JPH0979856A

JPH0979856A - 音叉形振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH0979856A
Application number: JP7232818A
Authority: JP
Inventors: Sumio Yamada; 澄夫山田; Masaaki Ono; 正明小野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電単結晶を利用し、安価で高性能かつ実用
的な圧電振動形ジャイロを提供することを目的とする。【解決手段】第１及び第２のアーム及びこれらのアー
ムを支持するベースとを有し、該第１及び第２のアーム
並びに該ベースは圧電単結晶を含む音叉形振動ジャイロ
において、駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領
域内にあるように、前記第１及び第２のアームの少なく
とも一方は寸法に関する所定の条件を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音叉形振動ジャイロ
に関し、特に圧電単結晶を利用した音叉形振動ジャイロ
に関する。ジャイロスコープは航空機や大型船舶、宇宙
衛星などに位置の確認用として使用されてきた。最近で
は、民生用の分野としてカーナビゲーションやＶＴＲや
スチルカメラの手振れの検出などに使用されている。

【０００２】従来のコマ・ジャイロは、いったんコマ
（円板）を回転させると、装置を傾けてもその中心軸の
方向は保ったまま姿勢を変えずに回転を続けるという原
理により、回転角速度を検出している。最近、光形ジャ
イロや圧電形ジャイロが開発され実用されはじめてい
る。圧電形ジャイロの原理は１９５０年頃の研究に遡
る。音叉や円筒や半球を利用したものなどが開発されて
きた。最近になって、圧電体を使った振動ジャイロが実
用化されている。測定感度や精度はコマ・ジャイロや光
ジャイロには劣るものの、小型、軽量で安価な点が他の
ジャイロと大きく異なる。

【０００３】

【従来の技術】圧電形振動ジャイロは、振動している物
体に角速度が加わると、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。このような圧電形振
動ジャイロの原理は力学的モデルで解析される（例え
ば、「弾性波デバイスハンドブック」、オーム社、４９
１〜４９７）を参照）。圧電形振動ジャイロとしては種
々のものが提案されている。例えば、上記文献には、ス
ペリー音叉ジャイロ、ワトソン音叉ジャイロ、音片ジャ
イロ、円筒形振動ジャイロ等が記載されている。

【０００４】圧電形振動ジャイロの最近の報告では、圧
電セラミックによる音叉形ジャイロが提案されている
（特開昭６１−２９４３１１）。また、ＬｉＴａＯ₃の
単結晶からなる音片（振動体）を用いた圧電形ジャイロ
も提案されている（例えば、近野他、「ＬｉＴａＯ₃を
用いた角速度センサーの基礎実験」、昭和６１年度電子
通信学会総合全国大会、ｐ１−７９参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、実用化されてい
る圧電振動ジャイロのほとんどは圧電セラミックを用い
たものである。他方、圧電単結晶を利用した圧電振動ジ
ャイロは、上記文献以外に実用化を考慮した注目すべき
提案がなされていない。

【０００６】したがって、本発明は、ＬｉＴａＯ₃等の
圧電単結晶を利用し、安価で高性能かつ実用的な圧電振
動形ジャイロを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１及び第２のアーム及びこれらのアームを支持す
るベースとを有し、該第１及び第２のアーム並びに該ベ
ースは圧電単結晶を含む音叉形振動ジャイロにおいて、
駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領域内にある
ように、前記第１及び第２のアームの少なくとも一方は
寸法に関する所定の条件を満足することを特徴とする音
叉形振動ジャイロである。駆動振動モードのＱ値が安定
領域内にあれば、この駆動振動モードのＱ値に影響を与
えることなく、検出振動モードのＱ値を容易に所望の値
に設定することができるようになる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領域内に
あるように、前記第１及び第２のアームの少なくとも一
方の幅と長さとは所定の関係を有する音叉形振動ジャイ
ロである。請求項１の所定の条件を具体的に規定する。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１におい
て、駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領域内に
あるように、前記第１及び第２のアームの少なくとも一
方の幅と前記ベースの長さとは所定の関係を有する音叉
形振動ジャイロである。請求項１の所定の条件を具体的
に規定する。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１におい
て、前記第１及び第２のアームの他方のアームは、検出
振動モードのＱ値が所定の値となるような長さと厚みの
比を満足する音叉形振動ジャイロである。請求項１の所
定の条件を満足する状態で上記比を調整することで、駆
動振動モードに影響を与えることなく、検出振動モード
のＱ値を所望の値に設定することができる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１におい
て、前記第１及び第２のアームの他方のアームは、検出
振動モードのＱ値が所定の値となるような厚みとベース
の長さの比を満足する音叉形振動ジャイロである。請求
項１の所定の条件を満足する状態で上記比を調整するこ
とで、駆動振動モードに影響を与えることなく、検出振
動モードのＱ値を所望の値に設定することができる。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１におい
て、前記第１及び第２のアームの少なくとも一方の長さ
をＬａとし、幅をＷとした場合、Ｌａ／Ｗは３．０以上
である音叉形振動ジャイロである。請求項１の所定の条
件をより詳細に規定する。請求項７に記載の発明は、請
求項１において、前記第１及び第２のアームの少なくと
も一方の幅をＷとし、前記ベースの長さをＬｂとした場
合、Ｌｂ／Ｗは１．５以上である音叉形振動ジャイロで
ある。請求項１の所定の条件をより詳細に規定する。

【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項１におい
て、前記第１及び第２のアームの少なくとも一方のアー
ムは、駆動振動モードの周波数温度特性が所定の値とな
るような長さと幅の比を有する音叉形振動ジャイロであ
る。この比を変えることで、所望の周波数温度特性が得
られる。

【００１４】請求項９に記載の発明は、請求項１におい
て、前記ベースは、駆動振動モードの共振周波数及び検
出振動モードの共振周波数に対応する長さを有する音叉
形振動ジャイロである。ベースの長さを調整すること
で、共振周波数を調整することができる。

【００１５】請求項１０に記載の発明は、請求項１、
２、３、６、７又は８において、前記少なくとも一方の
アームは駆動振動モードで振動するアームである音叉形
振動ジャイロである。振動側のアームを所定の条件とす
ることで、駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領
域内に設定する。

【００１６】請求項１１に記載の発明は、請求項１にお
いて、第１及び第２の少なくとも一方のアームの厚みを
Ｈとし、前記ベースの長さをＬｂとした場合、Ｌｂ／Ｈ
は１．５以上である音叉形振動ジャイロである。請求項
１の所定の条件を満足する状態で上記比を調整すること
で、駆動振動モードに影響を与えることなく、検出振動
モードのＱ値を所望の値に設定することができる。

【００１７】請求項１２に記載の発明は、請求項４、５
又は１１において、前記他方のアーム（請求項４と５）
又は前記少なくとも一方のアーム（請求項１１）は検出
振動モードで振動するアームである音叉形振動ジャイロ
である。請求項１３に記載の発明は、前記圧電単結晶は
ＬｉＴａＯ₃である音叉形振動ジャイロである。圧電単
結晶の一例を示したものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】音叉形振動体の原理本発明の原理を説明する前に、その説明の理解を助ける
ため、まず音叉形振動体について説明する。

【００１９】図１は、音叉形振動体の振動を示す図であ
る。音叉形振動体（以下単に音叉又は素子という）１０
は２つのアーム１２、１４及びこれらを支持するベース
１６を有する。アーム１２、１４とベース１６とは、圧
電体を加工した一体のものである。図１（Ａ）及び図１
（Ｂ）に示すように、音叉形振動体はｆｙモード振動
（面垂直振動）及びｆｘモード振動（面内振動）の２種
類の振動がある。通常の水晶振動子音叉などでは、図１
（Ｂ）に示すｆｘモード振動がほとんどである。ｆｘモ
ード振動とｆｙモード振動とでは、振動モードが異な
る。図１（Ａ）に示すように、ｆｙモード振動はねじり
振動（点線の矢印）を含むので、記号”×”で示すよう
に不動点はベース１６の底面の一点に限られる。よっ
て、振動体の支持の仕方が難しい。一方図１（Ｂ）に示
すように、ｆｘモード振動の不動点はベース１６の底面
上の中央線である。従って、例えばベース１６の長さＬ
を適当に調節することで底面の動きを実質的にゼロに抑
えることができる。

【００２０】本発明では、ｆｘモード振動（駆動振動モ
ード）を駆動し、ｆｙモード振動（検出振動モード）を
検出することで、コリオリ力による出力を得る。ｆｘモ
ード振動を駆動する電極とｆｙモード振動を検出する電
極について、図２及び図３を参照して説明する。図２
は、ｆｘモード振動（同図（Ａ））を駆動する電極を説
明するための図である。ｆｘモード振動はたわみ振動が
基本となる。図２（Ｂ）に示すように、アームをｆｘモ
ード振動方向に直交する方向に縦に２分割し、一方が伸
びる場合には他方が縮むようにアームに電圧をかける。
この場合の電極構成を図２（Ｃ）に示す。２組の電極を
図示の通り配列する。図中の２つの矢印は、対応する電
極に駆動電圧を印加することで生じる電界の方向を示
す。

【００２１】図３は、ｆｙモード振動（同図（Ａ））を
検出する電極を説明するための図である。ｆｙモード振
動もｆｘモード振動と同様にたわみ振動が基本となる。
図３（Ｂ）に示すように、アームをｆｙモード振動に直
交する方向に縦に２分割すると、一方が伸びているとき
には他方は縮んでいる。このアームに対し、図３（Ｃ）
に示す電極を設けることで、ｆｙモード振動に対応する
電圧を検出できる。

【００２２】なお、図２及び図３に示す電極を用いた場
合には、ｆｘモード振動を駆動する電極とｆｙモード振
動を検出する電極との間の電気的な結合を完全に抑制す
ることはできない場合がある。電気的に結合すると、不
要なモードの振動が発生し、ｆｘモード振動又はｆｙモ
ード振動に弾性的に結合して、ジャイロの検出精度を劣
化させる可能性がある。

【００２３】図４に示す音叉１０の電極はこの点を考慮
したものである。アーム１４を介してｆｘモード振動を
駆動し、アーム１２を介してｆｙモード振動を検出す
る。アーム１４には電極２２及び２４を対向するように
アーム１４の側面の端に取り付け、更に、同一の側面上
の端及びこれらを結ぶ側面を覆うような電極３０を取り
付ける。図２（Ｃ）では２組の電極を用いているのに対
し、図１０では１組の駆動用電極を用いているが、この
構成でもｆｘモード振動を引き起こすことは可能であ
る。電極３０は接地電極として機能し、次に説明するア
ーム１２側の検出側電極のうちの電極２８と電気的に接
続してある。なお、電極２２及び２４には端子Ｔ１及び
Ｔ２を介して駆動電圧を印加する。

【００２４】検出側電極は電極２６及び電極２８を有す
る。電極２８は接地電極として機能し、アーム１２の３
つの側面上に設けられている。残りの側面に、電極２６
が設けられている。図４の検出側電極の構成は、図３
（Ｃ）で電極＊を省略した構成に相当する。電極２６及
び２８には端子Ｔ３及びＴ４を介して駆動電圧を印加す
る。

【００２５】電極３０は電極２８を介して接地電位に設
定され、かつ電極２８はアーム１２の３つの側面を覆っ
ているので、電極２２及び２４に対するシールド効果が
得られる。また、電極２４を接地から浮かして使用する
ことができ、回路設計的にも有利である。更に、アーム
の３側面を覆う電極２８の作成は容易であり、電極の位
置ずれによる駆動モードとの結合の割合も減少する。実施例まず、図５を参照して、本発明の一実施例で関係するパ
ラメータを説明する。図５は、ＬｉＴａＯ₃等の圧電単
結晶で形成された音叉形振動ジャイロの基板（素子）の
斜視図である。図５において、Ｌａはアーム１２、１４
の長さ（アーム長）、Ｗはアーム１２、１４の幅（アー
ム幅）、Ｈはアーム１２、１４の厚み（アーム厚）、Ｌ
ｂはベース１６の長さである。

【００２６】図６は、音叉形振動ジャイロの基板をＬｉ
ＴａＯ₃で形成した場合の駆動振動モード及び検出振動
モードのＱ値と、Ｌａ／Ｗ（素子アーム長／アーム幅）
及びＬａ／Ｈ（素子アーム長／アーム厚）との関係を実
験により求めたグラフである。

【００２７】図６に示すように、駆動振動モードのＱ値
は、Ｌａ／Ｗが３．０以上で一定値となり、駆動振動モ
ードの素子特性は安定領域となる。これに対し、検出振
動モードのＱ値はＬａ／Ｈに比例した形で増加してい
く。よって、図６から、駆動側のアームをＬａ／Ｗ≧
３．０とすれば、駆動振動モードに影響を与えることな
く、Ｌａ／Ｈを変化させることで検出振動モードのＱ値
を調整することができる。なお、実際の製造において
は、駆動側アームのＬａ／Ｗを３．０以上に設定した条
件と同じ条件で検出側アームを形成することが好都合で
ある（同一形状とする）。なお、駆動側アームではアー
ム幅Ｗが関与し、検出側アームではアーム厚Ｈが関与す
るのは、図１ないし図３を参照して説明したように、そ
れぞれの振動が異なることによる。

【００２８】図７は、上記音叉形振動ジャイロにおい
て、Ｌｂ／Ｈ（ベース長／アーム厚）及びＬｂ／Ｗ（ベ
ース長／アーム幅）とＱ値との関係を示すグラフであ
る。図８に示すように、駆動振動モードのＱ値はＬｂ／
Ｗが１．５以上で一定値となり、駆動振動モードの素子
特性は安定領域となる。これに対し、検出振動モードの
Ｑ値はＬｂ／Ｈに比例した形で増加していく。よって、
図７から、駆動側のアームをＬｂ／Ｗ≧１．５とすれ
ば、駆動振動モードに影響を与えることなく、Ｌｂ／Ｈ
を変化させることで検出振動モードのＱ値を調整するこ
とができる。なお、実際の製造においては、駆動側アー
ムのＬｂ／Ｗを１．５以上に設定した条件と同じ条件で
検出側アームを形成することが好都合である（同一形状
とする）。

【００２９】振動ジャイロの検出感度は検出振動モード
のＱ値に比例しているのに対し、安定性はそれに反比例
している。よって、検出振動モードのＱ値を所望の値に
容易に設定できるようにすることが必要である。容易と
は、検出振動モードのＱ値を調整する際には、振動駆動
モードのＱ値を意識することなく調整可能であることを
意味している。検出振動モードのＱ値の調整の際、振動
モードのＱ値が変化してしまっては、調整作業は極めて
困難で煩雑になる。

【００３０】図６に示すように、Ｌａ／Ｗを３．０以
上、又は図７に示すようにＬｂ／Ｗを１．５以上、更に
は上記の条件を両方満足させることで、駆動振動モード
のＱ値に影響を与えることなく、検出振動モードのＱ値
のみの調整が可能である。図８は、Ｌｂ／Ｈ及びＬｂ／
Ｗの変化に対する直列共振抵抗（ｋΩ）の変化を示すグ
ラフである。駆動振動モードはＬｂ／Ｗが１．５以上で
安定領域に入り、検出振動モードはＬｂ／Ｈが１．５以
上で安定領域に入る。なお、安定領域における駆動振動
モードの直列共振抵抗は約２０ｋΩであり、安定領域に
おける検出振動モードの直列共振抵抗は約７００ｋΩで
ある。以上のことがら、Ｌｂ／Ｈ≧１．５及びＬｂ／Ｗ
≧１．５とすることで、安定した共振周波数で動作させ
ることができる。

【００３１】図９は、Ｌｂ／Ｈ及びＬｂ／Ｗの変化に対
する共振周波数の変化量を示すグラフである。図９から
判るように、Ｌｂ／Ｈ及びＬｂ／Ｗが１．５を下回ると
きには駆動振動モード及び検出振動モードにおける共振
周波数の変化量は大である。しかしながら、Ｌｂ／Ｗが
１．５以上になると、駆動振動モードの共振周波数の変
化量はゼロ％になるのに対し、検出振動モードの共振周
波数の変化量はＬｂ／Ｈが大きくなるにつれて次第に小
さくなっていく。よって、駆動振動モードと検出振動モ
ードの共振周波数を個別に調整できることが判る。な
お、Ｌｂ／Ｈが１．５より小さいと変化が急激であるた
め、Ｌｂ／Ｈは１．５以上であることが好ましい。

【００３２】振動ジャイロの周波数温度特性も、実用化
においては重要な要素である。振動ジャイロの周波数温
度特性は、駆動振動モードにおける温度変化に対する周
波数変化量と、検出振動モードにおける温度変化に対す
る周波数変化量との差が小さいことが好ましい。この周
波数変化量の差は、駆動振動モードを起こす駆動回路又
は検出振動モードを検出する検出回路のいずれか又は両
方を工夫することによってある程度補償可能である。

【００３３】これに対し、本発明者は、アーム長が振動
ジャイロの周波数温度特性に関係することを見いだし
た。図１０は、測定温度に対する周波数変化量（ｐｐ
ｍ）を示す図である。図１０によると、アーム長Ｌａを
大きくすると（アーム幅Ｗはアーム厚Ｈに等しく一
定）、駆動振動モードの周波数温度特性の頂点温度が低
温側に変化している。これに対し、Ｌａ／Ｗを変えるこ
とによる検出側の周波数変化量はほぼ一定であり、アー
ム長Ｌａにより周波数温度特性を調整できることが判
る。

【００３４】なお、前述の寸法の比の調整に関し、実際
の調整では、アーム長Ｌａやベース長Ｌｂを調整するの
が他の部分を調整するよりも簡単である。したがって、
例えば図６及び図１０については、アーム幅Ｗとアーム
厚Ｈを一定とした場合のアーム長ＬａによるＱ値の変化
及び周波数変化量の変化を示す図と考えて差しつかえな
い。また、図７、図８及び図９では、アーム幅Ｗとアー
ム厚Ｈを一定とした場合におけるベース長ＬｂによるＱ
値、直列共振抵抗及び共振周波数変化量の変化を示す図
と考えて差しつかえない。

【００３５】また、上記説明は、圧電単結晶がＬｉＴａ
Ｏ₃の場合であったが、他の圧電単結晶、例えばＬｉＮ
ｂＯ₃でも同様の傾向となる。図１１は、上記音叉形振
動ジャイロの実装状態を示す図である。音叉１０は、例
えばタンタル酸リチューム（ＬｉＴａＯ₃）の１３０度
回転ｙ板で構成されている。なお、単結晶はセラミック
スにくらべ内部損失が少なく、ヒステリシスのなく、音
叉振動子として機械的Ｑの高いものが実現できる。矩形
状のタンタル酸リチューム（ＬｉＴａＯ₃）の１３０度
回転ｙ板に、ダイシングソー又はワイヤーソーで音叉と
しての切れ目を加工した後、側面を含む全面にスパッタ
リング等により薄膜（例えば、ＮｉＣｒ／Ａｕ）を形成
し、その後、前後面及び側面の電極及び配線を光露光法
により加工する（３次元的な電極は斜め露光を用い
る）。図１１に示す音叉１０上に設けられた電極は、図
４に示すものである。配線３４はアーム１４の電極２２
と端子Ｔ１とを接続し、配線３６はアーム１４の電極２
４（図１１では現れない）と端子Ｔ２とを接続する。配
線３８はアーム１２の電極２６と端子Ｔ３とを接続し、
幅広の配線４０はアーム１２の電極２８と電極３０及び
端子Ｔ４とを接続する。なお、共振に与える影響をでき
るだけ少なくするために、音叉１０上に形成されるパタ
ーン及び配線はできるだけ対称になるように形成するこ
とが好ましい。更に、共振に与える影響を軽減するため
に、支持基板１８上に形成されるパターンはできるだけ
対称になるようにすることが好ましい。図１１の例で
は、支持基板１８上に端子Ｔ１１〜Ｔ１４及び外部接続
用端子Ｔ２１〜Ｔ２４、並びにこれらを接続する配線が
設けられている。なお、支持基板の形状は矩形状に限定
されるものではなく、他の形状を用いてもよい。また、
ＬｉＮｂＯ₃の１４０度回転ｙ板などの圧電体単結晶を
用いることもできる。

【００３６】支持基板１８は矩形状で、その厚みは音叉
１０の厚みにほぼ等しい。これは、ｆｙモード振動で支
持基板１８も音叉１０と一緒に共振させるためである。
また、厚みが同じであると、音叉１０の底部１６の面と
支持基板１８の所定の側面を突き合わせて各々の電極を
対向させることが容易になる。

【００３７】音叉１０と支持基板１８とは、接着剤で固
定する。また、音叉１０の端子（図７では端子Ｔ１１）
とこれに対向する支持基板１８の端子（図７では端子Ｔ
２１）とを、ハンダや導電性接着剤などて架橋すること
で、容易に電気的に接続できる。

【００３８】支持基板１８に取り付けられたピン４４を
ベース基板３２に取り付けることで、音叉形振動形ジャ
イロを支持している。支持基板１８上の電極端子Ｔ２１
〜Ｔ２４と、ベース基板３２上の対応する端子とは、銅
などのソフトワイヤでワイヤボンディングすることで、
電気的に接続可能である。支持基板１８の材質として、
アルミナ基板、エポキシプリント板及び液晶ポリマ板等
がある。

【００３９】図１２は、図１１に示す音叉形振動ジャイ
ロを用いたセンサシステムの自励発振回路の一構成例を
示す回路図である。図１２において、ｆｘモード振動す
る部分を圧電振動子ＣＲＹ１で示している。図１２に示
す自励発振回路は、上記圧電振動子ＣＲＹ１と、キャパ
シタＣ１〜Ｃ３と抵抗Ｒ１及びＲ２とで構成される移相
回路と、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５と抵抗Ｒ３〜Ｒ７
で構成される増幅回路とを有する。増幅回路の入力と出
力との間に圧電振動子ＣＲＹ１を接続し、移相回路で正
帰還となるように位相を調整して、自励発振を起こす。
キャパシタＣ４とＣ５は電源フィルタを構成し、電源電
圧Ｖｃｃをフィルタし、フィルタした後の電圧を自励発
振回路の電源電圧として出力する。なお、図１２中、Ｔ
２１及びＴ２２は図１２に示す支持基板１８上に設けら
れている端子Ｔ２１及びＴ２２に相当する。

【００４０】図１３は、図１１に示す音叉形振動ジャイ
ロに接続されるセンサシステムの検出回路の一構成例を
示す回路図である。図１３において、ｆｙモード振動す
る部分を圧電振動子ＣＲＹ２で示している。図１３に示
す検出回路は、上記圧電振動子ＣＲＹ２と、トランジス
タＴｒ６を有する増幅回路と、キャパシタＣ７及び抵抗
Ｒ１１を有するローパスフィルタと、ダイオードＤ１及
びＤ２並びにトランジスタＴｒ７及びＴｒ８を有する検
波回路と、キャパシタＣ８及び抵抗Ｒ１５を有するロー
パスフィルタと、駆動トランジスタＴｒ９、Ｔｒ１０と
を有する。その他、検出回路は抵抗Ｒ８〜Ｒ１０、Ｒ１
２〜Ｒ１４、Ｒ１６〜Ｒ２０、キャパシタＣ６を有す
る。トランジスタＴｒ６の出力をエミッタから取りだ
し、カップリングキャパシタＣ６、ダイオードＤ１及び
ローパスフィルタを介して、トランジスタのベースＴｒ
７に与える。トランジスタＴｒ７のベースに与えられる
信号は、同期検波の基準信号となる。トランジスタＴｒ
７の出力をコレクタ及びトランジスタＴｒ９を介して出
力端子ＯＵＴに出力する。更に、トランジスタＴｒ９の
コレクタ電流をローパスフィルタ及びダイオードＤ２を
介して、トランジスタＴｒ８のベースに与える。

【００４１】トランジスタＴｒ１０のベースは、スタン
バイモード端子として機能し、この端子にイネーブル信
号／ＥＮＢ（図１３のバーに相当）がローレベル（ベー
ス電流が流れるバイアスレベル）になったときに、検出
回路がアクティブになる。なお、図１３中、Ｔ２３及び
Ｔ２４は図１１に示す支持基板１８上に設けられている
端子Ｔ２３及びＴ２４である。

【００４２】以上、本発明の一実施例を説明した。本発
明は、自動車のナビゲーション装置、サスペンション制
御装置、ＶＴＲの手振れ防止装置等、種々の分野に適用
できる。用途により、本発明の音叉形振動ジャイロを複
数用いて、複数方向の回転角速度の検出を行うことがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果が得られる。請求項１、２、３、６、７、１０
及び１３に記載の発明によれば、前述の通り寸法に関す
るパラメータを規定することで駆動振動モードのＱ値が
一定値となる安定領域内に設定できるので、駆動振動モ
ードのＱ値に影響を与えることなく、検出振動モードの
Ｑ値を容易に所望の値に設定することができる。

【００４４】この場合、請求項４、５、１１及び１２に
規定する構成により、駆動振動モードのＱ値に影響を与
えることなく、検出振動モードのＱ値を容易に所望の値
に設定することができる。請求項８に記載の発明によれ
ば、駆動振動モードの所望の周波数温度特性が容易に得
られる。

【００４５】請求項９に記載の発明によれば、ベースの
長さを調整することで、共振周波数を調整することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】音叉（振動素子）の振動を説明するための図で
ある。

【図２】音叉に面内振動（ｆｘ振動モード）を起こすた
めの電極構成を説明するための図である。

【図３】音叉に発生した面垂直振動（ｆｙ振動モード）
を検出するための電極構成を説明するための図である。

【図４】本発明の一実施例で用いる電極構成を示す図で
ある。

【図５】本発明の振動素子に関するパラメータを示す図
である。

【図６】Ｌａ／Ｗ（アーム長／アーム幅）及びＬａ／Ｈ
（アーム長／アーム厚）とＱ値との関係を示すグラフで
ある。

【図７】Ｌｂ／Ｈ（ベース長／アーム厚）及びＬｂ／Ｗ
（ベース長／アーム幅）とＱ値との関係を示すグラフで
ある。

【図８】Ｌｂ／Ｈ及びＬｂ／Ｗと直列共振抵抗との関係
を示すグラフである。

【図９】Ｌｂ／Ｈ及びＬｂ／Ｗと共振周波数変化量との
関係を示すグラフである。

【図１０】外部温度と周波数変化量との関係を示すグラ
フである。

【図１１】圧電振動ジャイロの実装状態を示す斜視図で
ある。

【図１２】図１１に示すジャイロを用いたセンサシステ
ムの駆動回路（自励発振回路）を示す回路図である。

【図１３】図１１に示すジャイロを用いたセンサシステ
ムの検出回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１０音叉形振動体（音叉又は振動素子）１２アーム１４アーム１６ベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２のアーム及びこれらのアー
ムを支持するベースとを有し、該第１及び第２のアーム
並びに該ベースは圧電単結晶を含む音叉形振動ジャイロ
において、駆動振動モードのＱ値が一定値となる安定領域内にある
ように、前記第１及び第２のアームの少なくとも一方
は、寸法に関する所定の条件を満足することを特徴とす
る音叉形振動ジャイロ。
【請求項２】駆動振動モードのＱ値が一定値となる安
定領域内にあるように、前記第１及び第２のアームの少
なくとも一方の幅と長さとは所定の関係を有することを
特徴とする請求項１記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項３】駆動振動モードのＱ値が一定値となる安
定領域内にあるように、前記第１及び第２のアームの少
なくとも一方の幅と前記ベースの長さとは所定の関係を
有することを特徴とする請求項１記載の音叉形振動ジャ
イロ。
【請求項４】前記第１及び第２のアームの他方のアー
ムは、検出振動モードのＱ値が所定の値となるような長
さと厚みの比を満足することを特徴とする請求項１記載
の音叉形振動ジャイロ。
【請求項５】前記第１及び第２のアームの他方のアー
ムは、検出振動モードのＱ値が所定の値となるような厚
みとベースの長さの比を満足することを特徴とする請求
項１記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項６】前記第１及び第２のアームの少なくとも
一方の長さをＬａとし、幅をＷとした場合、Ｌａ／Ｗは
３．０以上であることを特徴とする請求項１記載の音叉
形振動ジャイロ。
【請求項７】前記第１及び第２のアームの少なくとも
一方の幅をＷとし、前記ベースの長さをＬｂとした場
合、Ｌｂ／Ｗは１．５以上であることを特徴とする請求
項１記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項８】前記第１及び第２のアームの少なくとも
一方のアームは、駆動振動モードの周波数温度特性が所
定の値となるような長さと幅の比を有することを特徴と
する請求項１に記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項９】前記ベースは、駆動振動モードの共振周
波数及び検出振動モードの共振周波数に対応する長さを
有することを特徴とする請求項１に記載の音叉形振動ジ
ャイロ。
【請求項１０】前記少なくとも一方のアームは駆動振
動モードで振動するアームであることを特徴とする請求
項１、２、３、６、７又は８のいずれか一項記載の音叉
形振動ジャイロ。
【請求項１１】前記第１及び第２のアームの少なくと
も一方のアームの厚みをＨとし、前記ベースの長さをＬ
ｂとした場合、Ｌｂ／Ｈは１．５以上であることを特徴
とする請求項１記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項１２】前記のアームは検出振動モードで振動
するアームであることを特徴とする請求項４、５又は１
１のいずれか一項記載の音叉形振動ジャイロ。
【請求項１３】前記圧電単結晶はＬｉＴａＯ₃である
ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項記
載の音叉形振動ジャイロ。