JPH09250931A

JPH09250931A - 音片形振動ジャイロ

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Publication number: JPH09250931A
Application number: JP8085747A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mochizuki; 一夫望月
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】検出感度の向上が達成できると共に、応答特性
が向上し、かつｆxモードとｆy モードの共振周波数の
誤差が大きくとれ、周波数調整に高い精度を要求されな
い構造の音片形振動ジャイロを提供する。【解決手段】略同一寸法の直方体をなし、かつ長手方向
の互いに対向する面に電極を設けた圧電セラミック製の
２つの圧電素子１５、１６からなる。２つの圧電素子１
５、１６の長手方向の各一方の電極１７、１８形成面同
士を接着することにより、長手方向に垂直な断面が略正
方形となる柱状振動片２４を構成する。圧電素子１５、
１６の双方または一方の接着面に対向する面の電極１９
〜２２が、長手方向に沿って２分割されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば工業用ロボット
や無人搬送車の方位角計測、航空機や船舶等の姿勢制
御、ビデオカメラの面振れ防止あるいは車両ナビゲーシ
ョン用等に用いられる圧電形の振動ジャイロスコープ
（以下振動ジャイロと称す）に係り、特に音片形振動ジ
ャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電形の振動ジャイロは、これまで、音
叉や音片と呼ばれる振動片をはじめとして種々の構造の
振動片の振動モードを利用したものが提案されている。
（日本音響学会誌４５巻５号（１９８９）４６２頁〜４
６８頁「圧電形振動ジャイロスコープ」近野正著、また
は「エレクトロ・セラミクス」１９９１年１０月号、２
７頁〜２９頁「圧電ジャイロ・センサ技術の基礎」菅原
澄夫他著）このような音片型振動ジャイロの原理は、図８（Ａ）、
（Ｂ）により説明される。すなわち、音片ジャイロの基
本は、両端自由な横振動棒であって、いわゆる双振音片
であり、図８（Ａ）に示すように、音片（振動片）１の
中心軸をｚ軸としたとき、この音片１が第一次共振周波
数でｘ軸方向にある変位速度η_Xでたわみ振動（以下ｆ_x
モードと呼ぶ）している状態で、ｚ軸回りに角速度Ωが
与えられると、振動方向と直角方向すなわちｙ軸方向に
この変位速度η_Xに応じたコリオリ力が発生し、図８
（Ｂ）に示すように、ｙ軸方向にも同一周波数のたわみ
振動（以下ｆ_yモードと呼ぶ）が起振される。ｘ軸方向
にある変位速度η_Xが常に一定であればこのｙ軸方向の
変位速度η_yはｚ軸回りの角速度Ωに比例する。従っ
て、ｙ軸方向の変位速度η_yを測定すればｚ軸回りの角
速度Ωを知ることができる。図中ｎ１、ｎ２はノード点
である。圧電素子を使用した音片形振動ジャイロにおい
ては、圧電素子により前記ｆ_xモードの振動を励振さ
せ、圧電素子でｆ_yモードの振動を検出する。以下この
原理を用いた振動ジャイロの従来構造や処理回路の構成
について説明する。

【０００３】図８（Ｃ）は従来の音片形振動ジャイロの
構成例を示す正面図である。この従来例はエリンバー等
の恒弾性金属からなる断面が正方形の恒弾性金属棒（四
角柱）２を使用し、その長手方向の４つの面に圧電セラ
ミックでなる短冊状の圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
を接着している。各圧電素子３ａ〜３ｄにはそれぞれ金
属棒２への接着面とその対向面（表面）に電極が形成さ
れているが、表面に形成された電極４ａ〜４ｄのみにつ
いて示されている。各圧電素子３ａ〜３ｄは矢印で示す
方向に分極されている。圧電素子３ａ〜３ｄの表面の電
極４ａ〜４ｄにははんだ付け等によって極細リードが接
続されて入出力端子５ａ〜５ｄを構成している。

【０００４】金属棒２に固定した圧電素子３ａ〜３ｄの
うち、圧電素子３ａ（または３ｃ）は自励発振回路（図
示せず）に接続して駆動され、他の圧電素子３ｃ（また
は３ａ）で振動を検出して前記自励発振回路に帰還され
ることで定常的にｆ_xモードの共振周波数で励振され、
圧電素子３ｂ、３ｄの出力は差動増幅回路（図示せず）
に入力される。金属棒２の中心軸回りに角速度が作用し
ていないときは、圧電素子３ｂ、３ｄはｆ_x に起因する
振動のみを検出し、それぞれの検出信号の位相および振
幅は同じとなるため、その差はゼロとなり、差動増幅回
路には出力は現れない。特に、圧電素子３ｂ、３ｄが金
属棒２の接着面の長手方向中心に接着される場合は、も
ともと出力を生じない。

【０００５】一方、金属棒２の中心軸回りに角速度が作
用すると、コリオリ力によりｆ_yモードのたわみ振動が
起振される。このとき、ｆ_yモードの振動に応じた出力
が差動増幅回路から得られる。

【０００６】図８（Ｄ）は従来の振動ジャイロの別の例
であり、図８（Ｃ）と同様の金属棒２の長手方向の１組
の対面に短冊状の圧電セラミックでなる圧電素子３ａ、
３ｃを接着した音片の例であり、本例においても、圧電
素子３ａ、３ｃの両面に電極が形成されているが、表面
の長手方向に沿って分割された電極４ｅ〜４ｈのみが示
されている。前記各電極４ｅ〜４ｈにははんだ付け等に
よって極細線が接続され、それぞれ入出力端子５ａ〜５
ｄを構成している。

【０００７】図８（Ｄ）の回路においては、自励発振回
路の出力を端子５ａおよび／または５ｂに接続し、端子
５ｃ、５ｄから自励発振回路の入力に帰還信号を得るこ
とで、図８（Ｃ）の場合と同様に音片の自己共振周波数
でｆ_xモードのたわみ振動が継続する。そして、音片の
長手方向の回りに角速度が作用すると、ｆ_xモードと同
一周波数のｆ_yモードのたわみ振動が起振される。この
とき、このたわみ振動による屈曲が金属棒２の電極４ｅ
に対応する部分を全体として長手方向に伸ばすように作
用するときは、電極４ｆの対応する部分は縮むように作
用する。屈曲方向が反転すれば、伸縮関係は逆になり、
電極４ｅと４ｆに発生する電荷は逆極性となる。圧電素
子３ｃについても同様である。

【０００８】従って、端子５ａ、５ｂからそれぞれ分離
した端子５ｅ、５ｆに前記差動増幅回路を接続すると、
自励発振回路からの同相入力分はキャンセルされ、前記
差動増幅回路はｆ_yモードによって生じた出力のみを取
り出すことができる。端子５ｃ、５ｄから分離した端子
５ｇ、５ｈに差動増幅回路を接続しても同様の結果が得
られる。

【０００９】ところで、音片ジャイロを支持する場合、
ｆ_x、ｆ_yモードのそれぞれのたわみ振動の負荷にならな
いように、できるだけ理想ノード点（この理想ノード点
は、音片の両端から全長の約０．２２４倍の中心軸上の
２つの点であることが知られている）に近い部分を最小
面積で支持することが必要である。

【００１０】このように、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示した
ような２組の対辺方向の横振動をそれぞれｆ_x、ｆ_yモー
ドに対応させるように構成した四角柱状圧電形音片ジャ
イロの支持方法としては、図９（Ａ）、（Ｂ）のような
支持方法が考えられている。

【００１１】図９（Ａ）の例は、前記理想ノード点を含
むように、１組の対面に直交する点ａ、ｂ、ｃ、ｄに、
できるだけ細くかつ支持に耐える剛性を持った金属線１
１ａ〜１１ｄを溶接するか、あるいは貫通孔を設けて金
属線を挿通、接着するような工程を伴う。

【００１２】図９（Ｂ）の例は、ｆ_x、ｆ_yモードに対す
る負荷のバランスを考慮して、金属線１１ａ、１１ｂと
１１ｃ、１１ｄの２組の支持関係を直交させている。

【００１３】図９（Ａ）、（Ｂ）の支持構造を製品とし
て実現するには、非常に困難な作業工程を伴い、必要な
支持精度や作業コストを得ることが困難である。四角柱
状圧電形音片ジャイロのこのような問題を解決する手段
として、図８（Ｅ）に示すような別の従来例が考案され
ている。

【００１４】図８（Ｅ）に示すものは、音片の構成は図
８（Ｃ）、（Ｄ）と同じであるが、断面の対角線方向の
横振動をそれぞれｆ_x、ｆ_yモードに対応させるため、自
励発振回路の出力を端子５ａ、５ｂに接続して圧電素子
３ａ、３ｂを同時に励振し、自励発振回路の入力に端子
５ｃおよび／または５ｄを接続して圧電素子３ｃおよび
／または３ｄに生じる電気信号を帰還させる方法を用い
る。

【００１５】図８（Ｅ）の音片において、音片の長手方
向の回りに角速度が作用すると、コリオリ力によって、
もう一つの対角方向のたわみ振動が起振され、これがｆ
_yモードに相当する。このとき、圧電素子３ａと３ｂ、
および３ｃと３ｄには互いに逆極性の電荷が生じるの
で、端子５ａ、５ｂから分離した端子５ｅ、５ｆに差動
増幅回路を接続すると、自励発振回路からの同相入力分
はキャンセルされ、前記差動増幅回路はｆ_xモードによ
って生じた出力のみを取り出すことができる。端子５
ｃ、５ｄから分離した端子５ｇ、５ｈに差動増幅回路を
接続しても同様の効果が得られる。

【００１６】このように多角形柱状音片の対角方向のた
わみ振動を利用する場合、図９（Ｃ）のような支持構造
が採用できる。図９（Ｃ）の支持構造は、理想ノード点
から一つの稜線に垂直に交わる点ｅ、ｆに金属線１１
ｅ、１１ｆを溶接し、金属線１１ｅ、１１ｆの両端はは
んだ付けされる構造を示している。このような支持構造
を採用しているのは、ｆ_xモードとｆ_yモードを音片の対
角線方向に対応させているので、このような稜線支持で
もバランスを保つことが可能であるからである。図９
（Ｃ）の支持構造は、図９（Ａ）、（Ｂ）の支持構造よ
りも簡便化されることは明らかである。

【００１７】図９（Ｄ）は図８（Ｅ）に示した四角柱状
圧電形振動ジャイロを使用するときの回路例を示すブロ
ック図である。図９（Ｄ）に示すように、増幅回路・移
相回路および／またはＡＧＣ回路からなる自励発振回路
６の入出力間に音片形振動ジャイロ１が接続される。自
励発振回路６の出力が圧電素子３ａ、３ｂを駆動し、ｆ
_xモードで振動ジャイロ１を起振する。他の圧電素子３
ｃ、３ｄで振動を検出して前記自励発振回路６に帰還さ
れることで定常的にｆ_xモードの共振周波数で励振さ
れ、圧電素子３ｃ、３ｄの出力は差動増幅回路７に入力
される。８ａ〜８ｄは各圧電素子３ａ〜３ｄ間のバラン
スをとるための抵抗素子である。なお実際には製造ばら
つきに起因するアンバランスを調整する回路も含まれる
が図示していない。

【００１８】図９（Ｄ）において、音片２の中心軸回り
に角速度が作用していないときは、圧電素子３ｃ、３ｄ
はｆ_xに起因する振動のみを検出し、それぞれの検出信
号の位相および振幅は同じとなるため、その差はゼロと
なり、差動増幅回路７には出力は現れない。

【００１９】一方、音片２の中心軸回りに角速度が作用
すると、コリオリ力によりｆ_yモードのたわみ振動が起
振される。このとき、ｆ_yモードの振動に応じた出力が
差動増幅回路７から得られ、その出力を同期検波回路
９、整流回路１０を介して検出することにより、角速度
の方向と大きさに応じた極性と大きさを持つ直流出力が
得られる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】前述した３つの例に示
したように、従来の音片形振動ジャイロは、音片２とし
て四角柱の金属棒を使用し、その各面または一部の面に
圧電素子３ａ〜３ｄを接着して構成されている。しかし
ながら、このような従来の音片２の構造には次のような
問題点がある。ヤング率の大きなエリンバー型合金等の金属を音片に
使用することによって、共振時の高い機械的Ｑ（Ｑm）
を得ることができ、大きな振動速度（周波数が同じなら
ば振幅）を実現し、ジャイロの感度を確保している反
面、応答性を向上させる場合の障害となっている。ｆ_xモードとｆ_yモードの共振周波数を合わせ込むこと
で最大感度が得られるが、Ｑm が大きいと、わずかな共
振周波数のズレが大きな感度変動を生じさせる。このため、例えばｆ_xモードとｆ_yモードの周波数調整を
する場合、高い調整精度が必要となる。

【００２１】本発明は、上記した問題点に鑑み、検出感
度の向上が達成できると共に、応答特性が向上し、かつ
ｆ_xモードとｆ_yモードの共振周波数の誤差が大きくと
れ、周波数調整に高い精度を要求されない構造の音片形
振動ジャイロを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、略同
一寸法の直方体をなし、かつ長手方向の互いに対向する
面に電極を設けた圧電セラミック製の２つの圧電素子か
らなり、該２つの圧電素子の長手方向の各一方の電極形
成面同士を接着することにより、長手方向に垂直な断面
が略正方形となる柱状音片を構成し、少なくとも一方の
圧電素子の前記接着面に対向する面の電極が、長手方向
に沿って２分割されていることを特徴とする。

【００２３】請求項２の発明は、前記２つの圧電素子の
接着面は、該接着面と略同一形状の金属板を挟んで接着
され、該金属板は、柱状音片の略ノード点に対応する位
置に支持部を一体的に有することを特徴とする。請求項
３の発明は、前記支持部は屈曲構造を有していることを
特徴とする。請求項４の発明は、前記金属板は前記支持
部を介して一体的に結合された基台への取付部を有する
ことを特徴とする。請求項５の発明は、前記２つの圧電
素子の接着面に対向する面の電極は、それぞれ長手方向
に２分割されており、該２分割された電極間容量と略同
一の容量のキャパシタを、接着面に対して対称位置にあ
る分割電極間に接続してなることを特徴とする。

【００２４】

【作用】請求項１においては、音片を主として構成する
材料が、従来のような恒弾性金属ではなく圧電セラミッ
クであり、圧電セラミックは、恒弾性金属に比較してヤ
ング率が小さいため、応答性が向上し、また、音片のＱ
m を下げることができ、一方、音片を構成する全ての部
分が必ず駆動、検出に寄与する構成となるため、十分大
きな検出感度が得られる。また、Ｑmが小さくなること
から、ｆ_xモードとｆ_y モードの共振周波数誤差の幅を
大きくとることができる。

【００２５】請求項２においては、支持部を有する金属
板を、圧電セラミックの間に挟んで接着することにより
ジャイロが実現できるから、音片支持のための工程を省
略でき、圧電素子接着工程も簡略化される。

【００２６】請求項３においては、支持部を屈曲構造と
したことにより、金属板の板面方向の横振動に対し、外
部からの振動への影響が軽減される。

【００２７】請求項４においては、金属板に対して支持
部と基台への取付部とを一体的に設けたことにより、金
属板と支持部と基台への取付部とが同時に形成できる。

【００２８】２つの圧電素子の接着面に対向する面の電
極を、それぞれ長手方向に２分割した構造においては、
同面の電極間に容量が存在し、対向する面の電極間には
容量が存在しないため、ｆ_xモードとｆ_yモードとでは電
気的に非対称となるが、請求項５においては、電極間容
量と略同一の容量のキャパシタを、接着面に対して対称
位置にある分割電極間に接続してなるため、電気的に対
称となり、ｆ_xモードとｆ_y モードの各共振周波数間の
誤差を小さくすることができる。

【００２９】

【実施例】図１、図２はそれぞれ本発明による音片形振
動ジャイロの一実施例を示す斜視図および分解斜視図で
ある。また、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそ
れぞれ該実施例の振動ジャイロの平面図、側面図、底面
図、正面図である。これらの図において、１５、１６は
圧電セラミックでなる圧電素子であり、各圧電素子１
５、１６は略同一寸法の直方体をなし、各圧電素子１
５、１６の長手方向の一方の広幅の面には、略全面に電
極１７、１８を有し、他方の面には、長手方向に沿って
２分割された電極１９、２０および２１、２２をそれぞ
れ有する。これらの電極１７〜２２は、メッキやスパッ
タリング等により形成される。各圧電素子１５、１６は
図１の矢印ｇ、ｈ方向に分極されている。

【００３０】２３は両圧電素子１５、１６の全面電極１
７、１８の面間に挟んで接着する金属板であり、該金属
板はエリンバー系合金、ニッケル合金、あるいはリン青
銅等が用いられる。該金属板は圧電素子１５、１６の接
着面と略同一の平面形状をなす。図３（Ｄ）に示すよう
に、両圧電素子１５、１６間に金属板２３を挟んで接着
した状態においては、この接着に一体化された振動子２
４の端面の縦横の寸法Ｗ１、Ｗ２は略等しく（Ｗ１≒Ｗ
２）形成される。

【００３１】本発明を実施する場合、圧電素子１５、１
６間に支持ワイヤを挟み込む構造とするとか、金属板２
３の一部を側面に突出させてその突出部に支持ワイヤを
溶接する等の構造を採用することも可能であるが、本実
施例においては、金属板２３における該振動子２４の横
振動の略ノード点に対応する位置に予め支持部２５〜２
８を一体的に形成し、さらにこれらの支持部２５〜２８
は基台（図示せず）への取付部２９と一体化し、金属板
２３と該基台への取付部２９と支持部２５〜２８により
振動子の支持構造体３０を構成している。この支持構造
体３０は、１枚の金属板を打ち抜くことで、予め各部を
一体的に形成しておくことができる。基台への取付部２
９は、取付部２５〜２８の各１本または複数本ごとに設
けても良く、また必要であれば支持部２５〜２８を折り
曲げ加工してもよい。金属板２３の厚みは、好ましくは
圧電素子１５、１６の厚みの１／５〜１／１０程度であ
る。また、支持部２５〜２８の幅はできるだけ狭い方が
良いが、強度との関係も踏まえて適宜選定される。実施
例においては、金属板２３の厚みの１．０〜２．０倍と
した。また、実施例においては、支持部２５〜２８の構
造は、支持面内（金属板面内）方向の横振動に対し外部
からの影響を防止する目的で、支持部２５〜２８を屈曲
構造にしている。

【００３２】図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、電極１
９〜２２には、リード線３１〜３４が、はんだ付けやワ
イヤボンドの手法により接続される。これらのリード線
３１〜３４は、振動に影響を与えないように極細線を用
いると共に、ノード点に近い部分に接続される。また、
金属板２３は駆動回路の電気的基準点に接続される。

【００３３】図４は本発明による振動ジャイロの作動原
理を説明する図であり、音片２４は圧電素子１５、１６
の分割電極１９〜２２に対応する４つのブロック〜
から構成される。すなわち、支持部２５〜２８によって
支持された四角柱状の音片２４を構成する２つの圧電素
子１５、１６を分割電極に対応してそれぞれ２つに分
け、全体を４つのブロック〜で示している。

【００３４】図４のようにｘ、ｙ、ｚ軸を定めた場合、
ｘ方向すなわちｆ_xモードの横振動を効果的に励振する
ためには、電極１９、２０に発振回路の出力を接続し、
圧電横効果によって、のブロック全体を同時にｚ方
向に伸縮するようにする。横振動によってブロック、
も、と逆相に伸縮するので、電極２１、２２には
同相の電荷を生じる。この出力を発振回路の入力に帰還
する。

【００３５】この音片２４がｚ軸回りに回転すると、ｙ
軸方向の横振動が起振される。すなわち、ブロック、
が伸びる場合、ブロック、は縮み、また、ブロッ
ク、が縮む場合はブロック、は伸びるように圧
電素子１５、１６をひずませる振動である。したがっ
て、ブロックと（またはと）には逆相の電荷が
生じる。従って、電極１９、２０または電極２１、２２
の信号の差を検出することで、ｆ_yモードの振動をｆ_xモ
ードから分離して検出できる。

【００３６】図５（Ａ）は図１〜図４に示した音片２４
の駆動回路の例を示す。図５（Ａ）において、図９
（Ｄ）と同じ符号は同じ機能を有する回路である。

【００３７】図５（Ｂ）は別の駆動回路の構成例であ
り、ｘ軸とｙ軸を入れ替えて支持面内方向の横振動をｆ
_xモード、支持面に垂直方向の横振動をｆ_yモードとして
使用するように、自励発振回路６の出力をそれぞれ圧電
素子１５、１６の電極１９、２１に加え、圧電素子１
５、１６の電極２０、２２から取り出すように構成した
ものである。本例の駆動回路においても、図５（Ａ）の
回路と同様の作用が得られる。

【００３８】ところで、音片ジャイロは、ｆ_xモードと
ｆ_yモードの共振周波数を一致させることによって高い
検出感度を得ている。上記実施例においても同様に、音
片２４の一部を削る等のトリミングにより、各モードの
共振周波数を合わせる調整を行う。この共振周波数調整
工程では、各電極１９〜２２のインピーダンス特性をモ
ニターしたり、ｆ_xおよびｆ_y方向の伝送特性をモニター
する方法が行われる。

【００３９】図３（Ｅ）は図４の各ブロック〜の電
気的接続関係を表している。本発明の構造を採用する場
合、圧電素子１５、１６の幅に対し、厚みが十分小さけ
れば、分割電極１９と２０、２１と２２との間の極間容
量は無視できる程小さいが、実施例のように、厚みが幅
の略１／２と厚い場合には、無視できない大きさの電極
間容量Ｃ１を持つ。これに対し、別の隣り合うブロック
との間、およびととの間の電極間、すなわち電
極１９と２１、電極２０と２２との間には電極間容量を
持たない。すなわちｆ_x方向とｆ_y方向では電気的に非対
称となっている。

【００４０】ところで、実使用下ではｆ_xモードは周波
数調整工程と同様に電気的に励振する使用方法である
が、ｆ_yモード（検出側）はコリオリ力という外力の作
用によって生じるため、電気的な励振は行われておら
ず、周波数調整工程においてｆ_yモードを電気的に励振
してモニターするために接続される電気的負荷と実使用
下の電気的負荷とは異なる。特に図３（Ｅ）のように電
気的に非対称の場合は、調整工程でｆ_xモードとｆ_yモー
ドの周波数に誤差を生じ易い。

【００４１】従って、図３（Ｆ）のように、ブロック
の電極１９とブロックの電極２１の間、およびブロッ
クの電極２０とブロックの電極２２との間に、略等
価な容量Ｃ２を挿入し、電気的に完全に対称とする構成
とすることが、ｆ_xモードとｆ_y モードの周波数に誤差
を生じないようにする意味で有効である。

【００４２】図６（Ａ）〜（Ｄ）は図３（Ａ）〜（Ｄ）
に対応させて描いた本発明の他の実施例であり、一方の
圧電素子１５の一方の電極を長手方向の中央で２分割し
て電極３５、３６を形成し、それぞれに略ノード点にお
いて極細線でなるリード線３７、３８に接続したもの
で、ｆ_xモードとして支持面に対して垂直方向の横振動
が使用される。この実施例においては、電極３５と３６
のいずれか一方を駆動用、他方を帰還用として使用する
ことにより、ｆ_xモードで励振し、ｆ_yモードの検出は、
圧電素子１６側の長手方向に沿って２分割した電極２
１、２２により生じる出力の差を取る。

【００４３】図６（Ｅ）〜（Ｈ）は図３（Ａ）〜（Ｄ）
に対応させて描いた本発明の他の実施例であり、圧電素
子１５の２分割電極を全面電極３９に変えたものであ
り、極細線でなるリード線４０が略ノード点近傍に接続
される。本例においても、ｆ_xモードとして、支持面に
対して垂直方向の横振動が使用され、全面電極３９は駆
動用に使用され、圧電素子１６側の電極２１、２２は、
図６（Ａ）と同様に検出用に使用される。

【００４４】図７（Ａ）は音片を構成する四角柱に恒弾
性金属を用いた従来例（図８（Ｃ）、（Ｄ）に図示した
音片）のｆ_xモードの伝送特性（駆動用電極と帰還用電
極間）について同一条件下で図１〜図４の実施例の音片
ジャイロと比較したものである。図７（Ｂ）は従来例、
図７（Ｃ）は前記実施例について、それぞれｆ_xモード
の伝送特性の測定に用いた回路図であり、図示のよう
に、図７（Ｂ）、（Ｃ）とも同じインピーダンスＺ₁、
Ｚ₂を入力端に接続して、入力電圧Ｖ₁と出力電圧Ｖ₂の
関係を測定するものである。

【００４５】本実施例のものは、音片２４の断面寸法を
約２mm×２mm、長さを１７mmとした場合において、共振
周波数は約２３．５KHzであった。一方、従来構造のも
のは、１０mm×１mmの短冊状の圧電素子を用いて、共振
周波数が実施例に近くなるように金属棒２のエリンバー
系合金の寸法を定めた結果、共振周波数は２５KHzであ
った。

【００４６】図７（Ａ）の伝送特性図は、従来例と実施
例の比較のため、横軸の周波数はスパンを示すものと
し、共振点が横軸上で一致するように修正して描いてあ
る。図中、曲線Ｉ、Ｊはそれぞれ実施例と従来例のゲイ
ンを示し、また、Ｋ、Ｌはそれぞれ実施例と従来例の位
相特性を示す。両者のＱmを比較すると、従来例のＱmが
約２０００であるのに対し、実施例の場合には約８００
と小さい値が得られた。しかしながら、実施例の方が従
来例より１０ｄＢ近くゲインが大きくなっている。

【００４７】このように、本発明によれば、Ｑmが小さ
くなるにも拘らず、大きなゲインが得られるが、これ
は、圧電セラミックが恒弾性金属に比較して小さなヤン
グ率であることから、本発明のように音片全体を圧電素
子で構成することによりＱmを下げることが可能となっ
たのであり、一方、音片を構成するすべての部分が必ず
駆動、検出に寄与する構成としたことにより、十分大き
な検出感度が得られることとなる。このように、Ｑmを
下げることにより、ｆ_xモードの共振周波数とｆ_yモード
の共振周波数とを厳密に一致させなくとも大きな検出感
度を得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１によれば、音片の全体をほぼ圧
電セラミックで構成したので、検出感度の向上が達成で
きる。また、圧電セラミックはヤング率が小さいため
に、従来のように、恒弾性金属が多くの部分を示す従来
品に比較し、応答特性が向上し、かつ検出感度を高める
ことができる。また、Ｑmを小さくすることができるた
め、ｆ_xモードとｆ_yモードの共振周波数の誤差を大きく
とることができ、周波数調整に高い精度を要求されない
ため、製造が容易となり、価格の低減を図ることができ
る。

【００４９】請求項２によれば、支持部を一体的に形成
した金属板の両面に圧電素子を接着して音片を構成した
ので、対辺方向のたわみ振動を使用する振動ジャイロを
容易に実現でき、これにより、音片支持部を音片に付け
るための工程を省略できる。また、対角モードを用いて
支持構造を簡略化した従来構造の場合でも、圧電素子は
金属棒の長手方向に４枚必要で、これらを同時に接着す
る工程を実現することも困難であるから、それぞれ対向
する２枚の素子の接着に２工程を必要とするが、本発明
は、圧電素子の金属板に対する接着工程が１工程です
む。このように、接着工程が１工程ですむことと、前述
のように、支持部取付け工程が省略できることとから、
振動ジャイロの製造工程が極めて簡略化される。

【００５０】請求項３によれば、支持部を屈曲構造とし
たので、支持面内方向に対し、外部からの影響を軽減で
きる。

【００５１】請求項４によれば、金属板と支持部と基台
への取付部とを一体的に構成したので、基台への取付部
も金属板と共に打ち抜き等により同時に形成でき、半田
付け等の工程も省略でき、製造工程をより簡略化でき
る。

【００５２】請求項５によれば、音片の対向する面の電
極間にキャパシタを設けることにより、隣接する電極間
の容量と、対向する面の電極間の容量とを一致させるこ
とができ、これにより、電気的非対称によってｆ_xモー
ドとｆ_yモードの共振周波数に誤差を生じることを防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による音片形振動ジャイロの一実施例を
示す斜視図である。

【図２】本実施例の分解斜視図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ該
実施例の振動ジャイロの平面図、側面図、底面図、正面
図である。（Ｅ）は本実施例の音片の等価回路図、
（Ｆ）は本発明により付加したキャパシタを含めた等価
回路図である。

【図４】本実施例の動作原理の説明図である。

【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本実施例の駆動回路
例を示すブロック図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ図３（Ａ）〜（Ｄ）
に対応させて描いた本発明の他の実施例図、（Ｅ）〜
（Ｈ）は図３（Ａ）〜（Ｄ）に対応させて描いた本発明
の他の実施例図である。

【図７】（Ａ）は本発明の実施例と従来例の特性比較
図、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従来例と本発明の実施例
の特性測定回路図である。

【図８】（Ａ）、（Ｂ）は音片形振動ジャイロの原理を
説明する図、（Ｃ）〜（Ｅ）は従来の音片の例をそれぞ
れ示す正面図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は従来の音片の支持構造をそれ
ぞれ示す斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）の駆動回路の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１５、１６：圧電素子、１７〜２２：電極、２３：金属
板、２４：音片、２５〜２８：支持部、２９：基台への
取付部、３０：支持構造体、３１〜３４：リード線、３
５、３６：電極、３７、３８：リード線、３９：電極、
４０：リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略同一寸法の直方体をなし、かつ長手方向
の互いに対向する面に電極を設けた圧電セラミック製の
２つの圧電素子からなり、該２つの圧電素子の長手方向の各一方の電極形成面同士
を接着することにより、長手方向に垂直な断面が略正方
形となる柱状振動片を構成し、少なくとも一方の圧電素子の前記接着面に対向する面の
電極が、長手方向に沿って２分割されていることを特徴
とする音片形振動ジャイロ。
【請求項２】請求項１において、前記２つの圧電素子の接着面は、該接着面と略同一形状
の金属板を挟んで接着され、該金属板は、柱状振動片の略ノード点に対応する位置に
支持部を一体的に有することを特徴とする音片形振動ジ
ャイロ。
【請求項３】請求項２において、前記支持部は屈曲構造を有していることを特徴とする音
片形振動ジャイロ。
【請求項４】請求項２または３において、前記金属板は前記支持部を介して一体的に結合された基
台への取付部を有することを特徴とする音片形振動ジャ
イロ。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかにおいて、前記２つの圧電素子の接着面に対向する面の電極は、そ
れぞれ長手方向に２分割されており、該２分割された電極間容量と略同一の容量のキャパシタ
を、接着面に対して対称位置にある分割電極間に接続し
てなることを特徴とする音片形振動ジャイロ。