JPH06241812A - 振動ジャイロ用振動子および振動ジャイロ用検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造を簡単にし、信頼性を向上できる振動ジ
ャイロ用振動子を提供する。 【構成】 １は振動ジャイロ用振動子である。振動子１
を構成する振動体２を圧電セラミックスで円柱状に形成
する。この振動体２の外周面上に、その外周を略３分割
して３つの電極３，４，５を振動体２の長軸方向に印
刷、蒸着等で形成する。電極３から他の２つの電極４，
５の周方向の距離を互いに等しくする。電極３を共通電
極とし、他の２つの電極４，５との間に電界を印加する
と、電極４，５から電極３に向かって分極が施される。
電極を３極構成としており、電極構成及び振動体形状が
簡単になり、振動子１が形成し易く、製造コストを低減
できる。また、導線の本数も少なくなることから、信頼
性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車等に搭
載され、車両の姿勢制御システムやナビゲーションシス
テムに使用される振動ジャイロ用振動子および振動ジャ
イロ用検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来既知の振動ジャイロ用振動子として
図１９に示すものがある。同図Ｂはその斜視図、同図Ａ
は同図Ｂに示す振動子の中央部分における断面図であ
る。図１９に示す振動子６１では、振動体６２を円柱形
状を有した圧電セラミックスで形成し、円柱型圧電体の
外周面上の円周を等分する位置に、円柱の長軸方向に６
極の帯状電極が形成されている。この帯状電極におい
て、１つおきの電極を両端近傍で接続してアース電極６
６とし、残りの電極のうち１つを駆動用電極６３、他の
２つを帰還検出用電極６４，６５とし、図１９Ａの矢印
で示すように、駆動電極６３および帰還検出用電極６
４，６５からアース電極６６に向かう方向に分極処理が
施された構成となっている。

【０００３】また、他の従来既知の振動ジャイロ用振動
子として図２０に示すものは、特公平４−１０６４０７
号公報等により開示されている従来の振動ジャイロ用振
動子である。同図Ｂはその斜視図、同図Ａは同図Ｂに示
す振動子の中央部分における断面図である。図２０に示
す振動子７１では、振動体７２は円筒形状の圧電セラミ
ックスで形成され、この振動体７２には軸方向に向かっ
て円形の貫通孔７７が形成される。さらに、振動体７２
の内周面にはその全面に内部電極７６が形成され、その
外周面にはその外周をほぼ３分割して３つの外部電極７
３，７４，７５が形成される。

【０００４】なお、これら外部電極７３，７４，７５は
互いに所定間隔をもって形成される。外部電極７３，７
４，７５のうちの１つの電極が駆動用電極、他の２つの
電極が帰還検出用電極、そして内部電極７６がアース電
極とされる。振動体７２は、図２０Ａの矢印で示すよう
に、内部電極７６から外部電極７３〜７５に向かって放
射状に分極が施される。

【０００５】図２１は、特開平４−１０６４１０号公報
等に開示されている従来の振動ジャイロの構成図であ
る。図において、８１は振動子である。この振動子８１
は、横断面形状が三角形をなすエリンバ等の恒弾性材料
で形成された柱状の振動体８２の２つの側面に駆動検出
用の圧電体８４，８５が、他の１つの側面に帰還用の圧
電体８３が導電性接着剤等を用いて固定されることで構
成される。

【０００６】８９は圧電体駆動装置であり、この圧電体
駆動装置８９より抵抗器８６，８７を介して交流電圧Ｖ
が印加される。また、圧電体８３の出力は圧電体駆動装
置８９に入力され、振動子８１を振動させるループが形
成される。８８は差動増幅器であり、この差動増幅器８
８には、抵抗器８６，８７と圧電体８４，８５との接続
点Ｐ１，Ｐ２に発生する電圧ＶＬ，ＶＲが入力される。

【０００７】このような構成において、圧電体駆動装置
８９より抵抗器８６，８７を介して圧電体８４，８５に
交流電圧Ｖが印加されると、振動子８１はＹ方向に屈曲
励振され、接続点Ｐ１，Ｐ２には、交流電圧Ｖと圧電体
８４，８５の歪に伴って発生する電圧との合成された電
圧ＶＬ，ＶＲが得られる。ここで、振動子８１の振動の
下で、その振動子８１がＺ軸回りに回転されると、振動
子８１にはコリオリ力に基づくＸ軸方向の振動が発生
し、接続点Ｐ１，Ｐ２に得られる電圧ＶＬ，ＶＲに差を
生じる。差動増幅器８８では、これらの電圧ＶＬ，ＶＲ
の差、従ってコリオリ力に基づく電圧が検出され、かか
る回転の角速度が求められる。

【０００８】この図２１の振動ジャイロの動作原理を、
図２２を使用して詳細に説明する。図２２Ａは、圧電体
８４，８５をシンボルで表現したものであり、２つの振
動子がそれぞれ抵抗器８６，８７を介して圧電体駆動装
置８９に接続されていることを示している。ここで、圧
電体駆動装置８９より抵抗器８６，８７を介して圧電体
８４，８５に交流電圧Ｖが印加されると、圧電体８４，
８５に電流が流れ、それぞれ交流電圧ＶＬ，ＶＲが印加
されることになる。

【０００９】したがって、圧電体８４，８５の力係数を
Ａとすると、圧電体８４，８５には、図２２Ｂに示した
ように垂直方向にそれぞれ力係数Ａと印加電圧ＶＬ，Ｖ
Ｒとで決まる力ＦＬ，ＦＲが生じる。この力ＦＬ，ＦＲ
は、Ｘ軸方向の単位ベクトルをｉ、Ｙ軸方向の単位ベク
トルをｊとすると、次式で表わされる。

【００１０】 ＦＬ＝Ａ×ＶＬ×COS３０°×ｉ−Ａ×ＶＬ×SIN３０°×ｊ ・・・(1) ＦＲ＝−Ａ×ＶＲ×COS３０°×ｉ−Ａ×ＶＲ×SIN３０°×ｊ

【００１１】この２つの力ＦＬ，ＦＲの合成により、振
動子８１はＹ軸方向にｖＹの速度で運動する。ここで、
角速度Ωが図２２Ｃに示したように振動子８１に印加さ
れたとすると、振動子８１にコリオリ力ＦＣがＸ軸方向
に生じ、その大きさは振動子８１の等価質量をｍとする
と、次式で表わされる。

【００１２】 ＦＣ＝２×ｍ×Ω×ｖＹ×ｉ ・・・(2)

【００１３】次に、振動子８１が圧電体８４，８５に発
生する力ＦＬ，ＦＲとコリオリ力ＦＣによりＸ軸方向、
Ｙ軸方向にそれぞれｖＸ，ｖＹの速度で振動するので、
振動子８１には反力ＦＺを生じる。この反力ＦＺは、Ｘ
軸方向の機械インピーダンスをＺＸ、Ｙ軸方向の機械イ
ンピーダンスをＺＹとすると、次式で表わされる。

【００１４】 ＦＺ＝−ＺＸ×ｖＸ×ｉ−ＺＹ×ｖＹ×ｊ ・・・(3)

【００１５】また、速度ｖＹによって圧電体８３に電圧
ＶＢが生じ、次式で表わされる力ＦＢが発生する。

【００１６】 ＦＢ＝Ａ×ＶＢ×ｊ ・・・(4)

【００１７】圧電体８４，８５に発生する力ＦＬ，ＦＲ
およびコリオリ力ＦＣと振動子８１に発生する反力Ｆ
Ｚ、圧電体８３に発生する力ＦＢは釣合うので、次式が
成立する。

【００１８】 ０＝ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＣ＋ＦＺ＋ＦＢ ・・・(5)

【００１９】したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の力の釣
合を分離して整理すると、次の（６）式が得られる。

【００２０】

【数１】

【００２１】上記（６）式より角速度Ωは、次の（７）
式で求められる。

【００２２】

【数２】

【００２３】一方、圧電体８４，８５を流れる電流Ｉ
Ｌ，ＩＲは、抵抗器８６，８７のアドミッタンスをＹＲ
とすると、次式で表わされる。

【００２４】 ＩＬ＝ＹＲ×（Ｖ−ＶＬ） ・・・(8) ＩＲ＝ＹＲ×（Ｖ−ＶＲ）

【００２５】さらに、圧電体８４，８５の制動アドミッ
タンスをＹ、圧電体８４，８５の垂直方向への振動速度
をｖＬ，ｖＲとすると、電流ＩＬ，ＩＲは次式で表わさ
れる。

【００２６】 ＩＬ＝Ａ×ｖＬ＋Ｙ×ＶＬ ・・・(9) ＩＲ＝Ａ×ｖＲ＋Ｙ×ＶＲ

【００２７】 したがって、次の（１０），（１１）式
が成立する。

【００２８】

【数３】

【００２９】

【数４】

【００３０】 図２２Ｄには、速度ｖＬ，ｖＲと
速度ｖＸ，ｖＹとの関係をベクトル線図として示してい
る。ここで、ｖＬ，ｖＲを単位ベクトルｉ，ｊで表わす
と、次式のようになる。

【００３１】 ｖＬ＝ｖＬ×COS３０°×ｉ−ｖＬ×SIN３０°×ｊ ・・・(12) ｖＲ＝−ｖＲ×COS３０°×ｉ−ｖＲ×SIN３０°×ｊ

【００３２】そして、ｖＸはｖＬ，ｖＲベクトルの和の
Ｘ軸上への投影、ｖＹはその和のＹ軸上への投影である
ので、ｖＸ，ｖＹは、次式のようになる。

【００３３】 ｖＸ＝COS３０°×（ｖＬ−ｖＲ） ・・・(13) ｖＹ＝−SIN３０°×（ｖＬ＋ｖＲ）

【００３４】ここで、上記（１０）式から上記（１１）
式を減算すると、次の（１４）式が得られる。

【００３５】

【数５】

【００３６】上記（７）式より上記（１４）式を用いて
ｖＸを消去すると、次の（１５）式が得られる。

【００３７】

【数６】

【００３８】一方、圧電体８３は、外部からの電流が存
在しないので、０＝Ａ×ｖＹ−Ｙ×ＶＢが成立ち、次の
（１６）式が得られる。

【００３９】

【数７】

【００４０】上記（１０）式と上記（１１）式を加算す
ると、次の（１７）式が得られる。

【００４１】

【数８】

【００４２】上記（１６）式および上記（１７）式より
次の（１８）式が得られ、この（１８）式を上記（１
５）式に代入することにより次の（１９）式が得られ
る。

【００４３】

【数９】

【００４４】

【数１０】

【００４５】上記（１９）式の分母はコリオリ力ＦＣに
よってほとんど変化しないので、角速度Ωは（ＶＬ−Ｖ
Ｒ）に比例することになり、図２１に示したように抵抗
器８６，８７と圧電体８４，８５の接続点Ｐ１，Ｐ２に
得られる電圧ＶＬ，ＶＲの差を差動増幅器８８で検出す
ることで、角速度Ωを検出できる。

【００４６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１９に示
す振動ジャイロ用振動子６１にあっては、振動体６２の
外周面上に少なくとも６極の帯状電極を等間隔に形成
し、１つおきの電極６６を両端近辺で接続してアース電
極とするものであり、構成が複雑になるという問題点が
あった。また、振動体６２の外周面上に等間隔に６極の
帯状電極を形成するには、振動体６２を正確な円柱形状
に形成せねばならず、精密な加工が必要となり、製造コ
ストが高くなるという問題点があった。また、電極の数
が多いことから導線の本数も多くなり、導線の破断等の
機会も多く、信頼性に欠けるという問題点があった。

【００４７】図２０に示す振動ジャイロ用振動子７１に
あっては、振動体７２に軸方向に貫通孔７７を形成し、
さらにその内周全面に電極７６を形成するものであり、
製造が複雑で面倒であり、製造コストが高くなるという
問題点があった。また、電極の数が多いことから導線の
本数も多くなり、導線の破断等の機会も多く、信頼性に
欠けるという問題点があった。

【００４８】図２１に示す振動ジャイロ用検出回路は、
数１０の式に示したような原理で角速度Ωを検出してお
り、その式中に圧電体８４，８５の力係数Ａ、制動アド
ミッタンスＹ、検出抵抗ＹＲ等の項を含んでいる。した
がって、温度変化や経年変化等で、力係数Ａ、制動アド
ミッタンスＹ、検出抵抗ＹＲが変化すると、角速度Ωを
正確に検出できず、また温度補償も複雑になるという問
題点があった。また、（１９）式に示されるように、圧
電体８３の出力ＶＢや圧電体駆動装置８９の出力Ｖを所
定の値にしても、圧電体の力係数Ａや制動アドミッタン
ンスＹの項を消去できないという問題点があった。

【００４９】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、製造を簡単にし、信頼性を向上で
きる振動ジャイロ用振動子を提供することを目的とす
る。また、その振動ジャイロ用振動子を用いて正確にコ
リオリ力を検出し得る振動ジャイロ用検出回路を提供す
ることを目的とする。さらに、圧電体の力係数や制動ア
ドミッタンスの変化によらず角速度を正確に検出し得る
振動ジャイロ用検出回路を提供することを目的とする。

【００５０】

【課題を解決するための手段】請求項第１項の発明に係
る振動ジャイロ用振動子は、柱状の振動体と、この振動
体の外周面に形成された３つの電極とを備え、上記３つ
の電極のうち１つの電極を共通電極として横断面の対称
軸上に設け、この共通電極からの周方向の距離が互いに
等しくなる位置に他の２つの電極を設け、上記共通電極
と他の２つの電極との間が分極処理されたものである。

【００５１】請求項第２項の振動ジャイロ用検出回路
は、柱状の振動体及びこの振動体の外周面に形成された
３つの電極を有し、上記３つの電極のうち１つの電極を
共通電極として横断面の対称軸上に設け、この共通電極
からの周方向の距離が互いに等しくなる位置に他の２つ
の電極を設け、上記共通電極と他の２つの電極との間が
分極処理された振動ジャイロ用振動子と、上記共通電極
と他の２つの電極のそれぞれとの間に同電圧を印加して
上記振動子を駆動する駆動手段と、上記他の２つの電極
に流れる電流を夫々検出する２つの電流検出手段とを備
え、これ等の２つの電流検出手段の出力により角速度を
検出するものである。

【００５２】請求項第３項の振動ジャイロ用検出回路
は、多角形の柱状振動子と、この振動子の平行でない２
つの柱面に形成されると共に上記振動子を振動させる２
つの圧電体と、上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧
電体駆動手段と、上記２つの圧電体に流れる電流を検出
する２つの電流検出手段と、これ等の２つの電流検出手
段の出力の差を取る差動手段とを備え、上記差動手段の
出力により角速度を検出するものである。

【００５３】請求項第４項の振動ジャイロ用検出回路
は、多角形の柱状振動子と、この振動子の平行でない２
つの柱面に形成されると共に上記振動子を振動させる２
つの圧電体と、上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印
加して上記圧電体を駆動する圧電体駆動手段と、上記２
つの圧電体の非共通電極が反転入力端子に接続され、非
反転入力端子が接地され、上記反転入力端子と出力端子
とが所定の抵抗素子で接続された演算増幅器よりなる２
つの電流検出手段と、これ等の２つの電流検出手段の出
力の差を取る差動手段と、上記圧電体駆動手段の出力が
入力される少なくとも１つの反転増幅器とを備え、上記
反転増幅器の出力端子と上記２つの電流検出手段の演算
増幅器の反転入力端子とを所定のコンデンサで接続し、
上記差動手段の出力により角速度を検出するものであ
る。

【００５４】請求項第５項の振動ジャイロ用検出回路
は、多角形の柱状振動子と、この振動子の平行でない２
つの柱面に形成されると共に上記振動子を振動させる２
つの圧電体と、上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧
電体駆動手段と、上記２つの圧電体に流れる電流を検出
する２つの電流検出手段と、これ等の２つの電流検出手
段の出力の差を取る差動手段とを備え、上記２つの電流
検出手段のうちいずれか一方の出力または上記振動子の
駆動方向の速度を検出する速度検出手段の出力を上記圧
電体駆動手段に帰還して上記振動子を自励振動させると
共に、上記差動手段の出力により角速度を検出するもの
である。

【００５５】請求項第６項の振動ジャイロ用検出回路
は、多角形の柱状振動子と、この振動子の平行でない２
つの柱面に形成されると共に上記振動子を振動させる２
つの圧電体と、上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印
加して上記圧電体を駆動する圧電体駆動手段と、上記２
つの圧電体の非共通電極が反転入力端子に接続され、非
反転入力端子が接地され、上記反転入力端子と出力端子
とが所定の抵抗素子で接続された演算増幅器よりなる２
つの電流検出手段と、これ等の２つの電流検出手段の出
力の差を取る差動手段と、上記圧電体駆動手段の出力が
入力される少なくとも１つの反転増幅器とを備え、上記
２つの電流検出手段のうちいずれか一方の出力または上
記振動子の駆動方向の速度を検出する速度検出手段の出
力を上記圧電体駆動手段に帰還して上記振動子を自励振
動させると共に、上記反転増幅器の出力端子と上記２つ
の電流検出手段の演算増幅器の反転入力端子とを所定の
コンデンサで接続して上記差動手段の出力により角速度
を検出するものである。

【００５６】

【作用】請求項第１項の発明においては、電極を３極構
成としているため、電極構成が簡単となり、振動体形状
も簡単になり、振動子を形成し易くなり、製造コストを
低減し得る。また、導線の本数も少なくなることから、
信頼性を向上し得る。

【００５７】請求項第２項の発明においては、共通電極
と他の２つの電極に同電位を印加し、２つの電極に流れ
る電流を検出することにより角速度を検出することによ
って、コリオリ力の検出精度を有利に向上し得る。

【００５８】請求項第３項および第４項の発明において
は、横断面が多角形の柱状振動子の平行でない２つの柱
面に形成される２つの圧電体を備え、この２つの圧電体
を同電位で駆動すると共に、２つの圧電体を流れる電流
の差を検出することにより、振動子に角速度が印加され
ることにより生ずるコリオリ力を検出できるように構成
したため、圧電体の制動アドミッタンスに依存しない角
速度出力が得られ、環境温度や経年変化によって制動ア
ドミッタンンスが変化しても角速度出力には影響しない
ものとなる。

【００５９】請求項第５項および第６項の発明において
は、請求項第３項および第４項と同様に作用する他に、
２つの電流検出手段のうちいずれか一方の出力または振
動子の駆動方向の速度を検出する速度検出手段の出力を
圧電体駆動手段に帰還しているため、振動子を自励振動
させることができる。

【００６０】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明に係る振動ジャイロ用振動
子の一実施例を示しており、同図Ｂは斜視図であり、同
図Ａは同図Ｂの中央部分における横断面図である。図に
おいて、１は振動ジャイロ用振動子である。振動子１を
構成する振動体２を圧電セラミックスで円柱状に形成す
る。この振動体２の外周面上に、その外周を略３分割し
て３つの電極３，４，５を振動体２の長軸方向に印刷、
蒸着、スパッタリング、銀ペースト焼結法およびメッキ
等によって形成する。電極３，４，５はそれらの面が互
いに所定間隔を有するように形成する。３つの電極３，
４，５のうち１つの電極、例えば電極３を共通電極と
し、他の２つの電極４，５との間に電界を印加すること
により、図１Ａに矢印で示すように電極４，５から電極
３に向かって分極が施される。

【００６１】本例においては、振動体２の外周を３分割
する位置に３つの電極３，４，５が形成されており、３
つの電極３，４，５のうち任意の１つの電極を共通電極
にすればよく、また共通電極から他の２つの周方向の距
離は互いに等しくなる。本例の振動子１は、その２つの
節点と対応する位置において支持される。なお、８は対
称軸である。

【００６２】本例によれば、振動体２は円柱状に形成す
ればよく、図２０に示す従来例のような振動体７２を円
筒型に形成するものに比べ、簡単に形成できるため製造
コストを低減できる。また、振動体２の外周面上に形成
する電極は３極で構成され、形状も簡単なため、印刷、
蒸着、スパッタリング、銀ペースト焼結法およびメッキ
等によって、図１９に示す６極以上の電極構成のもの
や、図２０に示す円筒型の内周全面に内部電極を形成す
るものに比べ、簡単に形成することができる。

【００６３】また、電極が３極構成のため、導線も３本
結線すればよく、従来例に比べて断線等の機会も少な
く、信頼性の向上を図ることができる。また、振動体２
が圧電セラミックスで形成されているため、図２１に示
す振動子８１のように振動体８２の側面に圧電体８３〜
８５を接着する必要がなく、従来の振動ジャイロのよう
に雰囲気温度の変化による圧電体８３〜８５と振動体８
２との熱膨張係数の差による特性変化は生じない。

【００６４】実施例２．図２は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用振動子の他の実施例を示しており、同図Ｂは斜
視図であり、同図Ａは同図Ｂの中央部分における横断面
図である。図２において、図１と対応する部分には同一
符号を付して示している。図において、１１は振動ジャ
イロ用振動子である。この振動子１１を構成する振動体
２も、実施例１の振動子１と同様に、圧電セラミックス
で円柱状に形成する。振動体２の外周面上に３つの電極
３，４，５を振動体２の長軸方向に印刷、蒸着、スパッ
タリング、銀ペースト焼結法およびメッキ等によって形
成する。

【００６５】３つの電極３，４，５のうち１つの電極、
本例においては電極３を外周上の任意の位置に設けて共
通電極とする。そして、共通電極３からの周方向の距離
Ｌ34，Ｌ35が等しくなるように、それぞれ逆方向に他の
２つの電極４，５を外周上に形成する。こられの電極
３，４，５は、それらが互いに所定間隔を有するように
形成する。そして、共通電極３と他の２つの電極４，５
との間に電界を印加することにより、図２Ａに矢印で示
すように電極４，５から電極３に向かって分極が施され
る。本例の振動子１１は、その２つの節点と対応する位
置において支持される。

【００６６】本例においては、振動体２の外周面上に形
成される３つの電極３，４，５の位置が実施例１とは異
なるものの、その他の構成は実施例１と同様であり、実
施例１と同様の作用効果を得ることができる。

【００６７】実施例３．図３は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用振動子の他の実施例を示しており、同図Ｂは斜
視図であり、同図Ａは同図Ｂの中央部分における横断面
図である。図３において、図１と対応する部分には同一
符号を付して示している。図において、１２は振動ジャ
イロ用振動子でる。この振動子１２を構成する振動体６
も圧電セラミックスで形成する。振動体６は、その横断
面が円弧状となる、かまぼこ型形状の柱状とする。振動
体６は対称軸８に対して左右対称となる。

【００６８】振動体６の外周面上に３つの電極３，４，
５を振動体６の長軸方向に印刷、蒸着、スパッタリン
グ、銀ペースト焼結法およびメッキ等によって形成す
る。３つの電極３，４，５の構成としては、まず外周の
長軸方向に横断面の対称軸８上に位置するように電極３
を設け、これを共通電極とする。そして、共通電極３か
らの周方向の距離Ｌ34，Ｌ35が等しくなるように、それ
ぞれ逆方向に他２つの電極４，５を円弧上に設ける。共
通電極３と他の２つの電極４，５との間に電界を印加す
ることにより、図３Ａに矢印で示すように電極４，５か
ら電極３に向かって分極が施される。本例の振動子１２
は、その２つの節点と対応する位置において支持され
る。

【００６９】本例においては、振動体６の形状および電
極３，４，５の位置が実施例１とは異なるものの、その
他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の作
用効果を得ることができる。

【００７０】実施例４．図４は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用振動子の他の実施例を示しており、同図Ｂは斜
視図であり、同図Ａは同図Ｂの中央部分における横断面
図である。図４において、図１と対応する部分には同一
符号を付して示している。図において、１３は振動ジャ
イロ用振動子である。振動子１３を構成する振動体７を
圧電セラミックスで正三角柱状に形成する。振動体７の
各側面に３つの電極３，４，５を振動体７の長軸方向に
印刷、蒸着、スパッタリング、銀ペースト焼結法および
メッキ等によって形成する。電極３，４，５はそれらの
面が互いに所定間隔を有するように形成する。

【００７１】３つの電極３，４，５のうち１つの電極、
本例では電極３を共通電極とし、他の２つの電極４，５
との間に電界を印加することにより、図４Ａの矢印で示
すように電極４，５から電極３に向かって分極が施され
る。この振動体７は正三角柱であるため、その横断面は
正三角形になる。よって、その各辺の中央部に３つの電
極が設けらているため、共通電極３は横断面の対称軸８
上に位置し、共通電極３から他２つの電極４，５間の周
方向の距離は互いに等しくなる。本例の振動子１３は、
その２つの節点と対応する位置において支持される。

【００７２】本例においては、振動体７の形状が実施例
１とは異なるものの、その他の構成は実施例１と同様で
あり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

【００７３】実施例５．図５は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用検出回路の一実施例を示す接続図である。本例
は、実施例１の振動子１を用いて角速度を検出するもの
であり、電極３をアース電極とし、他の２つの電極４，
５を駆動検出用電極としている。図において、２０，３
０は電流検出手段である。この電流検出手段２０，３０
は駆動手段を兼ねており、演算増幅器２１，３１の出力
端子と反転入力端子との間に抵抗器２２，３２を接続
し、負帰還をかけた構成とする。

【００７４】また、演算増幅器２１，３１の非反転入力
端子に駆動電源５０を接続し、演算増幅器２１，３１の
反転入力端子を振動子１の電極４，５に接続し、演算増
幅器２１，３１のそれぞれの出力端子を角速度検出手段
を構成する差動増幅器４０の各入力端子に接続する。本
例において、演算増幅器２１，３１に負帰還をかけてい
るため、演算増幅器２１，３１の非反転入力端子に駆動
電源５０より交流電圧Ｖが印加されるとき、電極４，５
には同電位の交流電圧Ｖが印加される。

【００７５】一般に、圧電セラミックスは分極時と同じ
極性の電圧を印加すると分極の向きに沿って伸び歪が発
生し、逆向きの電圧を印加すると縮み歪が発生する。よ
って、振動体２は、図１Ａに矢印で示すように電極４，
５から電極３に向かう方向に分極が施されているため、
電極４，５に同電位の交流電圧Ｖが印加されると、振動
子１はＹ軸方向に振動する。

【００７６】そして、電流検出手段２０，３０の出力
は、電極４，５に流れる電流に対応しているため、差動
増幅器４０で差を検出することで、電極４，５に流れる
電流の差を求めることができる。つまり、電極４，５に
同電位の交流電圧Ｖを印加し、振動子１を振動させたと
きに、電極４，５に流れる電流をＩＬ，ＩＲとすると、
演算増幅器２１，３１の出力は、それぞれ（Ｖ＋ＩＬ×
Ｒ），（Ｖ＋ＩＲ×Ｒ）となる。これらを差動増幅器４
０で演算することにより、差動増幅器４０の出力はＲ×
（ＩＬ−ＩＲ）となり、電極４，５での電流差を求める
ことができる。

【００７７】無回転時には、振動子１は上述した理由に
よってＹ軸方向にのみ振動しているため、電極４，５に
流れるＩＬ，ＩＲは等しく、差動増幅器４０の出力は０
となる。一方、振動子１がＺ軸回りに回転すると、振動
子１にはコリオリ力に基づくＸ軸方向の振動が発生し、
電極４，５に流れる電流ＩＬ，ＩＲに差が生じる。これ
らを差動増幅器４０で演算することにより、電流差を検
出し、それにより角速度を求めることができる。

【００７８】ところで、図６は、実施例１の振動子１
に、図２１に示した従来の振動ジャイロ用検出回路を適
用した例である。電極４，５に抵抗器８６，８７を介し
て交流電圧Ｖを印加すると、振動子１はＹ軸方向に屈曲
振動し、電極４，５には同電圧が得られる。しかし、振
動子１がＺ軸回りに回転すると、振動子１にはコリオリ
力に基づく、Ｘ軸方向の振動が発生し、電極４，５から
見た振動体２のインピーダンスが変化するため、電極
４，５に生じる電圧に差が生じる。

【００７９】しかし、振動子１は、振動体２に３つの電
極３，４，５を設けた構成となっているため、電圧４，
５間にはコンデンサ１０が接続されているのと等価であ
ると考えらる。ここで、電極４，５に電位差が生じる
と、コンデンサ１０に電流が流れるため、電極４，５に
生じる電圧は、Ｙ軸方向の振動、Ｘ軸方向の振動だけで
なく、さらにコンデンサ１０を流れる電流の影響等が複
合されている。したがって、これらの複合電圧よりＸ軸
方向の振動のみを抽出するのは困難となり、正確に角速
度を求めることができない。

【００８０】なお、図５の例においては、実施例１の振
動子１を用いたものであるが、実施例２〜実施例４の振
動子１１〜１３を用いることもできる。このことは後述
する実施例６においても同様である。

【００８１】実施例６．図７は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図である。本
例は、実施例１の振動子１を用いて角速度を検出するも
のであり、電極３を共通電極とし、他の２つの電極４，
５を駆動検出用電極としている。この図７において、図
５と対応する部分には同一符号を付して示している。本
例においては、共通電極３に振動子１を駆動するための
交流電圧Ｖを駆動電源５０より印加する。

【００８２】演算増幅器２１，３１の出力端子と反転入
力端子との間に抵抗器２２，３２を接続して負帰還をか
け、演算増幅器２１，３１の非反転入力端子は接地し、
また反転入力端子を振動子１の電極４，５に接続する。
そして、演算増幅器２１，３１の出力端子を角速度検出
手段を構成する差動増幅器４０の各入力端子に接続す
る。

【００８３】本例においては、演算増幅器２１，３１に
抵抗器２２，３２を介して負帰還をかけると共に、演算
増幅器２１，３１の非反転入力端子は接地されており、
また演算増幅器２１，３１の反転入力端子は振動子１の
電極４，５に接続されているため、電極４，５の電位は
接地電位となる。よって、共通電極３と電極４，５との
間に印加される電圧は同電位となる。そして、電流検出
手段２０，３０の出力は、電極４，５に流れる電流に対
応しているため、差動増幅器４０で差を検出すること
で、電極４，５に流れる電流ＩＬ，ＩＲの差を求めるこ
とができる。

【００８４】つまり、振動子１の共通電極３に交流電圧
Ｖを印加すると、電極４，５の電位は０であり、電極３
から電極４，５に向かって分極が施されるため、振動子
１がＹ軸方向に振動する。このとき、電極４，５に流れ
る電流をＩＬ，ＩＲとすると、演算増幅器２１，３１の
出力はそれぞれ−ＩＬ×Ｒ，−ＩＲ×Ｒとなる。そし
て、これらを差動増幅器４０で演算することにより、差
動増幅器４０の出力はＲ（ＩＬ−ＩＲ）となり、電極
４，５の電流差を求めることができる。

【００８５】無回転時には、振動子１は上述した理由に
よってＹ軸方向にのみ振動しているため、電極４，５に
流れる電流ＩＬ，ＩＲは等しく、差動増幅器４０の出力
は０となる。一方、振動子１がＺ軸回りに回転すると、
振動子１にはコリオリ力に基づくＸ軸方向の振動が発生
し、電極４，５に流れる電流ＩＬ，ＩＲに差が生じる。
これらを差動増幅器４０で演算することにより、電流差
を検出し、それにより角速度を求めることができる。

【００８６】実施例７．図８は、この発明に係る振動ジ
ャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図である。図
において、１０１は正四角柱状の振動子であり、エリン
バ等の恒弾性材料で形成する。１０２，１０３は圧電体
であり、振動子１０１の２柱面に導電性接着剤等を用い
て固定する。１０４，１０５は電流検出手段（駆動手段
を兼ねる）であり、この電流検出手段１０４，１０５に
は圧電体駆動手段１０６を接続する。１０７は角速度検
出手段を構成する差動増幅器であり、電流検出手段１０
４，１０５より出力される電流検出出力を入力する。

【００８７】電流検出手段１０４，１０５は、例えば図
１０に示すように、演算増幅器１４１，１５１を用いて
構成する。すなわち、演算増幅器１４１，１５１の出力
端子と反転入力端子との間に抵抗器１４２，１５２を接
続し、負帰還をかけた構成とする。また、演算増幅器１
４１，１５１の非反転入力端子に圧電体駆動手段１０６
を接続し、演算増幅器１４１，１５１の反転入力端子を
圧電体１０２，１０３に接続し、演算増幅器１４１，１
５１のそれぞれの出力端子を差動増幅器１０７の各入力
端子に接続する。

【００８８】図１０の例において、演算増幅器１４１，
１５１に負帰還をかけているため、演算増幅器１４１，
１５１の非反転入力端子に圧電体駆動手段１０６より交
流電圧Ｖを印加すると、圧電体１０２，１０３には同電
位の交流電圧Ｖが印加される。換言すると、圧電体１０
２，１０３に同電位の電圧Ｖが印加されるように、演算
増幅器１４１，１５１の出力が抵抗器１４２，１５２を
介して圧電体１０２，１０３にそれぞれ電流ＩＬ，ＩＲ
を流すことになる。

【００８９】これにより、電流検出手段１０４，１０５
の出力は、圧電体１０２，１０３に流れる電流ＩＬ，Ｉ
Ｒに対応しているため、差動増幅器１０７で差を検出す
ることで、圧電体１０２，１０３に流れる電流ＩＬ，Ｉ
Ｒの差を求めることができる。つまり、圧電体１０２，
１０３に同電位の交流電圧Ｖを印加し、振動子１０１を
振動させたときに圧電体１０２，１０３に流れる電流を
ＩＬ，ＩＲとすると、演算増幅器１４１，１５１の出力
は、それぞれ（Ｖ＋ＩＬ×Ｒ），（Ｖ＋ＩＲ×Ｒ）とな
る。これらを差動増幅器１０７で演算することにより、
差動増幅器１０７の出力はＲ×（ＩＬ−ＩＲ）となり、
圧電体１０１，１０３に流れる電流の差を求めることが
できる。

【００９０】次に、動作原理を図９を使用して詳細に説
明する。図９Ａは、圧電体１０２，１０３をシンボルで
表現したものであり、２つの圧電体１０２，１０３に圧
電体駆動手段１０６より交流電圧Ｖを印加したときに、
それぞれＩＬ，ＩＲなる電流が流れることを示してい
る。圧電体１０２，１０３に交流電圧Ｖが印加される
と、圧電体１０２，１０３には図９Ｂに示すように垂直
方向に圧電体１０２，１０３の力係数Ａと印加電圧Ｖと
で決まる力ＦＬ，ＦＲが生じる。この力ＦＬ，ＦＲは、
Ｘ軸方向の単位ベクトルをｉ、Ｙ軸方向の単位ベクトル
をｊとすると、次式で表わされる。

【００９１】 ＦＬ＝Ａ×Ｖ×COS４５°×ｉ＋Ａ×Ｖ×SIN４５°×ｊ ・・・(20) ＦＲ＝−Ａ×Ｖ×COS４５°×ｉ＋Ａ×Ｖ×SIN４５°×ｊ

【００９２】この２つの力ＦＬ，ＦＲの合成により、振
動子１０１はＹ軸方向にのみ力を受け、Ｙ軸方向にｖＹ
の速度で運動する。ここで、角速度Ωが図９Ｃに示した
ように振動子１０１に印加されたとすると、振動子１０
１にコリオリ力ＦＣがＸ軸方向に生じ、その大きさは振
動子１０１の等価質量をｍとすると、次式で表わされ
る。

【００９３】 ＦＣ＝２×ｍ×Ω×ｖＹ×ｉ ・・・(21)

【００９４】次に、振動子１０１が圧電体１０２，１０
３に発生する力ＦＬ，ＦＲとコリオリ力ＦＣによりＸ軸
方向、Ｙ軸方向にそれぞれｖＸ，ｖＹの速度で振動する
ので、振動子１０１には反力ＦＺを生じる。この反力Ｆ
Ｚは、Ｘ軸方向の機械インピーダンスをＺＸ、Ｙ軸方向
の機械インピーダンスをＺＹとすると、次式で表わされ
る。

【００９５】 ＦＺ＝−ＺＸ×ｖＸ×ｉ−ＺＹ×ｖＹ×ｊ ・・・(22)

【００９６】圧電体１０２，１０３に発生する力ＦＬ，
ＦＲおよびコリオリ力ＦＣと振動子１０１に発生する反
力ＦＺは釣合うので、次式が成立する。

【００９７】 ０＝ＦＬ＋ＦＲ＋ＦＣ＋ＦＺ ・・・(23)

【００９８】したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の力の釣
合を分離して整理すると、次の（２３）式が得られる。

【００９９】

【数１１】

【０１００】上記（２３）式より角速度Ωは、次の（２
４）式で求められる。

【０１０１】

【数１２】

【０１０２】一方、圧電体１０２，１０３を流れる電流
ＩＬ，ＩＲは、圧電体１０２，１０３の制動アドミッタ
ンスをＹ、圧電体１０２，１０３の垂直方向への振動速
度をｖＬ，ｖＲとすると、次の（２６），（２７）式で
表わされる。

【０１０３】

【数１３】

【０１０４】

【数１４】

【０１０５】また、ｖＬ，ｖＲ，ｖＸ，ｖＹをベクトル
で考えると、図９Ｄに示すような関係があるので、ｖ
Ｘ，ｖＹは次式で表わされる。

【０１０６】 ｖＸ＝COS４５°×（ｖＬ−ｖＲ） ・・・(27) ｖＹ＝SIN４５°×（ｖＬ＋ｖＲ）

【０１０７】一方、上記（２５）式から上記（２６）式
を減算すると、次の（２８）式が得られる。

【０１０８】

【数１５】

【０１０９】上記（２４）式より上記（２８）式を用い
てｖＸを消去すると、次の（２９）式が得られる。

【０１１０】

【数１６】

【０１１１】ここで、Ｖを所定値とすることにより、角
速度Ωは圧電体１０２，１０３に流れる電流ＩＬ，ＩＲ
の差として検出できることがわかる。したがって、図１
０の差動増幅器１０７の出力が角速度Ωに対応する。本
例においては、上記（２９）式より明かなように、圧電
体１０２，１０３の制動アドミッタンスに依存しない角
速度出力を得ることができ、環境温度や経年変化によっ
て制動アドミッタンスが変化しても角速度出力には影響
しなくなる。

【０１１２】実施例８．図１１は、この発明に係る振動
ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図である。
この図１１において、図１０と対応する部分には同一符
号を付し、その詳細説明は省略する。図において、圧電
体１０２は抵抗器１０８を介して圧電体駆動手段６に接
続し、抵抗器１０８および圧電体１０２の接続点を電流
検出手段１０５を構成する演算増幅器１５１の非反転入
力端子に接続する。また、抵抗器１０８および圧電体駆
動手段１０６の接続点を差動増幅器１０７の非反転入力
端子に接続する。

【０１１３】本例においては、圧電体１０３に印加され
る電圧は、圧電体駆動手段１０６からの電圧ではなく、
圧電体１０２に印加されている電圧となる。本例は以上
のように構成し、その他は図１０の例と同様に構成す
る。いま、圧電体１０２に印加されている交流電圧を
Ｖ、流れている電流をＩＬとすると、圧電体駆動手段１
０６の出力は、次式のようになる。

【０１１４】 Ｖ＋ＩＬ×Ｒ ・・・(30)

【０１１５】一方、電流検出手段１０５の出力は、実施
例７でも説明したように、次式のようになる。

【０１１６】 Ｖ＋ＩＲ×Ｒ ・・・(31)

【０１１７】そのため、差動増幅器１０７の出力は圧電
体１０２，１０３を流れる電流の差に相当し、この出力
より角速度Ωを検出することができる。

【０１１８】実施例９．図１２は、この発明に係る振動
ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図である。
この図１２において、図１０と対応する部分には同一符
号を付し、その詳細説明は省略する。図において、圧電
体１０２，１０３の共通電極を兼ねている振動子１０１
に圧電体駆動手段１０６を接続する。また、電流検出手
段１０４，１０５を構成する演算増幅器１４１，１５１
の非反転入力端子を接地する。本例は以上のように構成
し、その他は図１０の例と同様に構成する。

【０１１９】本例においては、演算増幅器１４１，１５
１の非反転入力端子は接地され、また演算増幅器１４
１，１５１の出力端子は抵抗器１４２，１５２を介して
その反転入力端子に接続されているので、演算増幅器１
４１，１５１は圧電体１０２，１０３の電位が接地電位
となるように抵抗器１４２，１５２を介して圧電体１０
２，１０３にそれぞれ電流ＩＬ，ＩＲを流すことにな
る。そのため、圧電体１０２，１０３に印加される電圧
は同一となり、電流検出手段１０４，１０５の出力はそ
れぞれ電流ＩＬ，ＩＲに対応したものとなる。したがっ
て、差動増幅器１０７を用いて電流検出手段１０４，１
０５の出力の差を検出することにより、圧電体１０２，
１０３を流れる電流ＩＬ，ＩＲの差が検出され、数１６
に示した原理に基づいて角速度Ωを検出できる。

【０１２０】実施例１０．図１３は、この発明に係る振
動ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図であ
る。この図１３において、図１２と対応する部分には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。図において、
１１０は利得が−Ｋの反転増幅器であり、この反転増幅
器１１０の入力側を圧電体駆動手段１０６に接続し、そ
の出力側をコンデンサ１１１，１１２を介して電流検出
手段１０４，１０５を構成する演算増幅器１４１，１５
１の反転入力端子に接続する。本例は以上のように構成
し、その他は図１２の例と同様に構成する。

【０１２１】本例の動作を図１４を使用して説明する。
図１４に示すように、圧電体１０２（１０３）は、コイ
ル１２１（Ｌ）、コンデンサ１２２（Ｃ）、抵抗器１２
３（Ｒ）、コンデンサ１２４（Ｃｄ）よりなる等価回路
で与えられる。コンデンサ１１１（１１２）の容量をＣ
ｒとすると、演算増幅器１４１（１５１）の反転入力端
子の電圧は０であり、コンデンサ１１１（１１２）には
−ＫＶの電圧が印加されているので、コンデンサ１１１
（１１２）を流れる電流Ｉ３は、次式で表わされる。

【０１２２】 Ｉ３＝ｊωＣｒ×Ｋ×Ｖ ・・・(32)

【０１２３】一方、圧電体１０２（１０３）の制動容量
であるコンデンサ１２４を流れる電流Ｉ２は、次式で表
わされる。

【０１２４】 Ｉ２＝ｊωＣｄ×Ｖ ・・・(33)

【０１２５】ここで、Ｋ＝Ｃｄ／Ｃｒであるならば、コ
イル１２１、コンデンサ１２２、抵抗器１２３よりなり
直列共振回路を流れれる電流Ｉ１と演算増幅器１４１
（１５１）に接続されている抵抗器１４２（１５２）を
流れる電流Ｉ４とは等しくなり、演算増幅器１４１（１
５１）の出力は、直列共振回路を流れる電流に対応す
る。これは、数１３、数１４で示した圧電体１０２，１
０３を流れる電流の式から、制動容量Ｙを流れる電流を
差し引いたものに対応するため、電流検出手段１０４の
出力は次式のようになる。

【０１２６】 ＩＬ′＝Ａ×ｖＬ ・・・(34)

【０１２７】また、電流検出手段１０５の出力は次式の
ようになる。

【０１２８】 ＩＲ′＝Ａ×ｖＲ ・・・(35)

【０１２９】差動増幅器１０７で、電流検出手段１０
４，１０５の出力の差をとると、次式のようになる。

【０１３０】 ＩＬ′−ＩＲ′＝Ａ（ｖＬ−ｖＲ） ・・・(36)

【０１３１】このように差動増幅器１０７の出力は上記
（２８）式と同等の出力となり、差動増幅器１０７の出
力より角速度Ωを検出できる。

【０１３２】実施例１１．図１５は、この発明に係る振
動ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図であ
る。本例は自励振動するように構成した例である。この
図１５において、図１０と対応する部分には同一符号を
付し、その詳細説明は省略する。おいて、１０９は電流
検出手段１０４，１０５の出力が入力され、振動子１０
１のＹ軸方向の振動成分を出力するＹ振動検出手段であ
る。このＹ振動検出手段１０９の出力を圧電体駆動手段
１０６に帰還する。

【０１３３】Ｙ振動検出手段１０９を構成する演算増幅
器１９１の非反転入力端子には圧電体駆動手段１０６の
出力を入力する。演算増幅器１９１の反転入力端子はコ
ンデンサ１９２を介して接地する。このコンデンサ９２
の容量は、圧電体１０２，１０３の制動アドミッタンス
相当の容量Ｃｄ（＝１／Ｙ）とする。また、演算増幅器
１９１の出力端子を抵抗器１９３を介して反転入力端子
に接続する。ここで、演算増幅器１９１の非反転入力端
子にはＶなる電圧が印加されるいるので、反転入力端子
にもＶなる電圧が印加されるように、演算増幅器１９１
は抵抗器１９３を介してコンデンサ１９２に電流を流す
ため、演算増幅器１９１の出力は、次式のようになる。

【０１３４】 Ｖｏ＝Ｖ＋Ｉｄ×Ｒ ＝Ｖ＋Ｙ×Ｖ×Ｒ ・・・(37)

【０１３５】また、Ｙ振動検出手段１０９を構成する他
方の演算増幅器１９４は、抵抗器１９５〜１９９により
差動増幅器を構成している。ここで、抵抗器１９７，１
９８は同抵抗値であり、抵抗器１９５は抵抗器１９７の
１／２の抵抗値、抵抗器１９６，１９９は同抵抗値であ
る。そのため、この差動増幅器は、抵抗値１９５が接続
されている演算増幅器１９１の出力の２倍から、抵抗器
１９７に接続された電流検出手段１０４の出力と、抵抗
器１９８に接続された電流検出手段１０５の出力との和
を差し引いて、抵抗器１９７と抵抗器１９６との比、つ
まりＲ２／Ｒ１倍したものを出力する。したがって、演
算増幅器１９４の出力は次の（３８）式で表わされる。

【０１３６】

【数１７】

【０１３７】一方、上記（２５）式と上記（２６）式と
を加算することにより、次の（３９）式が得られる。

【０１３８】

【数１８】

【０１３９】図２２Ｄに示したように、Ｙ軸方向の振動
速度ｖＹは、ｖＹ=SIN３０°×（ｖＬ＋ｖＲ）で示され
るので、上記（３９）式より、次の（４０）式が得られ
る。

【０１４０】

【数１９】

【０１４１】この（４０）式を上記（３８）式に代入す
ると、次の（４１）式が得られる。

【０１４２】

【数２０】

【０１４３】この（４１）式より、Ｙ振動検出手段１０
９の出力は、振動子１０１のＹ軸方向の振動速度をｖＹ
に対応することになる。一方、上記（２３）式に示すよ
うに、圧電体１０２，１０３に印加する電圧Ｖと、Ｙ軸
方向の振動速度ｖＹとは、次式の関係がある。

【０１４４】 ＺＹ×ｖＹ＝２×Ａ×Ｖ×SIN４５° ・・・(42)

【０１４５】この式を変形すると、次式が得られる。

【０１４６】 ｖＹ／Ｖ＝２×Ａ×SIN４５°／ＺＹ ・・・(43)

【０１４７】この式は、図１５に示したＡから見たＢの
伝達関数に他ならない。ここで、ＺＹは、振動子１０１
のＹ軸方向の機械インピーダンスであり、固有の共振周
波数を持つので、ｖＹ／Ｖはこの共振周波数において位
相が０°であり、利得が最大となる。

【０１４８】ただし、Ｙ振動検出手段１０９の出力は−
ｖＹに相当しているので、電圧Ｖの周波数がＺＹの共振
周波数で与えられているときには、１８０°だけ電圧Ｖ
と位相がずれている。したがって、圧電体駆動手段１０
６を−Ｇの利得を持つ増幅器で構成することにより、図
１５のＡ−Ａ開ループ伝達関数の共振周波数での位相と
利得とをそれぞれ０°、０ｄＢにすることができる。こ
れにより、振動子１０１はそのＹ軸方向の機械インピー
ダンスＺＹの共振周波数で自励振動する。

【０１４９】なお、図１５の例においては、電流検出手
段１０４，１０５をＹ振動検出手段１０９に入力するこ
とにより、振動子１０１のＹ軸方向の振動速度ｖＹに圧
電体１０２，１０３の力係数Ａを乗じたものに相当する
出力を検出し、Ｙ振動検出手段１０９の出力を圧電体駆
動手段１０６を介して圧電体１０２，１０３に帰還する
ように構成したものであるが、必ずしもこのように構成
する必要はない。

【０１５０】例えば、図１５の回路構成で、Ｙ振動検出
手段１０９の差動増幅器を構成している演算増幅器１９
４に接続される抵抗器のうち、抵抗器１９７を廃し、抵
抗器１９８，１９９を同一の抵抗値として演算増幅器１
９４の出力を考えると、圧電体１０３を流れる電流から
制動アドミッタンスを流れる電流を消去した結果、圧電
体１０３の垂直方向の速度ｖＲに圧電体の力係数Ａを乗
じたものに相当する出力となる。

【０１５１】また、圧電体１０２，１０３により駆動さ
れて振動して生ずるＹ軸方向の速度ｖＹと、振動子１０
１がｖＹの速度を持ち、かつ角速度Ωが印加されること
により生ずるＸ軸方向の速度ｖＸとを比較すると、ｖＹ
＞＞ｖＸであるので、ｖＬｖＲが成立し、結局次式が得
られる。したがって、このように構成しても、図１５の
例と同様の原理で振動子１０１を自励振動させることが
できる。

【０１５２】 ｖＹ ２×SIN４５°×ｖＬ ・・・(44)

【０１５３】実施例１２．図１６は、この発明に係る振
動ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図であ
る。本例も自励振動するように構成した例である。この
図１６において、図１３および図１５と対応する部分に
は同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図におい
て、電流検出手段１０４，１０５の出力は、図１３の例
（実施例１０）で説明したように、圧電体１０２，１０
３に電圧Ｖを印加したときに流れる電流から、圧電体１
０２，１０３の制動アドミッタンスを流れる電流を消去
したものに相当している。すなわち、電流検出手段１０
４，１０５の出力は、それぞれ対応する圧電体１０２，
１０３の垂直方向の振動速度ｖＬ，ｖＲに圧電体の力係
数Ａを乗じたものに相当することになる。

【０１５４】したがって、電流検出手段１０４，１０５
の出力を加算するＹ振動検出手段１０９の出力は、Ａ×
（ｖＬ＋ｖＲ）に相当し、結局、Ａ×ｖＹに対応する出
力が得られる。これにより、実施例１１で説明した原理
と同様に、Ｙ振動検出手段１０９の出力を圧電体駆動手
段１０６に帰還することにより、振動子１０１は自励振
動する。また、Ｙ振動検出手段（加算器）１０９を用い
ずとも、電流検出手段１０４，１０５のいずれか一方の
出力を圧電体駆動手段１０６に帰還しても、振動子１０
１が自励振動することは、実施例１１で説明したことか
ら、自明である。

【０１５５】実施例１３．図１７は、この発明に係る振
動ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図であ
る。この図１７において、図１６と対応する部分には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。本例において
は、図１６の例（実施例１２）の回路構成に、Ｙ振動検
出手段１０９の出力が入力され、その交流電圧の振幅を
検出する振幅検出手段１１３と、振幅検出手段１３の出
力が所定の値となるように、圧電体駆動手段１０６の増
幅器の増幅率を制御する制御器１１４を備えたものであ
る。

【０１５６】次に、この回路の動作について説明する。
圧電体１０２，１０３に同電圧Ｖを印加したときに、そ
れぞれの圧電体１０２，１０３を流れる電流の差は、上
述した（２９）式で与えられる。一方、Ｙ振動検出手段
１０９の出力は、実施例１２で説明したように、振動子
１０１のＹ軸方向の振動速度Ａ×ｖＹに相当する。ま
た、上述した（２３）式より、次式が得られる。

【０１５７】 ｖＹ＝２×Ａ×Ｖ×SIN４５°／ＺＹ ・・・(45)

【０１５８】したがって、振幅検出手段１１３の出力を
一定値に制御することは、次式を一定値にすることにな
る。

【０１５９】 Ａ×ｖＹ＝２×Ｖ2×４５°／ＺＹ ・・・(46)

【０１６０】したがって、上記（２９）式より次の（４
７）式が得られ、角速度を求める式より、圧電体１０
２，１０３の固有の特性である力係数Ａが消去され、角
速度Ωの検出性は、振動子１０１のＸ軸方向の機械イン
ピーダンスＺＸのみに依存することになる。

【０１６１】

【数２１】

【０１６２】実施例１４．図１８は、この発明に係る振
動ジャイロ用検出回路の他の実施例を示す接続図であ
る。この図１８において、図１６と対応する部分には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。本例において
は、図１６の例（実施例１２）にて説明した電流検出手
段１０４，１０５のうちいずれか一方の出力を圧電体駆
動手段１０６に帰還して、振動子１０１を自励振動させ
る回路において、実施例１３と同等の動作をさせる回路
構成の一例を示したものである。

【０１６３】振幅検出手段１１３は、実施例１３では２
つの電流検出手段１０４，１０５の出力の和の振幅を検
出しているのに対して、電流検出手段１０４の出力の振
幅のみを検出している。制御器１１４は、振幅検出手段
１１３の出力が所定の値となるように、圧電体駆動手段
１０６の利得を制御することは実施例１３と同様であ
る。一方、実施例１１で示したように、次式が成立して
いる。

【０１６４】 ｖＹ ２×SIN４５°×ｖＬ ・・・(48)

【０１６５】そのため、図１８の振幅検出手段１１３の
出力は、図１７の振幅検出手段１１３の出力に相当した
ものとなる。したがって、実施例１３と同様に、角速度
Ωは数２１で求められ、圧電体１０２，１０３の固有の
特性である力係数Ａが消去され、角速度Ωの検出性は振
動子１０１のＸ軸方向の機械インピーダンスＺＸのみに
依存することになる。

【０１６６】なお、図１８の例では、圧電体駆動手段１
０６に帰還している電流検出手段１０４の出力に振幅検
出手段１１３を接続したものであるが、振幅検出手段１
１３をもう一方の電流検出手段１０５の出力に接続して
も差し支えなく、また電流検出手段１０４，１０５の和
をとる加算器を設置して、その出力に振幅検出手段１１
３を接続してもよい。また、図１８の例では、実施例１
２で説明した検出回路とを組み合わせた例で説明した
が、必ずしも実施例１２で説明した検出回路である必要
はなく、他の実施例で説明した検出回路においても、Ａ
×ｖＹ相当出力、またはＡ×ｖＬ，Ａ×ｖＲ相当出力が
所定の値となるように圧電体駆動手段１０６の利得を制
御することにより、図１８の例と同等の結果が得られ
る。

【０１６７】

【発明の効果】請求項第１項の発明によれば、柱状の振
動体と、この振動体の外周面に形成された３つの電極と
を備え、上記３つの電極のうち１つの電極を共通電極と
して横断面の対称軸上に設け、この共通電極からの周方
向の距離が互いに等しくなる位置に他の２つの電極を設
け、上記共通電極と他の２つの電極との間が分極処理さ
れたものであり、電極を３極構成としているため、電極
構成が簡単となり、振動体形状も簡単になり、振動子を
形成し易く、製造コストを低減でき、また、導線の本数
も少なくなることから信頼性を向上させることができる
等の効果がある。

【０１６８】請求項第２項の発明によれば、柱状の振動
体及びこの振動体の外周面に形成された３つの電極を有
し、上記３つの電極のうち１つの電極を共通電極として
横断面の対称軸上に設け、この共通電極からの周方向の
距離が互いに等しくなる位置に他の２つの電極を設け、
上記共通電極と他の２つの電極との間が分極処理された
振動ジャイロ用振動子と、上記共通電極と他の２つの電
極のそれぞれとの間に同電圧を印加して上記振動子を駆
動する駆動手段と、上記他の２つの電極に流れる電流を
夫々検出する２つの電流検出手段とを備え、これ等の２
つの電流検出手段の出力により角速度を検出するもので
あり、コリオリ力の検出精度を有利に向上させることが
できる等の効果がある。

【０１６９】請求項第３項の発明によれば、多角形の柱
状振動子と、この振動子の平行でない２つの柱面に形成
されると共に上記振動子を振動させる２つの圧電体と、
上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧電体駆動手段
と、上記２つの圧電体に流れる電流を検出する２つの電
流検出手段と、これ等の２つの電流検出手段の出力の差
を取る差動手段とを備え、上記差動手段の出力により角
速度を検出するものであり、圧電体の制動アドミッタン
スに依存しない角速度出力が得られ、環境温度や経年変
化によって制動アドミッタンンスが変化しても角速度出
力には影響しないようにできる等の効果がある。

【０１７０】請求項第４項の発明によれば、多角形の柱
状振動子と、この振動子の平行でない２つの柱面に形成
されると共に上記振動子を振動させる２つの圧電体と、
上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印加して上記圧電
体を駆動する圧電体駆動手段と、上記２つの圧電体の非
共通電極が反転入力端子に接続され、非反転入力端子が
接地され、上記反転入力端子と出力端子とが所定の抵抗
素子で接続された演算増幅器よりなる２つの電流検出手
段と、これ等の２つの電流検出手段の出力の差を取る差
動手段と、上記圧電体駆動手段の出力が入力される少な
くとも１つの反転増幅器とを備え、上記反転増幅器の出
力端子と上記２つの電流検出手段の演算増幅器の反転入
力端子とを所定のコンデンサで接続し、上記差動手段の
出力により角速度を検出するものであり、圧電体の制動
アドミッタンスに依存しない角速度出力が得られ、環境
温度や経年変化によって制動アドミッタンンスが変化し
ても角速度出力には影響しないようにできる等の効果が
ある。

【０１７１】請求項第５項の発明によれば、多角形の柱
状振動子と、この振動子の平行でない２つの柱面に形成
されると共に上記振動子を振動させる２つの圧電体と、
上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧電体駆動手段
と、上記２つの圧電体に流れる電流を検出する２つの電
流検出手段と、これ等の２つの電流検出手段の出力の差
を取る差動手段とを備え、上記２つの電流検出手段のう
ちいずれか一方の出力または上記振動子の駆動方向の速
度を検出する速度検出手段の出力を上記圧電体駆動手段
に帰還して上記振動子を自励振動させると共に、上記差
動手段の出力により角速度を検出するものであり、圧電
体の制動アドミッタンスに依存しない角速度出力が得ら
れ、環境温度や経年変化によって制動アドミッタンンス
が変化しても角速度出力には影響しないようにできると
共に、振動子を自励振動させることができる等の効果が
ある。

【０１７２】請求項第６項の発明によれば、多角形の柱
状振動子と、この振動子の平行でない２つの柱面に形成
されると共に上記振動子を振動させる２つの圧電体と、
上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印加して上記圧電
体を駆動する圧電体駆動手段と、上記２つの圧電体の非
共通電極が反転入力端子に接続され、非反転入力端子が
接地され、上記反転入力端子と出力端子とが所定の抵抗
素子で接続された演算増幅器よりなる２つの電流検出手
段と、これ等の２つの電流検出手段の出力の差を取る差
動手段と、上記圧電体駆動手段の出力が入力される少な
くとも１つの反転増幅器とを備え、上記２つの電流検出
手段のうちいずれか一方の出力または上記振動子の駆動
方向の速度を検出する速度検出手段の出力を上記圧電体
駆動手段に帰還して上記振動子を自励振動させると共
に、上記反転増幅器の出力端子と上記２つの電流検出手
段の演算増幅器の反転入力端子とを所定のコンデンサで
接続して上記差動手段の出力により角速度を検出するも
のであり、圧電体の制動アドミッタンスに依存しない角
速度出力が得られ、環境温度や経年変化によって制動ア
ドミッタンンスが変化しても角速度出力には影響しない
ようにできると共に、振動子を自励振動させることがで
きる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る振動ジャイロ用振動子の一実施
例を示す断面図および斜視図である。

【図２】この発明に係る振動ジャイロ用振動子の他の実
施例を示す断面図および斜視図である。

【図３】この発明に係る振動ジャイロ用振動子の他の実
施例を示す断面図および斜視図である。

【図４】この発明に係る振動ジャイロ用振動子の他の実
施例を示す断面図および斜視図である。

【図５】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の一実
施例を示す接続図である。

【図６】図５の例を説明するための従来の振動ジャイロ
用検出回路の接続図である。

【図７】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他の
実施例を示す接続図である。

【図８】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他の
実施例を示す接続図である。

【図９】図８の例の動作を説明するための図である。

【図１０】図８の例の具体構成例を示す接続図である。

【図１１】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１２】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１３】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１４】図１３の例の動作を説明するための図であ
る。

【図１５】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１６】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１７】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１８】この発明に係る振動ジャイロ用検出回路の他
の実施例を示す接続図である。

【図１９】従来の振動ジャイロ用振動子を示す断面図お
よび斜視図である。

【図２０】従来の振動ジャイロ用振動子を示す断面図お
よび斜視図である。

【図２１】従来の振動ジャイロ用検出回路を示す接続図
である。

【図２２】図２１の例の動作を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，１２，１３ 振動ジャイロ用振動子 ２，６，７ 振動体 ３〜５ 電極 ８ 対称軸 ２０，３０，１０４，１０５ 電流検出手段 ４０，１０７ 差動増幅器 ５０ 駆動電源 １０１ 振動子 １０２，１０３ 圧電体 １０６ 圧電体駆動手段 １０９ Ｙ振動検出手段 １１０ 反転増幅器 １１１，１１２ コンデンサ １１３ 振幅検出手段 １１４ 制御器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動体と、この振動体の外周面に
   形成された３つの電極とを備え、 上記３つの電極のうち１つの電極を共通電極として横断
   面の対称軸上に設け、この共通電極からの周方向の距離
   が互いに等しくなる位置に他の２つの電極を設け、 上記共通電極と他の２つの電極との間が分極処理された
   ことを特徴とする振動ジャイロ用振動子。
2. 【請求項２】 柱状の振動体及びこの振動体の外周面に
   形成された３つの電極を有し、上記３つの電極のうち１
   つの電極を共通電極として横断面の対称軸上に設け、こ
   の共通電極からの周方向の距離が互いに等しくなる位置
   に他の２つの電極を設け、上記共通電極と他の２つの電
   極との間が分極処理された振動ジャイロ用振動子と、 上記共通電極と他の２つの電極のそれぞれとの間に同電
   圧を印加して上記振動子を駆動する駆動手段と、 上記他の２つの電極に流れる電流を夫々検出する２つの
   電流検出手段とを備え、 これ等の２つの電流検出手段の出力により角速度を検出
   することを特徴とする振動ジャイロ用検出回路。
3. 【請求項３】 多角形の柱状振動子と、 この振動子の平行でない２つの柱面に形成されると共に
   上記振動子を振動させる２つの圧電体と、 上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧電体駆動手段
   と、 上記２つの圧電体に流れる電流を検出する２つの電流検
   出手段と、 これ等の２つの電流検出手段の出力の差をとる差動手段
   とを備え、 上記差動手段の出力により角速度を検出することを特徴
   とする振動ジャイロ用検出回路。
4. 【請求項４】 多角形の柱状振動子と、 この振動子の平行でない２つの柱面に形成されると共に
   上記振動子を振動させる２つの圧電体と、 上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印加して上記圧電
   体を駆動する圧電体駆動手段と、 上記２つの圧電体の非共通電極が反転入力端子に接続さ
   れ、非反転入力端子が接地され、上記反転入力端子と出
   力端子とが所定の抵抗素子で接続された演算増幅器より
   なる２つの電流検出手段と、 これ等の２つの電流検出手段の出力の差を取る差動手段
   と、 上記圧電体駆動手段の出力が入力される少なくとも１つ
   の反転増幅器とを備え、 上記反転増幅器の出力端子と上記２つの電流検出手段の
   演算増幅器の反転入力端子とを所定のコンデンサで接続
   し、上記差動手段の出力により角速度を検出することを
   特徴とする振動ジャイロ用検出回路。
5. 【請求項５】 多角形の柱状振動子と、 この振動子の平行でない２つの柱面に形成されると共に
   上記振動子を振動させる２つの圧電体と、 上記２つの圧電体を同電圧で駆動する圧電体駆動手段
   と、 上記２つの圧電体に流れる電流を検出する２つの電流検
   出手段と、 これ等の２つの電流検出手段の出力の差を取る差動手段
   とを備え、 上記２つの電流検出手段のうちいずれか一方の出力また
   は上記振動子の駆動方向の速度を検出する速度検出手段
   の出力を上記圧電体駆動手段に帰還して上記振動子を自
   励振動させると共に、上記差動手段の出力により角速度
   を検出することを特徴とする振動ジャイロ用検出回路。
6. 【請求項６】 多角形の柱状振動子と、 この振動子の平行でない２つの柱面に形成されると共に
   上記振動子を振動させる２つの圧電体と、 上記２つの圧電体の共通電極に電圧を印加して上記圧電
   体を駆動する圧電体駆動手段と、 上記２つの圧電体の非共通電極が反転入力端子に接続さ
   れ、非反転入力端子が接地され、上記反転入力端子と出
   力端子とが所定の抵抗素子で接続された演算増幅器より
   なる２つの電流検出手段と、 これ等の２つの電流検出手段の出力の差を取る差動手段
   と、 上記圧電体駆動手段の出力が入力される少なくとも１つ
   の反転増幅器とを備え、 上記２つの電流検出手段のうちいずれか一方の出力また
   は上記振動子の駆動方向の速度を検出する速度検出手段
   の出力を上記圧電体駆動手段に帰還して上記振動子を自
   励振動させると共に、上記反転増幅器の出力端子と上記
   ２つの電流検出手段の演算増幅器の反転入力端子とを所
   定のコンデンサで接続して上記差動手段の出力により角
   速度を検出することを特徴とする振動ジャイロ用検出回
   路。