JPH07301533A - 振動型レートジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が簡単で、しかもバラツキがなく高精度
で、更に複数の測定軸にも容易に対応できる振動型レー
トジャイロセンサを提供すること。 【構成】 本実施例のジャイロは、四角柱の金属振動体
１の上面に、電極２を備えた圧電体３が貼り付けられた
構造であり、この構造体の４箇所に配置された支持ピン
４にて支持されて振動する。そして、一体に形成された
長尺の圧電体３は、金属振動体１の上面の多くを覆って
おり、この圧電体３の表面の中央には、金属振動体１を
励振させるための励振用電極２-1が設けられている。ま
た、励振用電極２-1の軸方向両側には、角速度を検出す
るための角速度検出用電極２-2，２-3が各々配置されて
いる。この両角速度検出用電極２-2，２-3は、圧電体３
の軸中心（即ち振動体１の軸中心に対し平行な平面）か
ら左右にずれる様に遍在して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動体に圧電体及び電
極からなる圧電素子が配置され、例えばビデオの画振れ
防止や車両制御等に利用される振動型レートジャイロセ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、実公昭６２−４７０
５０号のジャイロスコープ（以下ジャイロと称す）があ
る。このジャイロは、いわゆる発振型ジャイロであり、
圧電材料からなる四角柱の金属振動体に対し、励振用電
極と一対の角速度検出用電極とが互いに直角に、即ち立
体的に接着されている。

【０００３】また、他の技術として、特開昭５８−１
６０８０９号の振動ジャイロがある。この振動ジャイロ
は、前記と同様に発振型のジャイロであるが、四角柱の
振動体本体は圧電材料ではなく通常の金属からなる。そ
して、振動体本体の隣合う側面に、各々励振用圧電体と
一対の角速度検出用圧電体とが貼り付けられており、こ
の圧電体の表面に各々励振用電極と一対の角速度検出用
電極とが貼り付けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ジャイロには各々問題があり、必ずしも十分でない。例
えば前者のジャイロは、金属振動体として圧電材料を
使用しなければならず、そのため電極等を配置する構成
などが複雑になって、製造工程及びコストが増大し、し
かも立体的に精度よく励振用電極や一対の角速度検出用
電極を配置しなければならないので、どうしても製品に
バラツキが生ずる。

【０００５】また、後者のジャイロでは、励振用圧電
体及び電極と一対の角速度検出用圧電体及び電極とが、
振動体本体の異なる面（隣合う側面等）に設けられてい
るので、製造工程が複雑になり、また、バラツキがなく
高精度に製造することが困難である。その結果、製造コ
ストが上昇し、性能上でもバラツキが生じてしまうとい
う問題がある。

【０００６】更に、近年では、一層精密な制御を行なう
ために、２方向の測定軸の角速度を測定するという要求
があるが、従来の技術では、各々圧電体及び電極等の全
ての構成を備えた２個のジャイロを別個に使用しなけれ
ばならず、構造が一層複雑になるという問題がある。

【０００７】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、製造が簡単で、しかもバラツキがなく
高精度で、更に複数の測定軸にも容易に対応できる振動
型レートジャイロセンサを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、振動体と励振用圧電素子と角速度
検出用圧電素子とを有する振動型レートジャイロセンサ
において、前記角速度検出用圧電素子として、第１の角
速度検出用圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子と
を、略同一平面上に配置するとともに、該第１の角速度
検出用圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子とを、前
記振動体の軸中心に平行な平面に対して左右に遍在させ
ることを特徴とする振動型レートジャイロセンサを要旨
とする。

【０００９】請求項２の発明は、前記請求項１記載の振
動型レートジャイロセンサにおいて、前記励振用圧電素
子と第１の角速度検出用圧電素子と第２の角速度検出用
圧電素子とを、略同一平面上に配置したことを特徴とす
る振動型レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１０】請求項３の発明は、前記請求項２記載の振
動型レートジャイロセンサにおいて、前記励振用圧電素
子と第１の角速度検出用圧電素子と第２の角速度検出用
圧電素子とに用いられる圧電体を、共通の一枚の圧電体
としたことを特徴とする振動型レートジャイロセンサを
要旨とする。

【００１１】請求項４の発明は、一対の前記請求項２又
は３記載の振動型レートジャイロセンサを、音叉状に立
設するとともに、互いの圧電素子形成面が音叉の内側面
又は外側面となる様に配置したことを特徴とする振動型
レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１２】請求項５の発明は、前記請求項１〜４のい
ずれか記載の振動型レートジャイロセンサを、支持プレ
ートに形成されたプレート状振動体に配置したことを特
徴とする振動型レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１３】請求項６の発明は、前記請求項５記載の振
動型レートジャイロセンサの各々を、同一の支持プレー
トの異なる測定軸方向に形成された第１及び第２のプレ
ート状振動体に各々配置したことを特徴とする振動型レ
ートジャイロセンサを要旨とする。

【００１４】請求項７の発明は、前記請求項１記載の振
動型レートジャイロセンサにおいて、第１及び第２の振
動体に、前記各々一対の第１及び第２の角速度検出用圧
電素子を設けるとともに、該第１及び第２の振動体の各
々を、同一の支持プレートの直交する測定軸方向に形成
された第１及び第２のプレート状振動体に各々配置し、
更に前記励振用圧電素子を設けた第３の振動体を、前記
測定軸方向を分割する方向に形成された第３のプレート
状振動体に配置したことを特徴とする振動型レートジャ
イロセンサを要旨とする。

【００１５】請求項８の発明は、前記請求項１記載の振
動型レートジャイロセンサにおいて、第１及び第２の振
動体に、前記各々一対の第１及び第２の角速度検出用圧
電素子を設けるとともに、該第１及び第２の振動体の各
々を、同一の支持プレートの直交する測定軸方向に形成
されたプレート状振動体に各々配置し、更に前記励振用
圧電素子を前記第１又は第２の振動体に設けたことを特
徴とする振動型レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１６】請求項９の発明は、前記請求項１〜８のい
ずれか記載の振動型レートジャイロセンサに用いられる
振動体自身がプレート状振動体であることを特徴とする
振動型レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１７】請求項１０の発明は、前記請求項１〜９の
いずれか記載の振動型レートジャイロセンサに用いられ
る回路として、前記第１及び第２の角速度検出回路から
の信号を加算器又は減算器にて加算又は減算し、該加算
器又は減算器からの出力を調節して自己励振用の信号を
前記励振用圧電素子に出力する励振回路と、前記第１及
び第２の角速度検出圧電素子からの信号を前記自己励振
用で加算器を用いた場合は減算器にて又前記自己励振用
で減算器を用いた場合は加算器にて減算又は加算し、該
減算器又は加算器からの出力を調節して測定軸の角速度
を出力する角速度検出回路と、を備えたことを特徴とす
る振動型レートジャイロセンサを要旨とする。

【００１８】

【作用】請求項１の発明では、第１の角速度検出用圧電
素子と第２の角速度検出用圧電素子とを略同一平面上に
配置するとともに、この両角速度検出用圧電素子を振動
体の軸中心に平行な平面に対して左右に遍在させてい
る。従って、この両圧電素子電極からの信号に基づいて
容易に測定軸の角速度を求めることが可能である。ま
た、本発明では、両圧電素子は略同一平面に配置する構
成であるので、その形成が容易であり、よって製造工程
が簡易化され、しかも各センサ間でバラツクことがなく
その精度が向上する。

【００１９】尚、本発明で、圧電素子とは、圧電体の表
面に電極を形成した素子部分をいう。また、遍在すると
は、各圧電素子の電極が、前記軸中心に平行な平面（中
心平面）によって左右に全く分離されていてもよいが、
電極の軸中心さえ左右に分かれていれば、互いの電極が
中心平面を境にして多少重なっていてもよい。

【００２０】請求項２の発明では、第１の角速度検出用
圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子だけでなく、励
振用圧電素子をも略同一平面上に配置した構成であるの
で、前記請求項１のセンサよりも、その製造工程が簡易
化され、センサのバラツキも低減される。

【００２１】請求項３の発明では、励振用圧電素子と第
１の角速度検出用圧電素子と第２の角速度検出用圧電素
子とに用いられる圧電体を、共通の一枚の圧電体とした
ので、前記請求項２のセンサよりも、その製造工程が一
層簡易化され、センサのバラツキも低減される。

【００２２】請求項４の発明では、一対の振動型レート
ジャイロセンサを、音叉状に立設するとともに、互いの
圧電素子形成面が音叉の内側面又は外側面となる様に配
置したので、その精度が一層向上することになる。請求
項５の発明では、振動型レートジャイロセンサを、支持
プレートに形成されたプレート状振動体に配置すること
により、従来の支持ピンの構成より簡易化されることに
なり、製造の作業能率が向上する。

【００２３】請求項６の発明では、振動型レートジャイ
ロセンサの各々を、同一の支持プレートの異なる測定軸
方向に形成された各プレート状振動体に配置したので、
複数の測定軸を有するセンサを容易に製造することがで
き、しかも各ジャイロの位置決めも容易である。

【００２４】請求項７の発明では、異なる振動体に各々
一対の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、各振動
体を同一の支持プレートに直交して形成された各プレー
ト状振動体に配置し、更に励振用圧電素子を設けた別個
の振動体を、測定軸方向を分割する方向に形成された別
個のプレート状振動体に配置したので、一つの励振用圧
電素子及び振動体で、異なる方向の測定軸の角速度を検
出することが可能であり、構成が簡易化される。

【００２５】請求項８の発明では、異なる振動体に各々
一対の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、各振動
体を同一の支持プレートに直交して形成された各プレー
ト状振動体に配置し、更に励振用圧電素子を前記のどち
らかの振動体に設けたので、一つの励振用圧電素子及び
振動体で、異なる方向の測定軸の角速度を検出すること
が可能であり、構成が簡易化される。

【００２６】請求項９の発明では、振動体自身がプレー
ト状振動体であるので、従来の柱状の振動体を省略する
ことができ、構成が簡易化されるとともに、軽量化に寄
与する。請求項１０の発明では、励振回路により、第１
及び第２の角速度検出回路からの信号を加算器又は減算
器にて加算又は減算し、この加算器又は減算器からの出
力を励振用圧電素子に回帰させることによって自己励振
を行ない、角速度検出回路により、第１及び第２の角速
度検出圧電素子からの信号を、自己励振用で加算器を用
いた場合は減算器にて又自己励振用で減算器を用いた場
合は加算器にて減算又は加算し、この減算器又は加算器
からの出力を調節することによって、測定軸の角速度を
検出することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例の振動型レートジャイ
ロセンサ（以下単にジャイロと称す）を、図面を参照し
て説明する。 （実施例１）図１に示す様に、本実施例のジャイロは、
角柱、即ち四角柱の金属振動体１の上面に、電極２を備
えた圧電体３が貼り付けられた構造であり、この構造体
の４箇所に配置された支持ピン４にて支持されて振動す
る。尚、以下の詳細な説明では、電極２を備えた圧電体
３を圧電素子と称し、圧電素子を備えた金属振動体１を
振動部と称する。また、部材が細分化される場合は、サ
ブNo.を付けて区別する。

【００２８】図１及び図２に示す様に、一体に形成され
た長尺板状の圧電体３は、金属振動体１の上面の多くを
覆っており、この圧電体３の表面の中央には、金属振動
体１を励振させるための励振用電極２-1が設けられてい
る。また、励振用電極２-1の軸方向両側には、角速度を
検出するための角速度検出用電極２-2，２-3が各々配置
されている。つまり、本実施例では、励振用の圧電素子
と角速度検出用の圧電素子とが、同一の圧電体３を用い
て形成されている。尚、この角速度検出用電極２-2，２
-3は、後述する様に励振検出用電極を兼ねている。

【００２９】また、前記両角速度検出用電極２-2，２-3
は、圧電体３の軸中心（即ち振動体１の軸中心に対し平
行な平面）から左右にずれる様に遍在して配置されてい
る。つまり、第１の角速度検出用電極２-2は一方の側面
側に寄っており、第２の角速度検出用電極２-3は他方の
側面側に寄った構成となっている。この両角速度検出用
電極２-2，２-3は、前記軸中心に対して全く分離してい
る必要はなく、一部重なっていてもよい。

【００３０】尚、圧電体３の裏面には、接地される接地
用電極２-4がほぼ全面にわたって形成されている。ま
た、以下の説明では、他の実施例においても、（図では
隠れる側の）接地される電極の記載は省略した。本実施
例においては、金属振動体１はＦｅ−Ｎｉ系の合金の恒
弾性材料よりなり、また、圧電体３はＰＺＴからなり、
この圧電体３は金属振動体１にエポキシ系の接着剤で接
着されている。また、各電極２は、銀（Ａｇ）電極を圧
電体３の表面に焼き付けたものであり、電極２各部の分
極方向は同一である。この電極２に設けられた信号取出
用等の細線７は、銅細線をポリウレタンで絶縁コーティ
ングしたものであり、各電極２に半田付けされている。
また、前記支持ピン４は金属弾性体１と同一材料の恒弾
性材料よりなり、金属振動体１の屈曲振動の節に溶接に
て各々固定されている。

【００３１】次に、本実施例のジャイロにおける検出回
路の構成について説明する。図３に示す様に、この検出
回路には、励振を行うためと角速度を検出するための構
成として、加算器１１及び移相回路１３と、コンパレー
タ１５，減算器１７，同期検波回路１９，ローパスフィ
ルタ２１及び増幅器２３とを備えている。

【００３２】つまり、自励発振回路として、（励振検出
用電極としても機能する）両角速度検出電極２-2，２-3
が加算器１１の入力側に接続されるとともに、加算器１
１は移相回路を介して励振用電極２-1に接続されてい
る。一方、角速度を検出するための回路として、両角速
度検出電極２-2，２-3が減算器１７の入力側に接続され
るとともに、（コンパレータ１５に接続された）同期検
波回路１９，ローパスフィルタ２１及び増幅器２３に接
続されている。

【００３３】次に、本実施例のジャイロ及び検出回路の
動作を説明する。まず、励振用電極２-1に移相回路１３
を介して交流電極を印加することにより、図４ａ（図１
のＡ視図）に示す様に、金属振動体１に屈曲振動を発生
させる。この結果、角速度検出用電極２-2，２-3より、
金属振動体１の励振状態を検出する励振検出用信号が互
いに同相で発生する。図５に、この励振状態にて検出回
路の各部位〜に発生する信号の波形を示すが、この
場合は励振における信号のみが検出され、当然ながら角
速度信号の出力はない。

【００３４】次に、図１の測定軸の回転方向にジャイロ
を回転させると、即ち角速度を入力すると、コリオリの
力により、図４ｂ（図１のＢ視図）に示す様に、金属振
動体１に（前記屈曲振動とは垂直面の）屈曲振動が発生
する。これにより、金属振動体１が図４の下方に屈曲し
た場合には、第１の角速度検出用電極２-2には引張応力
がかかり、第２の角速度検出用電極２-3には圧縮応力が
かかる。逆に、金属振動体１が図４の上方に屈曲した場
合には、第１の角速度検出用電極２-2には圧縮応力がか
かり、第２の角速度検出用電極２-3には引張応力がかか
る。その結果、両角速度検出用電極２-2，２-3より、角
速度検出用信号が互いに逆相で発生することになる。図
６に、この屈曲振動の状態にて検出回路の各部位〜
に発生する信号の波形を示すが、入力された角速度に応
じて所定の角速度検出用信号が得られることがわか
る。

【００３５】つまり、両角速度検出用電極２-2，２-3か
ら発生する電気信号は、互いの同相の励振検出用信号と
互いに逆相の角速度検出用信号との合成信号であるの
で、両角速度検出用電極２-2，２-3から発生する電気信
号を、加算器１１で加算すれば、互いに逆相である角速
度検出用信号がキャンセルされて、励振検出用信号のみ
取り出すことができる。よって、この励振検出用信号を
移相回路１３で９０゜移相させて励振用電極２-1へ帰還
させることで、前記自励発振回路となる。

【００３６】また、両角速度検出用電極２-2，２-3から
発生する電気信号を、減算器１７で減算すれば、互いに
同相である励振検出用信号がキャンセルされ、互いに逆
相である角速度検出用信号が加算されて、角速度検出用
信号のみを取り出すことができる。そして、この角速度
検出用信号は、同期検波回路１９，ローパスフィルタ２
１，増幅器２３を通して角速度検出用信号として出力さ
れる。

【００３７】尚、前記減算器１７のボリューム１７ａ
は、両角速度検出用電極２-2，２-3がアンバランスの場
合に、ボリューム１７ａで調節して、励振検出用信号を
完全に除去するために使用される。この様に、本実施例
のジャイロでは、両角速度検出用電極２-2，２-3を、金
属振動体１の軸中心に対して遍在した構成としたので、
励振用電極２-1と両角速度検出用電極２-2，２-3とを、
従来の様に立体的に配置することなく、圧電体３上の同
一平面に配置することができる。その結果、ジャイロの
製造工程を簡易化でき、またバラツキがなく高精度なジ
ャイロを製造することができるという顕著な効果を奏す
る。

【００３８】また、本実施例では、同一の圧電体３上
に、励振用電極２-1と両角速度検出用電極２-2，２-3と
が設けられているので、同期検波する励振検出用信号と
同期検波される角速度検出用信号とが、温度等の外部環
境で独立に変動しうるという問題を解決することがで
き、その結果、安定な特性を得ることができるという利
点もある。

【００３９】尚、以上の構成は、図３において、角度検
出用電極２-2，２-3部位の圧電態の分極方向が同一の場
合で（図３において矢印イ，ロの組み合せ）、角度検出
用電極２-2，２-3部位の圧電体３の分極方向が互いに逆
方向の場合は（図３において矢印イ，ハの組み合せ）、
下記実施例２で説明するが、図３において１１が減算
器、１７が加算器となる。

【００４０】以下、他の実施例について説明するが、前
記実施例１と同様な部分の説明は省略する。 （実施例２）次に、実施例２について説明する。

【００４１】本実施例のジャイロは、圧電体３の分極の
状態が異なる。つまり、実施例１の圧電体３では、角速
度検出用電極２-2，２-3における圧電体３の分極方向は
同一であるが、本実施例では、第１の角速度検出用電極
２-2と第２の角速度検出用電極２-3における圧電体３の
分極方向は、図３に示す様に逆である。

【００４２】この様な構成の場合は、上述した様に実施
例１の加算器１１と減算器１７とを入れ換えた検出回路
を使用する必要があるが、本実施例のジャイロにおいて
も、実施例１と同様な効果を奏する。 （実施例３）次に、実施例３について説明する。

【００４３】図７に示す様に、本実施例のジャイロは、
三角柱の金属振動体１を使用する点に大きな特徴があ
る。このジャイロにおいては、金属振動体１の（図の上
方の）表面に、前記実施例１と同様な励振用電極２-1，
角速度検出用電極２-2，２-3を備えた圧電体３が貼り付
けられている。尚、支持ピン４は他の傾斜した側面の節
に固定されている。

【００４４】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例１と同様な効果を奏するとともに、設計の自由度が増
すとともに、軽量化できるという利点がある。 （実施例４）次に、実施例４について説明する。

【００４５】図８に示す様に、本実施例のジャイロは、
圧電体３が分離している点に大きな特徴がある。つま
り、本実施例のジャイロにおいては、金属振動体１の形
状は前記実施例１と同様に四角柱であるが、圧電体３
は、励振用電極２-1の位置に設けられた第１の圧電体３
-1と、両角速度検出用電極２-2，２-3の各々の位置に設
けられた第１及び第２の圧電体３-2，３-3との３つに分
離して配置されている。

【００４６】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例１と同様な効果を奏するが、実施例１よりも小さな圧
電体３を使用することができるという利点がある。 （実施例５）次に、実施例５について説明する。

【００４７】図９に示す様に、本実施例のジャイロは、
音叉状に形成された一対の金属振動体１Ｒ，１Ｌを使用
する点に大きな特徴がある。本実施例のジャイロにおい
ては、一方の金属振動体１Ｌの外側表面に圧電体３Ｌが
貼り付けられ、この圧電体３Ｌの基台側に励振用電極２
-1Ｌが設けられるとともに、圧電体３Ｌの先端側に一対
の角速度検出用電極２-2Ｌ，２-3Ｌが設けられている。
つまり、角速度検出用電極２-2Ｌ，２-3Ｌは圧電体３Ｌ
の軸中心に対して左右対称に且つ平行に設けられること
によって、金属振動体１Ｌの軸中心に対して遍在する様
に配置されている。また、他方の金属振動体１Ｒの圧電
体３Ｒも前記金属振動体１Ｌと同様に、圧電体３Ｒ及び
角速度検出用電極２-2Ｒ，２-3Ｒの配置構成となってい
る。尚、各電極２-1Ｌ，２-2Ｌ，２-3Ｌ，２-2Ｒには、
各々信号取出用の細線７-1Ｌ，７-2Ｌ，７-3Ｌ，７-2Ｒ
が接続されている。

【００４８】そして、この様な構成のジャイロには、図
１０に示す様に、励振と角速度検出とを行なうために、
加算器１１及び移相回路１３と、コンパレータ１５，減
算器１７，同期検波回路１９，ローパスフィルタ２１及
び増幅器２３とからなる検出回路が接続されているが、
特に本実施例においては、減算器１７の入力側には、対
向する金属振動体１Ｒ，１Ｌに設けられた（同じ側の）
角速度検出用電極２-2Ｒ，２-2Ｌが接続されている。

【００４９】次に、本実施例のジャイロ及び検出回路の
動作を説明する。まず、（図１０の左側の）励振用電極
２-1Ｌに交流電圧を印加することで、対向する１対の金
属振動体１Ｒ，１Ｌは対称振動を行なう。その結果、角
速度検出用電極２-2Ｌ，２-3Ｌより励振検出用信号が互
いに同相で出力される。

【００５０】ここで、図９に示す様に、測定軸の回転方
向にジャイロを回転させると、即ち角速度を入力する
と、コリオリの力が作用し、両金属振動体１Ｒ，１Ｌに
屈曲振動が発生する。これによって、角速度検出用電極
２-2Ｌ，２-3Ｌから、角速度検出用信号が互いに逆相で
発生する。また、コリオリの力の作用方向が金属振動体
１Ｒ，１Ｌの左右で逆のため、角速度検出用電極２-2
Ｒ，２-2Ｌで各々左右逆相の角速度検出用信号が発生す
る。

【００５１】従って、図１０に示す用に、（左側の）角
速度検出用電極２-2Ｌ，２-3Ｌから発生する電気信号を
加算器１１で加算すれば、角速度検出用信号がキャンセ
ルされ、励振検出用信号のみを取り出すことができる。
そして、この励振検出用信号を移相回路１３で９０゜移
相させて、励振用電極２-1Ｌに帰還させることで自励発
振回路が形成されている。

【００５２】また、（左側の）角速度検出用電極２-2Ｌ
と（右側の）角速度検出用電極２-2Ｒから発生する電気
信号を、減算器１７で減算すれば、互いに同相である励
振検出用信号がキャンセルされ、逆相である角速度検出
用信号が加算されて、角速度検出用信号のみを取り出す
ことができる。尚、ボリューム１７ａは、左右の角速度
検出用電極２-2Ｒ，２-2Ｌより発生する励振検出用信号
がアンバランスの場合に調節して、励振検出用信号を完
全に除去するためのものである。

【００５３】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例１と同様な効果を奏するが、１対の金属振動体１Ｒ，
１Ｌを用いて音叉状に形成されているので、一層精密に
角速度を検出できるという利点がある。 （実施例６）次に、実施例６について説明する。

【００５４】図１１及び図１２に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例１の支持ピン４を支持プレート
５に変更した点に大きな特徴がある。つまり、本実施例
のジャイロにおいては、金属振動体１，圧電体３，励振
用電極２-1，角速度検出用電極２-2，２-3の形状及び配
置等は前記実施例１と同様であるが、金属振動体１が支
持プレート５の中央のプレート状振動体５ａに、エポキ
シ系樹脂によって貼り付けられている点が大きく異なっ
ている。

【００５５】この支持プレート５は、金属振動体１と同
一材料の恒弾性材料よりなる薄板を、エッチングや精密
打ち抜きによって加工して、略枠状の開口部５ｂを形成
したものであり、金属振動体１の底面形状のプレート状
振動体５ａが（支持ピン４に相当する）４箇所の連結部
５ｃによって支えられている構造である。

【００５６】また、支持プレート５の底面（但しプレー
ト状振動体５ａ及び連結部５ｃは除く）には、金属振動
体１の振動が外部に伝わらない（振動絶縁する）様に、
エポキシ系接着剤によって支持ベース６が貼り付けられ
ている。つまり、この支持ベース６の中央には、プレー
ト状振動体５ａの振動を妨げない様に、開口部６ａが設
けられている。

【００５７】尚、金属振動体１を支持プレート５に接合
する際に、溶接等の高熱を加える工程を必要とする場合
は、接合後に圧電体３を金属振動体１に貼り付ける。本
実施例のジャイロにおいても、前記実施例１と同様な効
果を奏するとともに、支持ピン４に相当する連結部５ｃ
を容易に形成できるだけでなく、正確に振動の節に連結
部５ｃを形成できるという効果がある。しかも、本実施
例では、以下の実施例においても述べる様に、支持プレ
ート５を使用するので、その変形や応用範囲が極めて広
いという顕著な利点がある。 （実施例７）次に、実施例７について説明する。

【００５８】図１３及び図１４に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例６の変形例であり、金属振動体
１の形状及び配置に大きな特徴がある。つまり、本実施
例のジャイロにおいては、圧電体３，励振用電極２-1，
角速度検出用電極２-2，２-3の形状及び配置等は前記実
施例６と同様であるが、金属振動体１が、上振動体１-1
と下振動体１-2の２つに分割されている。従って、支持
プレート５のプレート状振動体５ａを挟む様に、上振動
体１-1と下振動体１-2とを貼り付けることによって、金
属振動体１が形成される。

【００５９】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例６と同様な効果を奏するとともに、金属振動体１の重
心が支持プレート５と同様な位置にあるため、エネルギ
ー的により無駄のない良好な振動が得られ、検出精度も
向上するという利点がある。 （実施例８）次に、実施例８について説明する。

【００６０】図１５及び図１６に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例６の変形例であり、測定軸が直
角の２軸である点に大きな特徴がある。つまり、本実施
例のジャイロにおいては、２組の金属振動体１-1，１-2
が使用されており、各々の金属振動体１-1，１-2には、
前記実施例６と同様に、圧電体３-1，３-2，励振用電極
２-1-1，２-1-2，角速度検出用電極２-2-1，２-2-2，２
-3-1，２-3-2が設けられている。

【００６１】また、支持プレート５にも、前記実施例６
と同様なプレート状振動体５ａ-1，５ａ-2が直角になる
様に設けられており、同様に、支持ベース６にも開口部
６ａ-1，６ａ-2が直角に設けられている。本実施例のジ
ャイロにおいても、前記実施例６と同様な効果を奏する
とともに、２つの金属振動体１-1，１-2が直角に配置さ
れているので、同一の支持プレート５にて、２方向の角
速度を検出できるという利点がある。特に、測定軸の方
向は、エッチング等によって精密に設定できるので、測
定精度が向上するという効果がある。 （実施例９）次に、実施例９について説明する。

【００６２】図１７及び図１８に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例８の変形例であり、測定軸が直
角の２軸であるが励振用電極及び励振用回路が１つであ
る点に大きな特徴がある。つまり、本実施例のジャイロ
においては、支持プレート５の中央に長片と平行に（大
径の）第１のプレート状振動体５ａ-0が形成されてお
り、この第１のプレート状振動体５ａ-0と４５゜の角度
をなす様に、左右に小径の第２及び第３のプレート状振
動体５ａ-1，５ａ-2が対称に形成されて、それらが小の
字をなす様に配置されている。この第１のプレート状振
動体５ａ-0と第２及び第３のプレート状振動体５ａ-1，
５ａ-2とは、その軸方向に伸びる連結部５ｃ-1，５ｃ-2
によって接続されている。

【００６３】そして、第１のプレート状振動体５ａ-0上
に第１の金属振動体１-0が貼り付けられ、第２及び第３
のプレート状振動体５ａ-1，５ａ-2上に各々第２及び第
３の金属振動体１-1，１-2が貼り付けられている。尚、
支持プレート５の裏側には、小の字状に開口部が設けら
れた支持ベース６が貼り付けられている。

【００６４】また、第１の金属振動体１-0には、圧電体
３-0と励振用電極２-1が配置されおり、第２及び第３の
金属振動体１-1，１-2には、各々圧電体３-1，３-2と、
角速度検出用電極２-2-1，２-3-1，２-2-2，２-3-2とが
配置されている。尚、各々の角速度検出用電極対２-2-
1，２-3-1，２-2-2，２-3-2は、第１及び第２の金属振
動体１-1，１-2の軸方向に沿って平行に配置されてい
る。

【００６５】従って、本実施例では、第１及び第２の金
属振動体１-1，１-2の軸方向、即ち、直角に配置された
測定軸にて、２つの軸方向における角速度を検出する様
に構成されている。そして、この様な構成のジャイロに
は、図１９に示す様に、加算器１１，移相回路１３，コ
ンパレータ１５，減算器１７-1，１７-2，同期検波回路
１９-1，１９-2，ローパスフィルタ２１-1，２１-2，増
幅器２３-1，２３-2からなる検出回路が接続されてい
る。特に、本実施例においては、２つの測定軸の角速度
を検出すために、２組の減算器１７-1，１７-2，同期検
波回路１９-1，１９-2，ローパスフィルタ２１-1，２１
-2，増幅器２３-1，２３-2を使用しているのに対して、
励振用の構成としては、１組の加算器１１，移相回路１
３，コンパレータ１５を使用しているだけである。

【００６６】次に、本実施例のジャイロ及びその検出回
路の動作を説明する。図１９に示す様に、励振用電極２
-1に交流電圧を印加することにより、中央の金属振動体
１-0が励振され、この（図の垂直方向の）振動が支持プ
レート５の連結部５Ｃ-1，５Ｃ-2を介して伝わり、左右
の金属振動体１-1，１-2が励振される。その結果、左右
の角速度検出用電極２-2-1，２-3-1，２-2-2，２-3から
互いに同相の励振検出用信号が出力される。

【００６７】そして、測定軸１の回転方向に角速度が入
力されると、金属振動体１-1に対して測定軸１と垂直で
且つ紙面に平行にコリオリの力が作用し、角速度検出用
電極２-2-1，２-3-1から互いに逆相の角速度検出用信号
が出力される。同じく、測定軸２の回転方向に角速度が
入力されると、金属振動体１-2に対してコリオリの力が
作用し、角速度検出用電極２-2-2，２-3-2から互いに逆
相の角速度検出用信号が出力される。

【００６８】従って、角速度検出用電極２-3-1，２-3-2
から発生する電気信号を加算器１１で加算すれば、角速
度検出用信号がキャンセルされ、励振検出用信号のみを
取り出すことができる。そして、この励振検出用信号を
移相回路１３で９０゜移相させて、励振用電極２-1に帰
還させることで自励発振回路が形成される。

【００６９】また、（図上方の）角速度検出用電極２-2
-1，２-3-1と（図下方の）角速度角速度検出用電極２-2
-2，２-3-2から発生する電気信号を、各々減算器１７で
減算すれば、互いに同相である励振検出用信号がキャン
セルされ、逆相である角速度検出用信号が加算されて、
測定軸１，２毎に角速度検出用信号のみを各々取り出す
ことができる。尚、ボリューム１７ａ-1，１７ａ-2は、
角速度検出用電極２-2-1，２-3-1と角速度検出用電極２
-2-2，２-3-2とより各々発生する励振検出用信号がアン
バランスの場合に調節して、励振検出用信号を完全に除
去するためのものである。

【００７０】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例８と同様な効果を奏するとともに、２つの測定軸の角
速度を検出できるにもかかわらず、励振用の圧電素子及
び回路は１組で済むので、回路構成を簡略化でき、コス
トも低減できるという利点がある。 （実施例１０）次に、実施例１０について説明する。

【００７１】図２０及び図２１に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例９の変形例であり、測定軸が直
角の２軸であるが、２つの金属振動体が略Ｔの字状に配
置されるとともに、一方の金属振動体が前記実施例１の
様な電極配置を採用している点に大きな特徴がある。

【００７２】つまり、本実施例のジャイロにおいては、
支持プレート５の中央に長片と平行に第１のプレート状
振動体５ａ-1が形成されており、この第１のプレート状
振動体５ａ-1の中央に第２のプレート状振動体５ａ-2が
直角に形成されて、それらがＴの字をなす様に配置され
ている。この第１のプレート状振動体５ａ-1と第２のプ
レート状振動体５ａ-2とは、第２のプレート状振動体５
ａ-2の軸方向に伸びる連結部５ｃによって接続されてい
る。更に、第１のプレート状振動体５ａ-1上に第１の金
属振動体１-1が貼り付けられ、第２のプレート状振動体
５ａ-2上に第２の金属振動体１-2が貼り付けられてい
る。尚、支持プレート５の裏側には、十の字状に開口部
６ａが設けられた支持ベース６が貼り付けられている。

【００７３】そして、第１の金属振動体１-1には、前記
実施例１と同様に、圧電体３-1が貼り付けられ、その表
面の中央に励振用電極２-1-1が設けられているととも
に、励振用電極２-1-1の両側には、圧電体３-1の軸中心
より左右にずれて、角速度検出用電極２-2-1，２-3-1が
設けられている。一方、第２の金属振動体１-2の表面に
は、圧電体３-2が貼り付けられ、この圧電体３-2の表面
には、圧電体３-2の軸を挟んで平行に角速度検出用電極
２-2-2，２-3-2が設けられている。

【００７４】従って、本実施例では、第１及び第２の金
属振動体１-1，１-2の軸方向、即ち、直角に配置された
測定軸にて、２つの軸方向における角速度を検出する様
に構成されている。そして、この様な構成のジャイロに
は、図２２に示す様に、加算器１１，移相回路１３，コ
ンパレータ１５，減算器１７-1，１７-2，同期検波回路
１９-1，１９-2，ローパスフィルタ２１-1，２１-2，増
幅器２３-1，２３-2からなる検出回路が接続されてい
る。特に、本実施例においては、加算器１１の入力側に
は、第１の金属振動体１-1の角速度検出用電極２-2-1と
第２の金属振動体１-2の角速度検出用電極２-3-2が接続
されており、この角速度検出用電極２-2-1，２-3-2が角
速度検出用電極も兼ねている。

【００７５】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例９と同様な効果を奏するとともに、２つの測定軸の角
速度を励振用の回路１組で検出できるにもかかわらず、
使用する圧電体の数を低減する（３から２へ）すること
ができるので、回路構成を簡略化でき、コストも低減で
きるという利点がある。 （変形例）次に、実施例１０の変形例について説明す
る。図２３及び図２４に示す様に、本例のジャイロは、
前記実施例１０の変形例であり、測定軸が直角の２軸で
あり、支持プレート及び支持ベースの構成は同一である
が、圧電体及び電極の構成が大きく異なっている。

【００７６】つまり、本例のジャイロにおいては、第１
の金属振動体１-1の上面には、励振用電極２-1を備えた
圧電体３-1-1が貼り付けられ、その側面には、角速度検
出用電極２-6-1を備えた圧電体３-1-2が貼り付けられて
いる。また、プレート状振動体５ａの裏面には、接地用
電極２-4と（図示しない）角速度検出用電極２-5とを備
えた圧電体３-1-3が貼り付けられている。一方、第２の
金属振動体１-2の側面には、角速度検出用電極２-6-2を
備えた圧電体３-2が貼り付けられている。

【００７７】そして、この様な構成のジャイロには、図
２５に示す様に、前置増幅器Ｄ，１１，移相回路１３，
コンパレータ１５，前置増幅器Ｓ-1，Ｓ-2，同期検波回
路１９-1，１９-2，ローパスフィルタ２１-1，２１-2，
増幅器２３-1，２３-2からなる検出回路が接続されてい
る。

【００７８】特に、本例においては、加算器及び減算器
は使用されておらず、それに替わって、前置増幅器Ｄ，
Ｓ-1，Ｓ-2が使用されている。この回路では、角速度検
出用電極２-5は、前置増幅器Ｄを介して移相回路１３に
接続されており、角速度検出用電極２-6-1，２-6-2は各
々前置増幅器Ｓ-1，Ｓ-2を介して同期検波回路１９-1，
１９-2に接続されている。

【００７９】本例のジャイロにおいても、前記実施例９
と同様な効果を奏するとともに、２つの測定軸の角速度
を励振用の回路１組で検出できるにもかかわらず、加算
器及び減算器を使用しないので、構成が簡易化されると
いう利点がある。 （実施例１１）次に、実施例１１について説明する。

【００８０】図２６及び図２７に示す様に、本実施例の
ジャイロは、前記実施例６の変形例であり、金属振動体
を使用しない点に大きな特徴がある。つまり、本実施例
のジャイロにおいては、支持プレート５に形成したプレ
ート状振動体５ａに直接に、各電極２-1，２-2，２-3を
形成した圧電体３を貼り付けている。この圧電体３に
は、前記実施例１と同様に、その表面の中央に励振用電
極２-1が設けられているとともに、励振用電極２-1の両
側には、圧電体３の軸中心より左右にずれて、角速度検
出用電極２-2，２-3が設けられている。

【００８１】本実施例のジャイロにおいても、前記実施
例６とほぼ同様な効果を奏するとともに、構成が簡単で
しかも軽量であるという利点がある。尚、本発明は前記
実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうること
はいうまでもない。

【００８２】

【発明の効果】請求項１の発明では、第１の角速度検出
用圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子とを略同一平
面上に配置するとともに、この両角速度検出用圧電素子
を振動体の軸中心に平行な平面に対して左右に遍在させ
ている。従って、この両圧電素子電極からの信号に基づ
いて容易に測定軸の角速度を求めることができる。ま
た、本発明では、両圧電素子は略同一平面に配置する構
成であるので、その形成が容易であり、よって製造工程
が簡易化され、しかも各センサ間でバラツクことがなく
その精度が向上するという顕著な効果を奏する。

【００８３】請求項２の発明では、第１の角速度検出用
圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子だけでなく、励
振用圧電素子をも略同一平面上に配置した構成であるの
で、前記請求項１のセンサよりも、その製造工程が簡易
化され、センサのバラツキも低減される。

【００８４】請求項３の発明では、励振用圧電素子と第
１の角速度検出用圧電素子と第２の角速度検出用圧電素
子とに用いられる圧電体を、共通の一枚の圧電体とした
ので、前記請求項２のセンサよりも、その製造工程が一
層簡易化され、センサのバラツキも低減される。

【００８５】請求項４の発明では、一対の振動型レート
ジャイロセンサを、音叉状に立設するとともに、互いの
圧電素子形成面が音叉の内側面又は外側面となる様に配
置したので、その精度が一層向上する。請求項５の発明
では、振動型レートジャイロセンサを、支持プレートに
形成されたプレート状振動体に配置することにより、従
来の支持ピンの構成より簡易化されることになり、製造
の作業能率が向上する。また、複数の測定軸等の様に、
その変形や応用範囲が極めて広いという利点がある。

【００８６】請求項６の発明では、振動型レートジャイ
ロセンサの各々を、同一の支持プレートの異なる測定軸
方向に形成された各プレート状振動体に配置したので、
複数の測定軸を有するセンサを容易に製造することがで
き、しかも各ジャイロの位置決めも容易である。

【００８７】請求項７の発明では、異なる振動体に各々
一対の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、各振動
体を同一の支持プレートに直交して形成された各プレー
ト状振動体に配置し、更に励振用圧電素子を設けた別個
の振動体を、測定軸方向を分割する方向に形成された別
個のプレート状振動体に配置したので、一つの励振用圧
電素子及び振動体で、異なる方向の測定軸の角速度を検
出することができ、構成が簡易化される。

【００８８】請求項８の発明では、異なる振動体に各々
一対の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、各振動
体を同一の支持プレートに直交して形成された各プレー
ト状振動体に配置し、更に励振用圧電素子を前記のどち
らかの振動体に設けたので、一つの励振用圧電素子及び
振動体で、異なる方向の測定軸の角速度を検出すること
ができ、構成が簡易化される。

【００８９】請求項９の発明では、振動体自身がプレー
ト状振動体であるので、従来の柱状の振動体を省略する
ことができ、構成が簡易化されるとともに、軽量化に寄
与する。請求項１０の発明では、励振回路により、第１
及び第２の角速度検出回路からの信号を加算器又は減算
器にて加算又は減算し、この加算器又は減算器からの出
力を励振用圧電素子に回帰させることによって自己励振
を行ない、角速度検出回路により、第１及び第２の角速
度検出圧電素子からの信号を、自己励振用で加算器を用
いた場合は減算器にて又自己励振用で減算器を用いた場
合は加算器にて減算又は加算し、この減算器又は加算器
からの出力を調節することによって、測定軸の角速度を
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のジャイロを示す斜視図である。

【図２】 実施例１のジャイロを示し、（ａ）はその平
面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその底面図であ
る。

【図３】 実施例１のジャイロ及びその検出回路を示す
説明図である。

【図４】 実施例１のジャイロを示し、（ａ）は図１に
おけるＡ視図、（ｂ）はそのＢ視図である。

【図５】 実施例１のジャイロの励振振動により発生す
る信号波形である。

【図６】 実施例１のジャイロの角速度入力により発生
する信号波形である。

【図７】 実施例３のジャイロを示す斜視図である。

【図８】 実施例４のジャイロを示す斜視図である。

【図９】 実施例５のジャイロを示す斜視図である。

【図１０】 実施例５のジャイロ及びその検出回路を示
す説明図である。

【図１１】 実施例６のジャイロの分解斜視図である。

【図１２】 実施例６のジャイロの斜視図である。

【図１３】 実施例７のジャイロの分解斜視図である。

【図１４】 実施例７のジャイロの斜視図である。

【図１５】 実施例８のジャイロの分解斜視図である。

【図１６】 実施例８のジャイロの斜視図である。

【図１７】 実施例９のジャイロの分解斜視図である。

【図１８】 実施例９のジャイロの斜視図である。

【図１９】 実施例９のジャイロ及びその検出回路を示
す説明図である。

【図２０】 実施例１０のジャイロの分解斜視図であ
る。

【図２１】 実施例１０のジャイロの斜視図である。

【図２２】 実施例１０のジャイロ及びその検出回路を
示す説明図である。

【図２３】 他の変形例のジャイロの分解斜視図であ
る。

【図２４】 他の変形例のジャイロの斜視図である。

【図２５】 他の変形例のジャイロ及びその検出回路を
示す説明図である。

【図２６】 実施例１１のジャイロの分解斜視図であ
る。

【図２７】 実施例１１のジャイロの斜視図である。

【符号の説明】

１…振動体、 ２…電極、３…圧電
体、 ４…支持ピン、５…支持プレー
ト、 ５ａ…プレート状振動体、１１…加算
器、 １７…減算器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体と励振用圧電素子と角速度検出用
   圧電素子とを有する振動型レートジャイロセンサにおい
   て、 前記角速度検出用圧電素子として、第１の角速度検出用
   圧電素子と第２の角速度検出用圧電素子とを、略同一平
   面上に配置するとともに、該第１の角速度検出用圧電素
   子と第２の角速度検出用圧電素子とを、前記振動体の軸
   中心に平行な平面に対して左右に遍在させることを特徴
   とする振動型レートジャイロセンサ。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の振動型レートジャイ
   ロセンサにおいて、 前記励振用圧電素子と第１の角速度検出用圧電素子と第
   ２の角速度検出用圧電素子とを、略同一平面上に配置し
   たことを特徴とする振動型レートジャイロセンサ。
3. 【請求項３】 前記請求項２記載の振動型レートジャイ
   ロセンサにおいて、 前記励振用圧電素子と第１の角速度検出用圧電素子と第
   ２の角速度検出用圧電素子とに用いられる圧電体を、共
   通の一枚の圧電体としたことを特徴とする振動型レート
   ジャイロセンサ。
4. 【請求項４】 一対の前記請求項２又は３記載の振動型
   レートジャイロセンサを、音叉状に立設するとともに、
   互いの圧電素子形成面が音叉の内側面又は外側面となる
   様に配置したことを特徴とする振動型レートジャイロセ
   ンサ。
5. 【請求項５】 前記請求項１〜４のいずれか記載の振動
   型レートジャイロセンサを、支持プレートに形成された
   プレート状振動体に配置したことを特徴とする振動型レ
   ートジャイロセンサ。
6. 【請求項６】 前記請求項５記載の振動型レートジャイ
   ロセンサの各々を、同一の支持プレートの異なる測定軸
   方向に形成された第１及び第２のプレート状振動体に各
   々配置したことを特徴とする振動型レートジャイロセン
   サ。
7. 【請求項７】 前記請求項１記載の振動型レートジャイ
   ロセンサにおいて、 第１及び第２の振動体に、前記各々一対の第１及び第２
   の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、該第１及び
   第２の振動体の各々を、同一の支持プレートの直交する
   測定軸方向に形成された第１及び第２のプレート状振動
   体に各々配置し、更に前記励振用圧電素子を設けた第３
   の振動体を、前記測定軸方向を分割する方向に形成され
   た第３のプレート状振動体に配置したことを特徴とする
   振動型レートジャイロセンサ。
8. 【請求項８】 前記請求項１記載の振動型レートジャイ
   ロセンサにおいて、 第１及び第２の振動体に、前記各々一対の第１及び第２
   の角速度検出用圧電素子を設けるとともに、該第１及び
   第２の振動体の各々を、同一の支持プレートの直交する
   測定軸方向に形成されたプレート状振動体に各々配置
   し、更に前記励振用圧電素子を前記第１又は第２の振動
   体に設けたことを特徴とする振動型レートジャイロセン
   サ。
9. 【請求項９】 前記請求項１〜８のいずれか記載の振動
   型レートジャイロセンサに用いられる振動体自身がプレ
   ート状振動体であることを特徴とする振動型レートジャ
   イロセンサ。
10. 【請求項１０】 前記請求項１〜９のいずれか記載の振
    動型レートジャイロセンサに用いられる回路として、 前記第１及び第２の角速度検出回路からの信号を加算器
    又は減算器にて加算又は減算し、該加算器又は減算器か
    らの出力を調節して自己励振用の信号を前記励振用圧電
    素子に出力する励振回路と、 前記第１及び第２の角速度検出圧電素子からの信号を前
    記自己励振用で加算器を用いた場合は減算器にて又前記
    自己励振用で減算器を用いた場合は加算器にて減算又は
    加算し、該減算器又は加算器からの出力を調節して測定
    軸の角速度を出力する角速度検出回路と、 を備えたことを特徴とする振動型レートジャイロセン
    サ。