ、大略矩形状の第１対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と第５電極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と第６電極と、 正位相の交流信号を前記第２電極と第３電極に印加し、
   逆位相の交流信号を前記第１電極と前記第４電極に印加
   し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
   段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第５
   電極と第６電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段を有することを特徴
   とする角速度検出装置。
5. 【請求項５】 前記第５電極と前記第６電極は、前記圧
   電体部を介して対向することを特徴とする請求項３から
   ４のいずれかに記載された角速度検出装置。
6. 【請求項６】 前記第５電極は、前記第１電極と第２電
   極との幅方向の間に形成され、前記第６電極は、前記第
   ３電極と第４電極との幅方向の間に形成されていること
   を特徴とする請求項３から４のいずれかに記載された角
   速度検出装置。
7. 【請求項７】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合し、大略矩
   形状の第１対向面と第２対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と、 前記第２対向面の一方に形成された第７電極及び第８電
   極と、 前記第２対向面の他方に形成された第９電極及び第１０
   電極と、 正位相の交流信号を前記第１電極と第２電極に印加し、
   逆位相の交流信号を前記第３電極と前記第４電極に印加
   し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動手
   段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第７
   電極と第９電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第８
   電極と第１０電極とに発生する電荷を検出し、第２の角
   速度検出信号を出力する第２検出手段と、 第１の角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合
   角速度検出信号を検出する複合角速度検出手段を有する
   ことを特徴とする角速度検出装置。
8. 【請求項８】 基板と、 ２つの圧電体を分極軸が対向するように接合し、大略矩
   形状の第１対向面と第２対向面を有する圧電体部と、 前記圧電体部を前記基板に固定する支持体部と、 前記第１対向面の一方に形成された第１電極及び第２電
   極と、 前記第１対向面の他方に形成された第３電極及び第４電
   極と、 前記第２対向面の一方に形成された第７電極及び第８電
   極と、 前記第２対向面の他方に形成された第９電極及び第１０
   電極と、 正位相の交流信号を前記第８電極と第９電極に印加し、
   逆位相の交流信号を前記第７電極と前記第１０電極に印
   加し、前記圧電体部に一方向の屈曲振動を励振する駆動
   手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第１
   電極と第３電極とに発生する電荷を検出し、第１の角速
   度検出信号を出力する第１検出手段と、 前記一方向に垂直な他方向の屈曲振動に応じて前記第２
   電極と第４電極とに発生する電荷を検出し、第２の角速
   度検出信号を出力する第２検出手段と、 第１の角速度検出信号と第２の角速度検出信号から複合
   角速度検出信号を検出する複合角速度検出手段を有する
   ことを特徴とする角速度検出装置。
9. 【請求項９】 前記第７電極及び第８電極は、前記第２
   対向面の一方の幅方向に相対して形成され、前記第９電
   極及び第１０電極は、前記第２対向面の他方の幅方向に
   相対して形成されていることを特徴とする請求項７又は
   ８のいずれかに記載された角速度検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第７電極と前記第９電極は、前記
    圧電体部を介して対向し、前記第８電極と前記第１０電
    極は、前記圧電体部を介して対向していることを特徴と
    する請求項７又は８のいずれかに記載された角速度検出
    装置。
11. 【請求項１１】 前記第１電極及び第２電極は、前記第
    １対向面の一方の幅方向に相対して形成され、前記第３
    電極及び第４電極は、前記第１対向面の他方の幅方向に
    相対して形成されていることを特徴とする請求項１から
    ４又は６から７のいずれかに記載された角速度検出装
    置。
12. 【請求項１２】 前記第１電極と前記第３電極は、前記
    圧電体部を介して対向し、前記第２電極と前記第４電極
    は、前記圧電体部を介して対向していることを特徴とす
    る請求項１から４又は６から７のいずれかに記載された
    角速度検出装置。
13. 【請求項１３】 前記支持体部は、前記圧電体部の少な
    くとも長手方向の一端部に設けられていることを特徴と
    する請求項１から４又は７から８のいずれかに記載され
    た角速度検出装置。
14. 【請求項１４】 前記圧電体部の接合は、酸素原子又は
    水酸基のうちの少なくとも１つを介する直接接合により
    行われることを特徴とする請求項１から４又は７から８
    のいずれかに記載された角速度検出装置。
15. 【請求項１５】 前記圧電体部と前記支持体部との接合
    は、酸素原子又は水酸基のうちの少なくとも１つを介す
    る直接接合により行われることを特徴とする請求項１か
    ら４又は７から８のいずれかに記載された角速度検出装
    置。