JP3795888B2 - 音叉型圧電振動ジャイロ - Google Patents

Description

本発明は回転角速度を検出するジャイロに関し、より詳細には圧電体を用いた音叉型の音叉型圧電振動ジャイロに関する。

近年の車載ナビゲーションやカメラの手振れ防止等に使用されるジャイロにおいて、高精度化や高感度化が求められている。このため、圧電振動ジャイロに関する技術開発が活発化している。

圧電振動ジャイロは、所定振動している際に回転角速度が加わると、その振動と直角の方向にコリオリ力が生じることを利用している。このような圧電振動ジャイロとして種々のタイプが提案されている。このうち、音叉型圧電振動はコストパフォーマンスが比較的高いので、注目されている。特に最近では、圧電単結晶を利用した音叉型圧電振動ジャイロの研究開発が活発である。

このような圧電単結晶を利用した音叉型圧電振動ジャイロは、例えば特許文献１に開示されている。図３３に示すように、音叉型圧電振動ジャイロ（又はジャイロ素子とも言う）は２つのアーム１０、１２とこれらを支持するベース１４とを有し、これらは圧電単結晶で一体的に形成されている。また、一方のアームに音叉振動を駆動する駆動電極１８を設け、他方のアームに回転角速度を検出する検出電極１６を設けている。なお、便宜上、図で現われている面をジャイロの表面とし、この表面に対向する面を裏面とする。駆動電極１８は、表面に２つ設けられている。

図３４は、電極構成が異なる従来の音叉型圧電振動ジャイロを示す図で、例えば米国特許５、２５１、４８３に開示されている。この電極構成は、アーム１０と１２の各々に検出電極１６と駆動電極１８とを設けたものである。図３４では、検出電極１６を各アーム１０、１２の先端側に設け、駆動電極１８をベース１４側に設けた構成である。また図３５では、検出電極１６を各アーム１０、１２のベース１４側に設け、駆動電極１８を先端側に設けた構成である。

なお、図３３、図３４及び図３５にはそれぞれの容量比の一例を示してある。
米国特許第５、３２９、８１６号公報

しかしながら、図３３〜図３５に示す従来の音叉型圧電振動ジャイロは、次の問題点を有する。

図３３に示す構成は電極がほぼ対称に設けられているため、駆動及び検出の容量比バランスが良いという半面、屈曲振動等の不要振動が出力されてしまうという問題点がある。

この問題点を図３６を参照して説明する。図３６の（ａ）は図１６に示すジャイロの斜視図で不要振動を示す図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）に示す不要振動を示す図、及び（ｄ）は不要振動によるアーム内部の電界を示す図である。なお、図（ａ）〜（ｃ）では電極は省略してある。また、図（ｄ）で白抜き部分の電極は互いに同電位であり、ハッチング部分の電極は互いに同電位である。図３３に示す構成では、図３６で示すような同相の不要振動が発生する。検出電極は２つのアームの一方に設けられているため、図３６の（ｄ）で示す電界による電位差を検出してしまう。この電位差は雑音となり、検出精度を劣化させる。また、不要振動には温度ドリフトの原因となるねじり振動等もある。更に、駆動側のアームと検出側のアームとの機械的結合や静電結合に起因するもれ出力も存在する。

図３４に示す構成は駆動側容量比が小さいため低駆動電圧化が可能である。また、両方のアーム１０、１２に検出電極１６を設けているため不要振動を相殺でき、またもれ出力も小さい。しかしながら、アーム１０、１２の先端部の共振子の容量比がその根元部の共振子に比べ約２０倍と大きいため、検出感度が小さいという問題点を有する。また、各アーム１０、１２に検出電極１６と駆動電極１８とを設けているため配線が複雑となり、量産性に難がある。

図３５に示す構成は検出側容量比が小さいため高感度化が可能である。しかしながら、駆動側容量比が大きいため高い駆動電圧が必要となってしまうという問題点がある。更に、各アーム１０、１２に検出電極１６と駆動電極１８とを設けているため配線が複雑となり、量産性に難がある。

したがって、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、高感度、高精度で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、前記第１及び第２のアームの前記第１電極と前記全面電極は共通電極として接地され、前記第１及び第２のアームの前記第２電極は音叉振動を駆動させる駆動電極と回転角速度を検出する検出電極を兼ねて第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は駆動源の他端に接続され、前記第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

請求項２に記載の発明は、第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、前記第１及び第２のアームのそれぞれ対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、前記第１及び第２のアームの前記第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、前記第１及び第２のアームの前記第２電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、前記第１及び第２のアームの前記全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第３及び第４の演算増幅器の反転入力端子に接続され、前記第１及び第２及び第３及び第４の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、前記第１及び第３の演算増幅器の出力の和と、前記第２及び第４の演算増幅器の出力の和との差として、角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

請求項３に記載の発明は、第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、
前記第１及び第２のアームの前記第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、
前記第１及び第２のアームの前記第２電極は接地され、
前記第１及び第２のアームの前記全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、
前記第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

請求項６に記載の発明は、前記第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースは、圧電単結晶で一体的に形成されていることを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

請求項７に記載の発明は、前記圧電単結晶はＬｉＴａＯ３４０°±２０°回転Ｚ板であることを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

請求項８に記載の発明は、前記圧電単結晶はＬｉＮｂＯ３５０°±２０°回転Ｚ板であることを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロである。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

請求項１に記載の発明によれば、第１及び第２のアームの第１電極と全面電極は共通電極として接地され、第１及び第２のアームの第２電極は音叉振動を駆動させる駆動電極と回転角速度を検出する検出電極を兼ねて第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は駆動源の他端に接続され、第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すこととしたため、必要な感度を維持しつつ、より簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１及び第２のアームの第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、第１及び第２のアームの第２電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、第１及び第２のアームの全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第３及び第４の演算増幅器の反転入力端子に接続され、第１及び第２及び第３及び第４の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、第１及び第３の演算増幅器の出力の和と、第２及び第４の演算増幅器の出力の和との差として、角速度に応じた電位差を取り出すこととしたため、必要な感度を維持しつつ、簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１及び第２のアームの第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、第１及び第２のアームの第２電極は接地され、第１及び第２のアームの全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すこととしたため、より感度が良く、簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、前記第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースは、圧電単結晶で一体的に形成されていることとしたため、必要な感度を維持でき、簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することができる。

請求項７または８記載の発明によれば、容易に入手できる一般的な圧電物質を用いて、必要な感度を維持しつつ、簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロを提供することができる。

まず、本発明の参考例を図１を参照して説明する。本発明の参考例の音叉型圧電振動ジャイロは、図１（ａ）に示すように、圧電単結晶からなるアーム２０、２２及びベース２４とを有する。圧電単結晶としては圧電横効果の結合係数が大きいものが好ましく、例えば、ＬｉＴａＯ_３１４０°±２０°回転Ｙ板（ＬｉＴａＯ_３４０°±２０°回転Ｚ板）、ＬｉＮｂＯ_３１３０°±２０°回転Ｙ板（ＬｉＮｂＯ_３５０°±２０°回転Ｚ板）、水晶Ｘカット板等を用いることができる。なお、圧電単結晶の結晶方位はその厚み方向におけるものである。

図１に示す構成では、駆動電極２８ａ及び２８ｂをベース２４の表面及び裏面（ジャイロの厚み方向に対向する面）に設けてある。駆動電極２８ａ及び２８ｂの位置は、アーム２０、２２の根元付近（支点付近）の領域である。この駆動電極２８ａ及び２８ｂに図１（ｂ）に示すように駆動電源ＯＳＣを接続して駆動すると、図１（ａ）及び（ｃ）に示すような音叉振動がアーム２０と２２に起きる。この状態にあるジャイロを駆動モードにあるという。この駆動振動は圧電横効果により、ベース２４の上面（アーム２０、２２が設けられている面）が矢印Ａで示すように振動するものである。これにより、アーム２０、２２は図１（ａ）の破線で示すように振動する。このような振動モードにある状態で振動軸に回転運動が加わると、次式の運動方程式で表される振動方向と垂直方向にコリオリ力が発生する。

Ｚx ηx ≒Ｆx ＋２ｍy Ω0 ηy
Ｚy ηy ≒Ｆy −２ｍx Ω0 ηx
ここで、Ｚx 、Ｚy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向（図（ｅ）参照：ｘ軸方向はジャイロの幅方向に相当し、ｙ軸方向はジャイロの厚み方向に相当する）の機械的インピーダンス、ηx 、ηy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の速度、Ｆx 、Ｆy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向のコリオリ力、ｍx 、ｍy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の質量、Ω0 は角速度である。

そこで、アーム２０と２２に上記の音叉振動（ｆx モード振動とも言う）の垂直方向振動（ｆy モード振動とも言う）を検出（又は励振）する電極を構成しておけが、コリオリ力を受けて互いにたわんだアームから電気的出力を得ることができる。ここで、図１６に示すような一方のアームを駆動用とし、他方のアームを検出用とすると、コリオリ力に起因する以外の屈曲振動まで検出してしまうので、検出誤差が発生したり温度ドリフトの原因となるねじり振動等の不要振動成分も検出してしまう。

この点を考慮して、図２（ｂ）に示すように、本発明の参考例ではアーム２０と２２の両方に検出電極を設けることで、同相方向の振動（図２（ａ））による出力を検知することなく、互いに逆方向に振動するモード（図１（ｅ））だけを検出する。すなわち、２つのアーム２０と２２は互いに位相反転するように検出電極を設けている。図２（ｂ）に示すように、同相方向の振動による検出出力はアーム２０と２２でどちらもプラスで同一電圧値であり、アーム２０と２２の出力を差動増幅することで、相殺することができる。

図３（ａ）は駆動モードの状態で角速度が加わった時のアーム２０、２２の振動（逆相の振動）を示し、図３（ｂ）はこれによる内部電界を示す。図２（ｂ）で示す結線された電極以外の電極はグランド（基準電位）に設定する。すなわち、アーム２０と２２は互いに同位相信号出力となるように検出電極を設けてある。これにより、角速度に起因する電圧はグランド電位に対し一方のアームでプラスとなり、他方のアームでマイナスとなる（すなわち、差動増幅）。この場合、図２を参照して説明したように、同相の振動による検出出力は相殺されて出力端子には現われない。

また、図４に示す電極構成でも、角速度に起因した逆相の振動による出力のみを検出することができる。図４（ａ）に示す逆相振動に対し図４（ｂ）に示す電極構成で差動出力が得られる。同相振動による電圧は図４（ｂ）の結線でプラス成分とマイナス成分とが相殺され、出力端子には現われない。

以上のように、本発明の参考例では圧電単結晶の圧電横効果を利用して駆動振動を発生させ、角速度の検出は角速度に起因した逆相振動のみを検出するような電極構成を採用している。

以上説明した駆動電極及び検出電極をまとめた電極構成を、本発明の参考例として図５に示す。図５（ａ）は音叉型圧電振動ジャイロの正面図、図５（ｂ）は平面図である。駆動電極２８ａ及び２８ｂはそれぞれ、ベース２４の表面及び裏面上に設けられ、かつアーム２０及び２２の根元部分に近接して位置している。換言すれば、駆動電極２８ａ及び２８ｂは、アーム２０と２２の支点部分を含む領域に設けられているとも言える。アーム２０の４面には検出電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄが設けられ、アーム２２の４面には検出電極２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄが設けられている。これらの検出電極は、例えば図３（ｂ）又は図４（ｂ）の通り結線されている。後述するように、同相振動を検出せず、逆相振動のみを検出するためには図５に示す８枚の検出電極を用いる必要はない。

なお、駆動電極２８ａ及び２８ｂの面積は、ジャイロの素子特性に応じて適宜選択する。また、容量比は例えば、駆動電極側で４７８で検出電極側で２２１であり、従来構成のように駆動側と検出側で容量比が大きくことなるようなことはない。

ここで、図５に示す電極構造をベースに、特に検出電極構成の変形例について、図６及び図７を参照して説明する。図６の（ａ）〜（ｌ）は前述した図３（ｂ）の検出電極構成を利用したもので検出電極を２つのグループに分け、図７（ａ）〜（ｈ）は前述した図４（ｂ）の検出電極構成を利用したもので検出電極を３つのグループに分けたものである。図を分かりやすくするために、アーム２０と２２に設けられた電極の参照番号は省略する。

図６（ａ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向両面から引き出した電極と、もう一方のアームの厚み方向両面から引き出した電極とが基準電位と接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの幅方向表裏面から引き出した電極（図中の●）と、もう一方のアームの幅方向表裏面から引き出した電極（○）との電位差を検出する。

図６（ｂ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向表裏面から引き出した電極が、もう一方のアームの幅方向表裏面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの厚み方向両面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの厚み方向両面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図６（ｃ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極が、もう一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。 図６（ｄ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極が、もう一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。 図６（ｅ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極が、もう一方のアームの厚み方向外側面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（●）と、もう一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（○）との電位差を検出する。

図６（ｆ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向外側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極が、もう一方のアームの幅方向外側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図６（ｇ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向内側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極が、もう一方のアームの幅方向内側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極と基準電位とに接続され、出力は検出電極のうちの一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極（●）と、もう一方のアームの幅方向内側面（○）から引き出した電極との電位差を検出する。

図６（ｈ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向内側面と他方のアームの幅方向内側面とから引き出した電極が基準電位に接続され、出力は一方のアームの幅方向外側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの幅方向外側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図６（ｉ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向外側面と他方のアームの幅方向外側面とから引き出した電極が基準電位に接続され、出力は一方のアームの幅方向内側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの幅方向内側面及び厚み方向表裏面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図６（ｊ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向両面と厚み方向裏面と他方のアームの幅方向両面と厚み方向表面とから引き出した電極が基準電位に接続され、出力は一方のアームの厚み方向表面から引き出した電極（○）と、もう一方のアームの厚み方向裏面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図６（ｋ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表面と他方のアームの厚み方向表面とから引き出した電極が基準電位に接続され、一方のアームの幅方向両面と厚み方向裏面から引き出した電極（●）と他方のアームの幅方向両面と厚み方向裏面とから引き出した電極（○）との電位差を検出する。

図６（ｌ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向内側面と他方のアームの幅方向内側面とから引き出した電極が基準電位に接続され、一方のアームの厚み方向表裏面とから引き出した電極（○）と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

次に、図４（ｂ）の検出電極構成を利用した電極構成を図７（ａ）〜（ｈ）を参照して説明する。

図７（ａ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向両面から引き出した電極とを接続して第１の検出電極（図の○）を構成し、一方のアームの幅方向両面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを接続して第２の検出電極（図の●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｂ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向外側面から引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｃ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向内側面から引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｄ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向両面から引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向両面面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表表面から引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｅ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極と他方のアームの幅方向外側面と厚み方向表裏面とから引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向外側面と厚み方向表裏面とから引き出した電極と他方のアームの幅方向内側面から引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｆ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向両面と幅方向内側面とから引き出した電極と他方のアームの幅方向外側面とから引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向外側面と他方の電極の厚み方向表裏面とから引き出した電極と他方のアームの幅方向内側面とから引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

図７（ｇ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向両面と幅方向外側面とから引き出した電極と他方のアームの幅方向外側面とから引き出した電極とを接続して第１の検出電極（○）を構成し、一方のアームの幅方向内側面と他方の電極の厚み方向表裏面と幅方向内側面とから引き出した電極とを接続して第２の検出電極（●）を構成し、第１及び第２の検出電極の電位差を検出する。

以上のように、検出電極を各アームの４面又は３面に設けて上述の配線とすることで、簡単な構成で回転角速度を精度良く検出することができる。

図８には、図７（ｇ）に示す電極構成を有する音叉型圧電振動ジャイロの構成を示す図である。なお、電極構成を分かりやすくするために、電極の厚み等は強調して図示してある。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は右側面図、図８（ｃ）は裏面図、及び図８（ｄ）は平面図である。

検出電極２６ａ、２６ｂ及び２６ｄは一体的に形成され、引き出し線３１を介してベース２４の表面上に設けられた外部接続用の端子３３に接続されている。同様に、検出電極２７ａ、２７ｂ及び２７ｄは一体的に形成され、引き出し電極線３２を介してベース２４の表面上に設けられた外部接続用の端子３４に接続されている。検出電極２６ｃは引き出し電極線３５を介して、外部接続用の端子３７に接続されている。同様に、検出電極２７ｃは引き出し電極線３６を介して、外部接続用の端子３８に接続されている。駆動電極２８ａは引き出し電極線４０を介して、外部接続用の端子３９に接続されている。ベース２４の裏面に形成された駆動電極２８ｂは、ベース２４に設けられたスルーホール４３及びベース２４の表裏面を通る引き出し電極線４２を介して、ベース２４の表面に設けられた外部接続用の端子４１に接続されている。

次に、上述した電極構成とは異なる電極構成について説明する。

上述した電極構成では、駆動電極２８ａ及び２８ｂはベース２４の表裏面上であって、アーム２０と２２の根元付近に設けられていた。以下に説明する電極構成では、駆動電極をアーム２０と２２の夫々の表裏面上の内側に設けて、圧電単結晶の横圧電効果を利用して駆動振動を起こすことを特徴とする。

図９は、この電極構成を示す図である。図９（ａ）はジャイロの正面図、図９（ｂ）はジャイロの平面図である。略Ｕ字状パターンの駆動電極４８ａ及び４８ｂが、ジャイロの表面及び裏面に図示するように設けられている。駆動電極４８ａは、アーム２０及び２２の表面上の内側部分及びベース２４の表面上の根元付近に設けられている。同様に、駆動電極４８ｂは、アーム２０及び２２の裏面上の内側部分及びベース２４の裏面上の根元付近に設けられている。

このような構成の駆動電極４８ａ及び４８ｂに駆動電源ＯＳＣで駆動信号を与えると、図９（ｂ）の直線状の矢印で示すような内部電界が発生し、図９（ａ）に示すような伸び振動（音叉振動）が発生する。この状態（振動モードにある状態）で回転角速度が加わると、図９（ｂ）に示す変位に起因して曲線状の矢印で示すような内部電界が発生する。従って、この内部電界による電圧を検出することで回転角速度を検出することができる。この電圧を検出ための検出電極を、アーム２０及び２２の表裏面の各々の外側部分に設けることができる。

このような電極構成を図１０に示す。図１０（ａ）は上記電極構成を有する音叉型圧電振動ジャイロの正面図、図１０（ｂ）は右側面図、図１０（ｃ）は平面図である。駆動電極４８ａ及び４８ｂは前述したように設けられてる。図示する電極構成では、各アームごとに３つの検出電極が設けられている。アーム２０の厚み方向表裏面及び幅方向外側面にはそれぞれ、検出電極４６ａ、４６ｂ及び４６ｃが設けられている。同様に、アーム２２の厚み方向表裏面及び幅方向外側面にはそれぞれ、検出電極４７ａ、４７ｂ及び４７ｃが設けられている。検出電極４６ａと４６ｂはそれぞれ、アーム２０の表面及び裏面の外側部分に配置されている。これにより、アーム２０の表面及び裏面では夫々、内側に駆動電極が外側に検出電極が位置するようにこれらの電極が並んで設けられている。アーム２２においても同様である。なお、図１０では、引き出し電極線や外部接続用端子等は便宜上省略してある。

なお、図１０に示す構成において、容量比は一例として、駆動電極側で１３６であり、検出電極側で２７８であり、従来構成のように駆動側と検出側で容量比が大きくことなるようなことはない。

図１１は図１０に示す電極配置における電極構成を示す図である。図１１（ａ）は２つの検出電極間の電位差で回転角速度を検出する構成であり、図１１（ｂ）、（ｃ）は基準電極に対する２つの電極の電位差（差動増幅）で回転角速度を検出する構成である。

図１１（ａ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向外側面から引き出した電極とを接続した第１の検出電極（○）と、一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを接続した第２の検出電極（●）との電位差を検出する。 図１１（ｂ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを基準電位に接続し、一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（○）と、他方のアームの幅方向外側面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図１１（ｃ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向外側面から引き出した電極と他方のアームの幅方向外側電極から引き出した電極とを基準電位に接続し、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（●）と、他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（○）との電位差を検出する。

図１２は図１０に示す音叉型圧電振動ジャイロの変形例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は平面図である。駆動電極５８ａと５８ｂはそれぞれジャイロの厚み方向表面と裏面に設けられており、かつ各アーム内側に設けられた部分を有する。また、駆動電極５８ａと５８ｂのベース２４の表裏面上に設けられた部分５８ａ’と５８ｂ’は、図５に示す駆動電極に類似している。すなわち、駆動電極５８ａと５８ｂはベース２４及びアーム２０、２２の内側で作用する圧電横効果による音叉振動を駆動する。駆動電極５８ａは引き出し電極線６１を介して外部接続用端子６０に接続されている。また、駆動電極５８ｂは引き出し電極線６８及びベース２４に設けられたスルーホール６６を介して、ベース２４の表面に設けられた外部接続用端子６７に接続されている。

各アーム２０、２２に対しそれぞれ３つの検出電極が設けられている。アーム２０の厚み方向表裏面及び幅方向外側面にはそれぞれ、検出電極５６ａ、５６ｂ及び５６ｃが設けられている。同様に、アーム２２の厚み方向表裏面及び幅方向外側面にはそれぞれ、検出電極５７ａ、５７ｂ及び５７ｃが設けられている。これらの検出電極は、前述の図１１（ａ）に示すように接続されている。検出電極５６ａは引き出し電極線６３を介して外部接続用端子６２に接続され、検出電極５６ｂは引き出し電極線７０及びスルーホール６９を介して引き出し電極線６３に接続されている。また、検出電極５６ｃは引き出し電極線７４を介して外部接続用端子７３に接続されている。同様に、検出電極５７ａは引き出し電極線６５を介して外部接続用端子６４に接続され、検出電極５７ｂは引き出し電極線７２及びスルーホール７１を介して引き出し電極線６５に接続されている。また、検出電極５７ｃは引き出し電極線７６を介して外部接続用端子７５に接続されている。駆動電極は各アーム２０、２２の表裏面の内側部分ではなく、外側部分に設ける構成であっても、圧電横効果による音叉振動を駆動することができる。

図１３は、この電極構成を有する音叉型圧電振動ジャイロを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。アーム２０、２２の表裏面の外側及びベース２４の表裏面にそれぞれ、一体的に駆動電極７８ａ及び７８ｂが設けられている。この駆動電極７８ａと７８ｂに図１３（ｂ）に示すように駆動電源ＯＳＣを接続すると、圧電横効果により図１３（ｂ）の直線の矢印で示す内部電界が発生し、これによりアーム２０と２２が図１３（ａ）で示すようにたわみ、音叉振動が発生する。この状態（駆動モード）で回転角速度がジャイロに加わると、図１３（ｂ）に示す曲線の矢印のように内部電界が発生する。この内部電界による電圧を検出することで、回転角速度を検出できる。

アーム２０の厚み方向表裏面にはそれぞれ、検出電極７６ａ及び７６ｂが設けられ、幅方向内側面には検出電極７６ｃが設けられている。同様に、アーム２２の厚み方向表裏面にはそれぞれ、検出電極７７ａ及び７７ｂが設けられ、幅方向内側面には検出電極７７ｃが設けられている。

図１４は、上記検出電極の接続を示す図である。図１４（ａ）は２つの検出電極間の電位差で回転角速度を検出する構成であり、図１４（ｂ）、（ｃ）は基準電極に対する２つの電極の電位差（差動増幅）で回転角速度を検出する構成である。

図１４（ａ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの幅方向内側面から引き出した電極とを接続した第１の検出電極（○）と、一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを接続した第２の検出電極（●）との電位差を検出する。 図１４（ｂ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極と他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極とを基準電位に接続し、一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極（○）と、他方のアームの幅方向内側面から引き出した電極（●）との電位差を検出する。

図１４（ｃ）に示す電極構成は次の通りである。アーム２０と２２に設けた検出電極のうち、一方のアームの幅方向内側面から引き出した電極と他方のアームの幅方向内側電極から引き出した電極とを基準電位に接続し、一方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（●）と、他方のアームの厚み方向表裏面から引き出した電極（○）との電位差を検出する。

図１５は、図１４（ｂ）に示す電極構成を有する音叉型圧電振動ジャイロを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。駆動電極８８ａ及び８８ｂはそれぞれ、ジャイロの表面及び裏面に図示するように設けられている。駆動電極８８ｂは、ベース２４に設けられたスルーホール９４を通る引き出し電極線９５を介して、外部接続用の端子９６に接続されている。また、アーム２０及び２２の表面に設けられる検出電極は、ベース２４の表面に設けられた接続部分を介して一体的に構成された検出電極８６ａである。同様に、アーム２０及び２２の裏面に設けられる検出電極は、ベース２４の裏面に設けられた接続部分を介して一体的に構成された検出電極８６ｂである。検出電極８６ｂはスルーホール９０を通る引き出し電極線９１を介して外部接続用端子９２に接続されている。また、検出電極８６ａは引き出し電極線９３を介して外部接続用端子９２に接続されている。

図１６は、本発明の参考例の音叉型圧電振動ジャイロの出力電圧を検出する検出回路の構成及び動作を説明するための図である。図１６中、参照番号１００は、前述した本発明の音叉型圧電振動ジャイロである。検出回路は、演算増幅器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、キャパシタＣ１〜Ｃ３とを有する。ジャイロ１００の出力ｏｕｔ１及びｏｕｔ２はそれぞれ、抵抗Ｒ２及びＲ３を介して演算増幅器ＯＰ１及びＯＰ２の非反転入力端子に与えられる。演算増幅器ＯＰ３の出力端子は、検出回路の出力端子を構成する。

発振器ＯＳＣで矩形波をジャイロ１００に与えると、その出力電圧波形は静電結合等によるもれ出力成分を含む。演算増幅器ＯＰ１及びＯＰ２はそれぞれ、ジャイロ１００の出力ｏｕｔ１及びｏｕｔ２を増幅し、演算増幅器ＯＰ３は演算増幅器ＯＰ１及びＯＰ２の出力を差動増幅する。演算増幅器ＯＰ３の出力波形から分かるように、静電結合等のもれを差動増幅により取り去る（キャンセルする）ことができる。

以上、本発明の参考例を説明した。上記の参考例からわかるように、従来技術に比べ簡単な構成で不要振動を検出することなく高精度かつ回転角速度を検出できる。また、配線は簡単であり、量産化に適している。

ところで、上記の参考例では検出電極を各アームの４面又は３面に設ける必要があるが、本発明者は各アームの２面にのみ駆動電極及び検出電極を設け、必要な感度を維持でき、簡単な電極構成で量産化に適した音叉型圧電振動ジャイロの構成を検討した。この検討は、図１７に示す事項をベースに図１８に示す駆動モードと検出モードとの電界分布の違いに着目したものである。以下の説明は、既に説明した事項と一部重複する部分を含むが、これは説明を判りやすくするためである。

まず、図１７（ａ）、（ｃ）はそれぞれ同一の音叉型圧電振動ジャイロを示す斜視図である。なお、圧電単結晶等の圧電体で構成される素子部分のみを示し、電極の図示は省略してある。音叉型圧電振動ジャイロ１００は２つのアーム１１２、１１４とこれらと一体的に形成されたベース１１６とを有する。

図１７（ａ）に示すアーム１１２、１１４の表面及び裏面の外側部分に、図１７（ｂ）に示すように電極１３１、１３２、１３７、１３８を設け、電極１３１と１３２との間及び電極１３７と１３８との間に駆動電圧を印加すると、図１７（ｂ）のアーム１１２、１１４内に示す矢印の通り電界が発生し、図１７（ａ）及び（ｂ）の矢印で示すように、圧電横効果によりアーム１１２、１１４の外側部分が伸縮運動をする。この伸縮運動により、アーム１１２、１１４に音叉振動（面内振動又はｆｘモード振動ともいう）が励振できる。

この音叉振動の振動軸に回転運動が加わると、次式の運動方程式のような振動方向と垂直方向にコリオリ力が発生する。

Ｚx ηx ≒Ｆx ＋２ｍy Ω0 ηy
Ｚy ηy ≒Ｆy −２ｍx Ω0 ηx
ここで、Ｚx 、Ｚy はそれぞれ図１９に示すＸ軸及びＹ軸方向の機械的インピーダンス、ηx 、ηy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の速度、Ｆx 、Ｆy はそれぞれＸ軸及びＹ軸方向のコリオリ力、ｍx 、ｍy はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の質量、Ω0 は角速度である。なお、図１８に示す音叉は圧電単結晶からなり、回転軸をＸ軸として、例えば、ＬｉＴａＯ_３４０°±２０°回転Ｚ板やＬｉＮｂＯ_３５０°±２０°回転Ｚ板等の三方晶を用いることができる。なお、圧電単結晶の結晶方位はその厚み方向におけるものである。

そこで、図１７（ｄ）に示すように、２つのアーム１１２、１１４に上記音叉振動に垂直な方向の振動（面垂直振動又はｆｙモード振動ともいう）を検出する電極１３３、１３４、１３５、１３６を構成しておけば、コリオリ力を受けて互いに逆方向にたわんだアームから電気的出力（角速度に比例した電圧）を得ることができる。

この場合において、本発明者は図１８に示す駆動モードと検出モードとの電荷分布の違いに着目して、電荷分布の大きい箇所に電極を配置することで、４面又は３面といった電極は必要なく、各アームの２面のみで検出モードを受けることができることを見い出した。

図１８（Ａ）は、ｆｘモードの電界分布を示し、図１８（Ｂ）はｆｙモードの電界分布を示す。図１８（Ａ）、（Ｂ）において、記号Ａ〜Ｈはそれぞれ、アーム１１２、１１４内に発生した電荷分布（及びそのポテンシャル）を示し、”＋”と”−”はそれぞれ電荷の極性を示す。また、矢印は電界を示す。

図１８（Ａ）は、図１７（ｂ）に示す電極構成で音叉振動を駆動した場合を示す。また、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）に示す状態で角速度によるコリオリ力が発生した場合の電荷分布を示す。異方性に起因して発生する電荷の発生場所、極性及び電荷量が図示するようになることが判った。本発明では、図１８（Ｂ）に示す電荷分布において、電荷の最大又は比較的大きい場所と最低又は比較的小さい場所に電極を設け、ここに発生する電位差を出力することにより角速度を検出する。例えば、図１８（Ｂ）の電荷分布ＡとＥの電位差を検出するように電極を配列する。より特定すれば、アーム１１２と１１４の上面（図１８（Ｂ）において電界分布Ａ、Ｅ側を上面、電界分布Ｃ、Ｇ側を下面とする）の内側部分に電極を設ける。この電極構成は、図１７（ｄ）に示す電極１３３と１３５に相当する。原理的には、この電極１３３と１３５のみでコリオリ力による発生した電位差を検出できるが、図１７（ｄ）に示す電極１３４と１３６を設けて電界分布ＣとＧの電位差を検出するようにすることで、感度は向上する。

なお、図１８（Ａ）において、Ａ〜Ｈをポテンシャル（電位）とすると、これらの大小関係は次の通りである。

Ａ＝−Ｄ＝−Ｅ＝Ｈ＞−Ｂ＝Ｃ＝Ｆ＝−Ｇ
また、図１８（Ｂ）において、電位Ａ〜Ｈの大小関係は次の通りである。

Ａ＝−Ｅ＞−Ｂ＝−Ｄ＝Ｆ＝Ｈ＞Ｃ＝Ｇ
なお、図１８に示す電荷分布からは、必ずしも図１７（ｄ）に示すように内側部分の電極からコリオリ力による電位差を検出することに限られるものではなく、図１７（ｂ）に示すような外側部分の電極を用いて電位差を検出しても良いことが判る。例えば、上記外側部分の電極を検出電極として用いて電荷分布ＡとＥのポテンシャル差を検出する場合には、外側部分には電荷分布ＡとＥの広がりが内側部分に比べて小さいので検出感度は落ちるが、電荷分布ＡとＥのポテンシャル差を検出できる。

以上のように、４面又は３面に検出電極を設けることなく、検出電極と駆動電極を各アームの２面のみに設けることで、コリオリ力による電位差（角速度に比例した電圧）を検出することができる。

図２０は、上記電極１３１〜１３８を有する本発明の音叉型圧電振動ジャイロの斜視図である。図２０では、電極１３１〜１３８が設けられたアーム１１２、１１４の表面に対向する裏面に設けられた同様の電極は見えないが、電極１３１〜１３８と同様に設けられている。なお、参照番号１４１〜１４４はそれぞれ電極１３２、１３４、１３６、１３８の引き出し電極であり、また参照番号１４５〜１４８はそれぞれ引き出し電極１４１〜１４４に接続された外部接続用の端子である。

以下、図１８に基づく第１ないし第９電極構成例について説明する。

図２１は、第１の電極構成例を示す図である。同図において、アーム１１２、１１４の中心より内側に位置する電極１３４、１３６は検出電極として機能し、外側に位置する電極１３１、１３７は駆動電極として機能する。検出電極１３４、１３６と駆動電極１３１、１３７とはアーム１１２、１１４の異なる面側に設けられている。その他の電極は接地電位を基準電位とする接地電極として機能する。破線の矢印は電界を示す。駆動電極１３１及び１３７に駆動電圧を印加すると矢印の電界が発生してアーム１１２、１１４が振動する。この状態でコリオリ力を検出すると、電極１３４と１３６の間にコリオリ力による角速度に比例した電位差が生じる。なお、電極１３３と１３５を接地しているので、アーム１１２と１１４との間の電気的結合を小さく抑さえることができる。

図２２は、第２の電極構成例を示す図である。同図において、アーム１１２、１１４の中心より外側に位置する電極１３２、１３８は検出電極として機能し、内側に位置する電極１３３、１３５は駆動電極として機能する。検出電極１３２、１３８と駆動電極１３３、１３５とはアーム１１２、１１４の異なる面側に設けられている。その他の電極は接地電極として機能する。図２２に示すように、検出電極１３２、１３８をアーム１１２、１１４の外側に設けても、これらの電極間にコリオリ力による角速度に比例した電位差が発生する。

図２３は、第３の電極構成例を示す図である。図２３に示すように、電極１３３と１３４は相互に接続され、電極１３５と１３６は相互に接続され、検出電極を構成する。電極１３１、１３７は駆動電極として機能する。また、電極１３２、１３８は接地電極として機能する。検出電極１３３と１３４を接続することで図１８（Ｂ）の電極分布ＡとＣの電荷が加算され、検出電極１３５と１３６を接続することで図１８（Ｂ）の電極分布ＥとＧの電荷が加算される。よって、図２３の電極構成は、図２１や図２２の電極構成に比べ検出感度が高い。

図２４は、第４の電極構成例を示す図である。図２４に示す構成は図２１及び図２２に示す構成とは異なり、検出電極及び駆動電極ともアーム１１２、１１４の同一面側に設けられており、更にアーム１１２、１１４のそれぞれの反対側のほぼ面に電極１３２Ａ、電極１３８Ａを設けたことを特徴とする。電極１３１と１３７は駆動電極として用いられ、電極１３３と１３５は検出電極として用いられる。更に、電極１３２Ａと１３８Ａ（以下、全面電極ともいう）は接地電極として用いられる。アーム１１２からアーム１１４方向に電界が発生し、角速度に比例した電極１３３と１３５との間の電位差を検出できる。

以下、図２５乃至図３０は、本発明の実施例を説明する図である。

図２５は、第５の電極構成例を示す図である。第５の電極構成は、電極１３３と１３５が駆動電極と検出電極を兼ねることを特徴とする。以下、このような電極を共通電極ともいう。矩形波を発生する駆動源１５１の一端は接地され、他端は演算増幅器（以下、オペアンプという）１５２、１５３の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ１５２、１５３の反転入力端子はそれぞれ電極１３３、１３５に接続されている。電極１３１、１３２Ａ、１３７及び１３８は接地されている。

図２６は、図２５に示すオペアンプ１５３及びその周辺回路素子（図２５では省略してある）からなる差動増幅回路を示す図である。オペアンプ１５３の出力電圧は抵抗Ｒ１とＲ２で抵抗分割され、分圧電圧が反転入力端子に与えられる。オペアンプ１５２の周辺回路も、図２６に示すように構成されている。オペアンプ１５２、１５３の非反転入力端子及び反転入力端子はイマジナリーショートの状態にあるので、駆動源１５１が出力する矩形波の駆動電圧はオペアンプ１５２、１５３を通して電極１３３、１３５に与えられる。この状態でコリオリ力が作用すると、アーム１１２と１１４の電極に符号の異なる電荷が蓄積される。図２５の２本の横方向矢印は、この蓄積された電荷による電界を示す。これをオペアンプ１５２、１５３で矩形波と比較することで、電極１３３と１３５との間の電位差に相当する電圧、すなわち角速度に比例する電圧Ａ−Ｂが得られる。

図２７は、第６の電極構成例を示す図である。図２７に示す構成は、アーム１１２と１１４に蓄積される電荷の電荷量に起因した電位差を、各アーム１１２、１１４の両面から検出するものである。このために、先に説明したオペアンプ１５２、１５３に加え新たにオペアンプ１５４、１５５を設けている。オペアンプ１５４、１５５の非反転入力端子はオペアンプ１５２、１５３の非反転入力端子とともに接地され、反転入力端子はそれぞれ電極１３２Ａ、１３８Ａに接続されている。駆動電圧は電極１３１と１３７に与えられる。コリオリ力に起因してアーム１１２に発生した電荷量はオペアンプ１５２、１５４の出力の和（Ａ＋Ｃ）に相当し、アーム１１４に発生した電荷量はオペアンプ１５３、１５５の出力の和（Ｂ＋Ｄ）に相当する。よって、角速度に比例した検出出力は（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）となる。図２７に示す構成は図２５に示す構成に比べて回路が多少複雑になるが、検出感度は向上する。

図２８は、第７の電極構成例を示す図である。この電極構成は、図２７に示す電極構成を簡素化したものに相当する。すなわち、オペアンプ１５２、１５３を取り除き、アーム１１２、１１４の一方の側からのみ検出電圧Ａ−Ｂを得る構成である。図２７に示す構成に比べ、図２８に示す構成は簡略化されている半面、検出感度は多少劣化する。なお、端子１３３と１３５を接地しているので、アーム１１２と１１４との間の電気的結合を小さく抑さえることができる。

図２９は、第８の電極構成例を示す図である。この構成では、アーム１１２、１１４の両面の電極を共通電極として用い、共通電極を介して駆動電圧を印加し検出電圧を検出する。オペアンプ１５２の反転入力端子は電極１３３と１３２に接続され、オペアンプ１５３の反転入力端子は電極１３５と１３８に接続されている。また、オペアンプ１５４の反転入力端子は電極１３４と１３１に接続され、オペアンプ１５５の反転入力端子は電極１３６と１３７に接続されている。駆動電圧はアーム１１２、１１４の各々の両面から与えられるので、各アーム内には両方向に電界が発生する。コリオリ力によりアーム１１２、１１４の各々に発生した電荷量の差は、オペアンプ１５２〜１５５を介して検出出力（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）として得られる。図２９に示す構成は、検出感度が良い半面、回路が多少複雑である。

図３０は、第９の電極構成例を示す図である。この構成は、図２９に示す第８の電極構成例を簡略化したものに相当する。具体的には、駆動電圧をアーム１１２、１１４の一方からのみ与える構成である。駆動電圧はオペアンプ１５２、１５３を介して電極１３３、１３５に与えられる。また、電極１３３と１３５に対向するアーム１１２、１１４の面には、全面電極１３２Ａ、１３８Ａが設けられている。全面電極１３２Ａはオペアンプ１５４の反転入力端子と電極１３１に接続されている。また、全面電極１３８Ａはオペアンプ１５５の反転入力端子と電極１３７に接続されている。角速度に比例した検出出力は（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）となる。図３０に示す構成は図２９に示す構成よりも簡単である。

なお、上記実施の形態では、各電極１３１〜１３８は同一サイズの電極パターンであり、また電極１３２Ａ、１３８Ａも同一サイズの電極パターンであるが、電荷分布等を考慮して、異なるサイズの電極パターンとしてもよい。

図３１は、電極サイズと３つのパラメータとの関係を示す図である。より詳細には、図３１（ａ）は電極サイズと共振抵抗（ｋΩ）との関係、図３１（ｂ）は電極サイズと容量比（γ）との関係、図３１（ｃ）は電極サイズとＱ値との関係を示すグラフである。電極サイズは、２つのアームの対向する２面の全面に電極を設け、レーザ光で２つのアームの電極を同じ量だけトリミングして次第に面積を縮小していった場合の各アームの各面毎の総面積である。Ｑ値が最大で容量比（γ）が最小となるような面積が好ましい。今、電極サイズが２ｍｍ２とした場合、各アーム幅を１．０ｍｍとし、アーム長さを７．５ｍｍとすると、各アームの２つの対向する面の各々に設けられる電極は、アーム幅１．０ｍｍの半分以下の大きさ（例えば０．３ｍｍ）で良いことがわかる。よって、各面の駆動電極の幅のトータルをアーム幅よりも小さくしても、良好にｆｘモードの振動を発生させることがわかる。

図３２は、検出電極サイズと上記３つのパラメータとの関係を示す図である。より詳細には、図３２（ａ）は検出電極サイズと共振抵抗（ｋΩ）との関係、図３１（ｂ）は検出電極サイズと容量比（γ）との関係、図３１（ｃ）は検出電極サイズとＱ値との関係を示すグラフである。検出電極サイズは、２つのアームの対向する２面の全面に電極を設け、レーザ光で２つのアームの電極を同じ量だけトリミングして次第に面積を縮小していった場合の各アームの各面毎の総面積である。Ｑ値が最大で容量比（γ）が最小となるような面積が好ましい。図３２から、検出電極はできるだけ大きいほうが上記条件を満足する。

以上、図３１及び図３２から、駆動電極は相対的に小さく、検出電極は相対的に大きくすれば、検出電極の容量比を小さくする、すなわち感度を上げることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。上記の説明から分かるように、本発明では各アームの２面にのみ電極を設ける構成のため、必要な感度を維持でき、より簡単な電極構成でより量産化に適している。

本発明の参考例を説明するための図である。 本発明の参考例により不要振動が検出されない原理を説明する図である。 本発明の参考例により回転角速度を検出する電極構成を示す図である。 本発明の参考例により回転角速度を検出する別の電極構成を示す図である。 本発明の参考例を示す図である。 図５に示す検出電極の構成と配線例を示す図である。 図５に示す検出電極の別の構成と配線例を示す図である。 図７（ｇ）に示す電極構成を有する音叉型圧電振動ジャイロの構成を示す図である。 音叉振動を駆動する駆動電極の別の構成例の原理を示す図である。 図９に示す構成に基づく音叉型圧電振動ジャイロの構成を示す図である。 図１０に示す検出電極の構成と配線例を示す図である。 図１０に示す構成の変形例を示す図である。 音叉振動を駆動する駆動電極の更に別の構成例の原理を示す図である。 図１３に示す検出電極の構成と配線例を示す図である。 図１３に示す構成に基づく音叉型圧電振動ジャイロの構成を示す図である。 本発明の参考例の音叉型圧電振動ジャイロの出力電圧を検出する検出回路の構成及び動作を説明するための図である。 音叉型圧電振動ジャイロの２面電極構成の動作原理を説明するための図である。 音叉型圧電振動ジャイロの振動モードの電荷分布を示す図である。 圧電単結晶の結晶方位を示す図である。 本発明の２面電極構成の一実施の形態を示す斜視図である。 本発明による第１の電極構成例を示す図である。 本発明による第２の電極構成例を示す図である。 本発明による第３の電極構成例を示す図である。 本発明による第４の電極構成例を示す図である。 本発明による第５の電極構成例を示す図である。 図９に示す構成で用いられる差動増幅回路を示す図である。 本発明による第６の電極構成例を示す図である。 本発明による第７の電極構成例を示す図である。 本発明による第８の電極構成例を示す図である。 本発明による第９の電極構成例を示す図である。 電極サイズと各パラメータとの関係を示す図である。 検出電極サイズと各パラメータとの関係を示す図である。 従来の音叉型圧電振動ジャイロの一構成例を示す図である。 従来の音叉型圧電振動ジャイロの別の構成例を示す図である。 従来の音叉型圧電振動ジャイロの更に別の構成例を示す図である。 従来技術の問題点を示す図である。

符号の説明

２０ アーム
２２ アーム
２４ ベース
２６ａ〜２６ｄ 検出電極
２７ａ〜２７ｂ 検出電極
２８ａ、２８ｂ 駆動電極
４６ａ〜４６ｃ 検出電極
４７ａ〜４７ｃ 検出電極
４８ａ、４８ｂ 駆動電極
５６ａ〜５６ｃ 検出電極
５７ａ〜５７ｃ 検出電極
５８ａ、５８ｂ 駆動電極
８６ａ〜８６ｃ 検出電極
８７ａ〜８７ｃ 検出電極
８８ａ、８８ｂ 駆動電極
１００ 本発明の音叉型圧電振動ジャイロ
１１０ 音叉型圧電振動ジャイロ
１１２ アーム
１１４ アーム
１１６ ベース
１３１〜１３８ 電極
１３２Ａ、１３８Ａ 全面電極
１４１〜１４４ 引き出し電極
１４５〜１４８ 端子
１５１ 駆動源
１５２〜１５５ 演算増幅器（オペアンプ）
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

Claims (8)

1. 第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、
   前記第１及び第２のアームの前記第１電極と前記全面電極は共通電極として接地され、
   前記第１及び第２のアームの前記第２電極は音叉振動を駆動させる駆動電極と回転角速度を検出する検出電極を兼ねて第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は駆動源の他端に接続され、
   前記第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロ。
2. 第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、
   前記第１及び第２のアームの前記第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、
   前記第１及び第２のアームの前記第２電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２のアームの前記全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第３及び第４の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２及び第３及び第４の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、
   前記第１及び第３の演算増幅器の出力の和と、前記第２及び第４の演算増幅器の出力の和との差として、角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロ。
3. 第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、
   前記第１及び第２のアームの前記第１電極は音叉振動を駆動させる駆動電極とされ、
   前記第１及び第２のアームの前記第２電極は接地され、
   前記第１及び第２のアームの前記全面電極は回転角速度を検出する検出電極として第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、
   前記第１及び第２の演算増幅器から角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロ。
4. 第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に第３電極と、第４電極を設け、
   前記第１及び第２のアームの前記第２電極と前記第３電極は共通電極として音叉振動を駆動させる駆動電極と回転角速度を検出する検出電極を兼ねて第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２のアームの前記第１電極と前記第４電極は共通電極として第３及び第４の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は駆動源の他端に接続され、
   前記第３及び第４の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、
   前記第１及び第３の演算増幅器の出力の和と、前記第２及び第４の演算増幅器の出力の和との差として、角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロ。
5. 第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースを有する音叉型圧電振動ジャイロにおいて、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれの対向する２面のいずれか一方の面に第１電極と、第２電極を設け、他方の面に全面電極を設け、
   前記第１及び第２のアームの前記第２電極は音叉振動を駆動させる駆動電極と回転角速度を検出する検出電極を兼ねて第１及び第２の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２のアームの前記第１電極と前記全面電極は共通電極として第３及び第４の演算増幅器の反転入力端子に接続され、
   前記第１及び第２の演算増幅器の非反転入力端子は駆動源の他端に接続され、
   前記第３及び第４の演算増幅器の非反転入力端子は接地され、
   前記第１及び第３の演算増幅器の出力の和と、前記第２及び第４の演算増幅器の出力の和との差として、角速度に応じた電位差を取り出すことを特徴とする音叉型圧電振動ジャイロ。
6. 前記第１のアーム、第２のアーム及びこれらを支持するベースは、圧電単結晶で一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の音叉型圧電振動ジャイロ。
7. 前記圧電単結晶はＬｉＴａＯ３４０°±２０°回転Ｚ板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の音叉型圧電振動ジャイロ。
8. 前記圧電単結晶はＬｉＮｂＯ３５０°±２０°回転Ｚ板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の音叉型圧電振動ジャイロ。

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