CN1184937A

CN1184937A - 振子、振动型回转仪及振子的调整方法

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Publication number: CN1184937A
Application number: CN97123015.3A
Authority: CN
Inventors: 菊池尊行; 乡治庄作; 大杉幸久; 相马隆雄
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1998-06-17
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: EP0844461B1; CA2222232C; CN1101541C; EP0844461A2; DE69718994T2; EP0844461A3; US5998911A; DE69718994D1; CA2222232A1

Abstract

振动型回转仪的振子具有包括基部和从基部向与基部长度方向交叉的方向延伸的至少1条弯曲振动片的主臂,以及固定基部的一个端部的固定部,基部和弯曲振动片设置成基本上在一定平面内延伸。最好,在基部的与上述端部相反的一侧,设有从弯曲振动片向外凸出的凸出部,或具有与基部的振动发生共振且从固定部伸出的至少一对共振臂。因此,即使设置成振动臂与转轴垂直,不必设置一定重量的凸出部,也能高灵敏度地测出旋转角速度。

Description

振子、振动型回转仪及振子的调整方法

本发明涉及为检测旋转***内的旋转角速度用的角速度传感器所使用的振子、及使用该振子的振动型回转仪，尤其涉及使用压电体的振子及使用该振子的振动型回转仪。

历来，作为检测旋转***内旋转角速度用的角速度传感器，使用压电体的振动型回转仪一直被使用于飞机、船舶及宇宙卫星等的定位。最近，在民用领域，又被使用于车辆导航、VTR及静物照相机的手抖动检测等。

如上所述的压电振动型回转仪利用的是当在振动物体上施加角速度时，在与该振动垂直的方向会产生哥氏力这一点。其原理可以用力学模型进行解析(例如《弹性波元件技术手册》欧姆社，第491-497页)。此外，作为压电型振动回转仪，到目前为止已提出了多种。例如，斯佩里音叉型回转仪、华特生音叉型回转仪、正三棱柱型音片回转仪及圆筒型回转仪等等。

本发明人对振动型回转仪的应用进行了种种研究，例如，研究了在汽车的车体转动速度反馈式车辆控制方法中所使用的旋转速度传感器中使用振动型回转仪。在这样的***中，操纵轮的方向本身由手柄的转动角度来测出。与此同时，车体实际转动的转动速度由振动回转仪测出。然后，比较操纵轮的方向与实际车体的转动速度并求出其差，根据该差修正车轮转矩及操纵角，从而实现稳定的车体控制。

但是，上述传统的压电振动型回转仪中的任一例，都只有将振子相对转轴平行配置(所谓纵置)，才能检测出旋转角速度。然而，要测定的旋转***的转轴相对安装部分是垂直的。因此，安装这样的压电振动型回转仪时，不能使压电振动型回转仪降低高度，即，不能减少从转轴方向看振动型回转仪时的尺寸。到了近几年，日本发明专利公开1996年第128833号公报提出了一种将振子相对转轴垂直配置(所谓横置)也能测出旋转角速度的压电振动型回转仪。在这些例子中，如图1所示的其中一个例子所示，振子沿X、Y方向延伸，而且相对转轴Z垂直地延伸。在3个弹性体51a、51b、51c的顶端设有配重53。利用压电元件54、55使弹性体51a、51b、51c在X、Y平面内以相互相反的相位振动。使绕Z轴旋转的旋转角速度ω所产生的Y方向的哥氏力作用于配重53的重心位置。因为弹性体51a、51b、51c的面与配重53重心位置在Z方向稍稍分离，所以，由于作用于配重53重心的哥氏力，弹性体51a、51b、51c的顶端在Z方向相互反方向地弯曲。通过用压电元件56、57检测该弯曲振动，求出绕Z轴的旋转角速度ω。

此外，采用这种振子即，采用有多个臂及连接多个臂的基部，对臂的振子施加在规定面内的驱动振动，并根据与该驱动振动垂直的所施加旋转角速度对应的检测振动来求出旋转角速度的振子的振动型回转仪已知有种种结构。例如，在日本发明专利公开1995年第83671号公报中，公开了一种使用将中央的驱动臂与其左右的检测臂共3根臂用基部连接成一体结构的音叉型振子的振动型回转仪。图2示出一例这种现有振动型回转仪的结构。在图2所示的例子中，构成振动型回转仪的音叉型振子102具有将中央的驱动臂104及在其左右大致平行配置的检测臂103、105这样3条臂，以及采用基部106将这些驱动臂104和检测臂103、105连接成一体的结构。

上述的音叉型振子102利用设于驱动臂的未图示的驱动装置使驱动臂104在XZ面内振动，并使左右检测臂103、105在相同的XZ面内共振。在此状态下，一旦以音叉型振子102的对称轴Z为中心旋转角速度ω起作用，检测臂103、105即受到哥氏力f的作用。因为检测臂103、105正在XZ面内振动，故检测臂103、105感应产生在YZ面内的振动。用设于检测臂103、105的未图示的检测装置检测该振动，测定旋转角速度。

上述日本发明专利公开1996年第12883号公报记载的压电振动型回转仪在其原理上确实是将振子横置也能检测出旋转角速度。但是，因为必须设置配重53，故高度的降低不充分。若为了充分降低高度而减薄配重53的厚度，则存在哥氏力产生的力矩相应减小，弯曲振动微小，测定灵敏度低的问题。

上述结构的压电振动型回转仪的振子因为振子结构的关系，驱动与检测的振动方向是不同的。即，弹性体51a、51b、51c必须在XY平面内振动的同时，在Z方向也振动，作2方向的振动。一般情况下，对于压电振动型回转仪，为了使测定灵敏度良好，要求驱动用振动频率与检测用振动频率始终保持一定的关系。在此，若考虑振子的材料为单晶，则因为单晶具有各向异性，故温度造成的振动频率变化因振动方向而异。因此，若用单晶构成上述结构的振子，即存在如下问题：即使在某一温度下将驱动与检测的振动频率确定为一定关系，一旦温度发生变化，即不能维持该关系，测定灵敏度容易因温度而变化。

此外，上述图2所示结构的现有振动型回转仪，在支承音叉型振子102组成振动型回转仪的情况下，或者将音叉型振子102基部106的与驱动臂104和检测臂103、105所在端部相反一侧的端部107全部固定支承，或者在该端部107的与对称轴Z对应的位置固定支承未图示的支承臂。因此存在如下问题：在检测臂103、105的检测振动的动作中，不能说有效利用了旋转角速度产生的哥氏力，检测臂103、105在YZ面内的检测振动的共振尖锐度(Q值)很低，旋转角速度的测定灵敏度降低。

另一方面，关于旋转角速度的检测方法，不论是普通的具有纵置振子的振动型回转仪还是有上述横置振子的振动型回转仪，都是将哥氏力产生的与驱动振动模式不同的振子的振动作为压电陶瓷的变位用电测出，根据该输出信号的振幅大小来测定旋转角速度。但是，将由压电性单晶构成的振子水平横置的振动型回转仪，其结构使旋转角速度的灵敏度很低，所以存在的问题是，若根据输出信号振幅的大小来测定旋转角速度，则检测精度差。

为了解决该电压变动或温度变动等外因引起的噪音问题，对于纵置音片型振子，在日本发明专利公告1992年第14734号公报公开了如下技术：着眼于驱动信号相位与输出信号相位的相位差因哥氏力而变化这一点，根据该相位差的变化来测定旋转角速度。但是，对于将由压电性单晶构成的振子水平横置的振动型回转仪，即使应用上述利用相位差变化检测旋转角速度的方法，在测定灵敏度方面及相位差与旋转角速度的直线性方面，也不能获得满意的结果。

本发明的课题在于，做到即使在将振子设置成振子的振动臂相对转轴在垂直方向延伸的情况下，不必从振子向转轴方向设置一定重量的凸出部，也能以充分高的灵敏度检测出旋转角速度。

此外，本发明的课题旨在提供可简化其结构并在安装时能横置、可降低高度的振子、振子的调整方法及使用该振子的振动型回转仪。

此外，本发明的目的在于消除上述存在的问题，提供能以高灵敏度测定旋转角速度的振动型回转仪。

另外，本发明的课题旨在对使用水平横置型的压电性单晶构成的振子的振动型回转仪，提供使旋转角速度的检测精度提高的振动型回转仪。

本发明第1状况的振子特征在于，包括具有基部和从该基部起向与基部长度方向交叉的方向延伸的至少一条弯曲振动片的主臂，以及固定基部一个端部的固定部，基部和弯曲振动片基本上在一定平面内延伸。

此外，本发明涉及一种检测旋转角速度用的振动型回转仪，其特征在于，具有所述振子、激励振子在平面内振动用的激振装置，以及当振子在平面内旋转时，对施加于振子的哥氏力导致的振子的弯曲振动进行检测，并输出与测出的弯曲振动相应的信号用的检测装置。

若采用本发明，振子的驱动振动及检测用的振动在一定平面内进行，且应检测的振动使用弯曲振动，因此，在将振子设置为振子的振动臂相对转轴在垂直方向延伸的情况下，不必从振子向转轴方向设置一定重量的凸出部，就能以充分高的灵敏度检测出旋转角速度。

在第1实施状况的较佳状况中，作为固定部使用两端固定的固定片部，在该固定片部的一侧设置主臂，在固定片部的另一侧设置共振片，并使固定片部、主臂、所述共振片基本上在所述一定平面内延伸。即，可以将激振装置和弯曲振动检测装置设置在中间夹着两端固定的固定片部的位置。这样，激振装置与弯曲振动检测装置之间就能防止电、机混杂之类的坏影响，故检测精度进一步提高。

在上述结构中，因为振子的变位在一个平面内，所以，主臂、共振臂、共振片及固定片部可以用相同的单晶例如水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶构成。此时，可以使测定灵敏度良好。制作单晶薄板，并对该单晶薄板进行蚀刻、磨削加工，即能制成整个振子。

基部与弯曲振动片可以用不同构件构成，但一体构成尤为适宜。此外，振子的材质无特别的限定，但使用由水晶、LiTaO₃、LiNbO₃、铌酸锂-钽酸锂固熔体(Li(Nb，Ta)O₃)单晶等构成的单晶较宜。使用这样的单晶，能使检测灵敏度良好，并能减小检测噪音。

又因为对温度变化特别不敏感，所以，适宜于用作必须有温度稳定性的车辆用装置。对于这一点作进一步说明。作为使用音叉型振子的角速度传感器，例如有日本发明专利公开1996年第128833号公报记载的压电振动型回转仪。但是，在这样的振子中，振子向两个方向振动。即，在图1中，振子在X-Y平面内振动，与此同时，在Z方向也振动。因此，尤其在振子如前所述用单晶形成时，必须使单晶的两个方向的特性相一致。然而现实是，压电单晶是各向异性的。

一般在压电振动型回转仪中，为了使测定灵敏度良好，要求在驱动的振动模式固有共振频率与检测的振动模式固有共振频率之间保持一定的振动频率差。但是，单晶具有各向异性，一旦结晶面变化，振动频率的温度变化程度也异。例如，当沿某一特定结晶面切断时，振动频率随温度的变化几乎不存在，但当沿另一结晶面切断时，振动频率就对温度变化敏感地反应。

因此，当振子向两个方向振动时，两个振动面中的至少一个面是振动频率的温度变化大的结晶面。

与此相比，通过如本发明那样，使整个振子在一定平面内振动，且振子用压电单晶形成，即能不受到如上所述的单晶各向异性的影响，在振子中仅利用单晶的特性最好的结晶面。

具体地说，因为振子的振动全部在单一平面内进行，所以，可以仅利用压电单晶中振动频率几乎不随温度而变化的结晶面来制造振子。因此，可以提供温度稳定性极高的振动型回转仪。

在上述单晶中，LiNbO₃单晶、LiTaO₃单晶、铌酸锂-钽酸锂固熔体单晶的电、机耦合系数特别大。此外，将LiNbO₃单晶与LiTaO₃单晶相比较，LiTaO₃单晶比LiNbO₃单晶的电、机耦合系数更大，且温度稳定性也更好。

本发明第2状况涉及的振子特征是，在上述振子中，主臂具有向与基部的长度方向交错的方向延伸的一对所述弯曲振动片及从各弯曲振动片分别延伸出的音叉型振动片，基部、弯曲振动片及音叉型振动片形成为基本上在一定平面内延伸。在上述结构中，因为振子的变位在一个平面内，所以，可以将音叉型振子和支承体用相同的单晶例如水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶、Li(Nb、Ta)O₃单晶构成。此时，因为能使测定灵敏度良好，且能用从单晶薄板进行蚀刻等的晶片工艺(水晶时)或用切削等的切出单晶方法(LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶等时)来制造振子，故较佳。

此外，本发明的振子的调整方法是上述结构的振子的调整方法，其特征在于，使主臂弯曲振动片的两端在一定平面内比音叉型振动片的位置更向外伸出，并通过减少该伸出部分中的至少一方的伸出量，将所述音叉型振子的在一定平面内的振动的共振频率与基部在一定平面内的弯曲振动的共振频率调整为一定的关系。

还有，本发明振动型回转仪是使用上述第2状况振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励弯曲振动片及音叉型振子使其在一定平面内作振动用的、设于音叉型振子的激振装置，以及对基部出现的在一定平面内的弯曲振动进行检测并将测出的与弯曲振动相应的信号输出用的、设于基部的弯曲振动检测装置。

另外，本发明的振动型回转仪是使用上述第2状况振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励基部使其在一定平面内作弯曲运动用的、设于基部的激振装置，以及对音叉型振动片出现的在一定平面内的振动进行检测并将测出的与振动相应的振动输出用的、设于音叉型振动片的振动检测装置。

本发明第3状况涉及的振子特征是，在上述振子中，主臂具有向与基部的长度方向交错的方向延伸的一对所述弯曲振动片及从各弯曲振动片分别延伸出的音叉型振动片，在该主臂之外，还设有两端被固定且固定着主臂基部的固定片部，以及在固定片部的与所述基部对应位置的基部相反侧所设的共振片，所述主臂、所述固定片部及所述共振片在一定平面内延伸。

当力矩作用于弯曲振动片的两端时，即能使基部和共振部在一定平面内产生以基部和共振部的与固定片部连接的连接部分为支点的弯曲运动。

此外，本发明的振子调整方法是第3状况振子的调整方法，其特征在于，通过减少设于弯曲振动片两端的伸出部分中的至少一方的伸出量，将弯曲振动片及音叉型振动片的在一定平面内的共振频率与基部和共振部的在一定平面内的弯曲振动的共振频率调整为一定的关系。

另外，本发明的振动型回转仪是使用上述第3状况振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述音叉型振动片使其在所述一平面内作振动用的、设于音叉型振动片的激振装置，以及对所述共振片发生的在所述一平面内的弯曲振动进行检测，并将测出的与弯曲振动相应的振动输出用的、设于共振片的弯曲检测装置。

还有，一种使用第3状况振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励共振片使其在一定平面内作弯曲运动用的、设于共振片的激振装置，以及对音叉型振动片发生的在一定平面内的振动进行检测并将测出的与振动相应的振动输出用的、设于音叉型振动片的振动检测装置。

上述振动型回转仪不论哪一种，与现有的无共振片的振子相比较，都能将激振装置与弯曲检测装置或振动检测装置设置在振子上分离的位置。因此，可以防止激振装置与弯曲检测装置或振动检测装置之间的电、机耦合之类的坏影响，故检测精度进一步提高。

本发明第4状况涉及的振动型回转仪是使用上述振子中的任一种来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：驱使作驱动振动的驱动装置，以及对伴随驱动装置产生的驱动振动而发生的、驱动模式与驱动振动不同的振动状态进行检测的检测装置，还具有相位差检测装置，当将发生驱动振动用的电信号作为参照信号，用检测装置将伴随驱动振动发生的、振动模式与驱动振动不同的振动作为电信号取出，并将该电信号作为输出信号时，该相位检测装置对参照信号与输出信号的相位差进行检测，并根据由相位差检测装置测出的相位差的变化来测出角速度。

本发明涉及一种振动型回转仪，该振动型回转仪是由将水平面内振动作为驱动振动使用的、使用压电性单晶构成的振子构成的，本发明的依据在于发现通过求出基于驱动振动的参照信号与基于检测振动的输出信号之间的相位差，再根据求出的相位差的变化来测出旋转角速度，能提高旋转角速度的检测精度。即，如使用水平横置振子的振动型回转仪那样，即使是哥氏力引起的振子的振动小、灵敏度低的回转仪，通过使用振子材质本身的Q高的压电性单晶，例如水晶、LiNbO₃单晶或LiTaO₃单晶，即能提高应检测回转信号对因电压变动及温度变动等外因引起的噪音的S/N比。其结果，对于加工精度等引起的称为漏信号的杂散振动导致的信号振幅比原来的回转信号振幅大6倍以上的区域，可在检测灵敏度低但相位差的变化与旋转角速度的直线性良好的区域检测旋转角速度。因此，能提高检测精度。

本发明第5实施状况是一种所述振子，其特征在于，振子是压电单晶构成的板状振子，在振子的一侧主面与另一侧主面之间，设有由压电单晶构成的多层层状部分，且各层状部分中的极化轴方向互不相同。

此外，本发明涉及一种振动型回转仪，其特征在于，具有所述振子、设于一主面上的一侧电极、设于另一主面上且与上述一侧电极相对的另一侧电极。

此外，本发明涉及一种使所述振子向与振子的中心面交错的方向振动的方法，其特征在于，在一主面上设置一侧电极，在另一主面上设置与上述一侧电极相对的另一侧电极，并对所述一侧电极和另一侧电极施加极性互不相同的交流电压。

此外，本发明涉及一种对上述振子振动的检测方法，其特征在于，在一主面上设置一侧电极，在另一主面上设置与上述电极相对的另一侧电极，用电压检测机构连接上述一侧电极和另一侧电极，并使振子向着与一主面及另一主面交叉的方向振动，从而对在所述一侧电极与另一侧电极之间发生的交流电压进行检测。

若采用本发明第5状况的振子及振动型回转仪，通过在振子的一对相互对置的主面上形成电极并对该电极施加交流电压，即能使振子向与主面交错的方向、最好是正交的方向作弯曲振动。而且，在激励作弯曲振动的过程，振子内部被施加均匀的电场。因此，在振子内部不会发生局部电场不均匀及因电场不均匀引起的内部应力。

在本发明的较佳状况下，各层状部分由压电单晶构成且极化轴方向互不相同的板状体构成，且这些板状体接合而构成各层状部分。

尤其在本发明较佳状况下，至少一主面侧的一个层状部分中的极化轴的方向与另一主面侧的另一层状部分中的极化轴的方向是相反方向。

振子的材质无特别限定，但以水晶、铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固熔体、LGS(langasite：La₃Ga₅SiO₁₄)、焦硼酸锂尤为理想，而铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固熔体或LGS更为理想。水晶、LiNbO₃单晶、LiTaO₃单晶、Li(Nb、Ta)O₃单晶的电、机耦合系数特别大。此外，若将LiNbO₃单晶与LiTaO₃单晶相比较，则LiTaO₃单晶比LiNbO₃单晶的电、机耦合系数更大，且温度稳定性也更好。

此外，其例还可列出钛酸锆酸铅(PZT)、松弛剂化合物(relaxer compounds，其一般式为Pb(A_1/3B_2/3)O₃，在此，A为Cd、Zn、Mg等，B为Nb、Ta、W等)、钛酸锆酸铅与松弛剂化合物的混晶系压电单晶、LGS及焦硼酸锂。

本发明第6状况的振动型回转仪，其所使用的振子由多个臂及连接多个臂的基部组成，对臂施加在一定面内的驱动振动，根据与施加的旋转角速度对应的检测振动来求出旋转角速度，其特征在于，在检测振动最小区域所在的小区域内支承振子。

在本发明中，支承振子时，通过在检测振动最小区域所在的小区域支承振子，能将振子的动作最小区域固定。因此，利用哥氏力能有效产生检测振动，检测振动的Q值高，可提高灵敏度。因为哥氏力产生的检测振动的振幅小，故本发明对提高灵敏度特别有效。

此外，作为理想状况，若在检测振动最小区域所在的小区域与驱动振动最小区域所在的小区域重叠的区域进行振子的支承，则不仅检测振动而且驱动振动的Q值也高，可以进一步提高灵敏度，故十分理想。还有，作为振子的材质，采用压电陶瓷、水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶等的压电材料为宜，其中，采用水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶等的单晶更为理想。这是因为，单晶本身的高Q值能有效利用的缘故。

又，在本发明中，所谓检测振动或驱动振动最小区域所在的小区域，是指检测振动时或驱动振动时振动振幅为振子的最大振动振幅点的千分之一以下范围内的区域。

本发明第7状况的振动型回转仪是具有压电体构成的臂的振子的振动型回转仪，其特征在于，在所述臂上设置中空部，在该臂的夹着中空部的部分分别设置一对电极。

在本发明中，因为在臂上设置中空部，并在该臂的夹着中空部的部分分别设置一对电极，所以，即使存在从其中一对电极流向另一对电极的电场，也因为在该部分不存在压电体，故不会产生不必要的变位。因此，能消除噪音，进行高精度的角速度检测。

中空部的大小无特别限定，但若中空部具有超过电极长度方向的长度的大小，则即使存在电场泄漏，也因为根本不存在产生变位的压电体，故完全不会发生臂的不必要变位，十分理想。另外，因为必须与电极对应地设置中空部，越接近各臂的基部臂的弯曲越大，对于必须将电极设置在臂的基部起1/3-2/3位置的本发明臂，将中空部设置在臂的基部起1/3-2/3的位置较理想。再有，若压电体是钽酸锂(LiTaO₃)的130°Y板，则因为在本发明中成问题的漏电场的影响很大，故设置本发明中空部的效果很大，十分理想。

上述各状况的振子其主面的平面度最好为100μm以下。此外，基部与弯曲振动边所成的角度最好为45°以上。

附图的简单说明。

图1是示出传统振子形态的立体图。

图2是示出传统振子形态的立体图。

图3-图23是本发明第1状况涉及的图。

图3是本发明一实施例形态涉及的振动型回转仪的主视图。

图4(a)是说明直线状振子的振动方向用的主视图。

图4(b)是说明图3中的振子的驱动方向用的主视图。

图5(a)、(b)、(c)是说明图3中的振子各部分振动方向和振动原理用的模式图。

图6是使用固定片部的振动型回转仪的主视图。

图7是使用固定片部的其他振动型回转仪的主视图。

图8是使用固定片部的另一振动型回转仪的主视图。

图9是示出各弯曲振动片与基部不垂直的振子的主视图。

图10是示出各弯曲振动片呈弯曲形状的振子的主视图。

图11是具有从弯曲振动片向外凸出的凸出部分35的振子的主视图。

图12是概略示出使用具有主臂101F和一对共振臂的振子的振动型回转仪的立体图。

图13(a)是示出图11中的振子的驱动振动形态的线图。

图13(b)、图13(c)是示出图11中的振子的检测振动形态的线图。

图14是概略示出使用主臂101G和一对共振臂的振子的振动型回转仪的立体图。

图15是概略示出具有主臂101H和一对共振臂且各共振臂两侧的尺寸不同的回转仪的立体图。

图16是图15中的振动型回转仪的立体图。

图17是示出图15、图16中的振动型回转仪的尺寸a和驱动振动及寄生振动的固有频率的变化的图表。

图18是概略示出具有主臂101I和一对共振臂且主臂上的电压施加方向与各共振臂上的电压施加方向成120°的振动型回转仪的立体图。

图19是概略示出具有主臂101J和一对共振臂且主臂上的电压施加方向与各共振臂上的电压施加方向成120°的振动型回转仪的立体图。

图20是概略示出具有主臂101N和一对共振臂且主臂上的电压施加方向及各共振臂上的电压施加方向与a轴成15°的振动型回转仪的立体图。

图21是将采用具有主臂101K和一对共振臂且弯曲振动片和共振臂上设有通孔的振子的振动型回转仪概略示出的立体图。

图22是将采用具有主臂101L和一对共振臂且弯曲振动片和共振臂上设有通孔的振子的振动型回转仪概略示出的立体图。

图23是将采用具有固定片部12、主臂101L、一对共振臂92A、92B、共振片103及一对第2共振臂97A、97B的振动型回转仪概略示出的立体图。

图24-图27是本发明第2状况涉及的图。

图24是示出本发明振子之一例结构的图。

图25是示出本发明振子其他例结构的图。

图26是示出本发明振子的另一例结构的图。

图27是示出本发明振子的又一例结构的图。

图28-图34是本发明第3状况涉及的图。

图28是示出本发明振子之一例结构的图。

图29是说明本发明振子的驱动振动及检测振动用的图。

图30是示出本发明振子其他例结构的图。

图31是示出本发明振子另一例结构的图。

图32是示出本发明振子又一例结构的图。

图33是示出本发明振子再一例结构的图。

图34是示出本发明振子还一例结构的图。

图35-图43是本发明第4状况涉及的图。

图35是示出本发明所使用振子之一例结构的图。

图36是示出本发明所使用振子另一例结构的图。

图37是示出本发明所使用振子又一例结构的图。

图38是示出本发明所使用振子再一例结构的图。

图39是示出本发明振动型回转仪中的相位差检测装置之一例的方框图。

图40是示出在本发明中当漏信号与回转信号为一定关系时相位差与旋转角速度间关系之一例的图表。

图41是示出在本发明中当漏信号与回转信号为一定关系时相位差与旋转角速度间关系之另一例的图表。

图42是示出在本发明中当漏信号与回转信号为一定关系时相位差与旋转角速度间关系之又一例的图表。

图43是示出本发明中的直线性与漏信号和回转信号之比的关系的图表。

图44-图59是涉及本发明第5状况的图。

图44是本发明人研究的音叉型振子的立体图。

图45(a)是说明对各振动臂激励振动的方法用的俯视图。

图45(b)是从X轴的方向看到的各振动臂的主视图。

图46是示出本发明一实施形态涉及的振动型回转仪的振子156的立体图。

图47(a)是说明对本发明一实施形态中的振子的面垂直振动臂激励振动的方法用的俯视图。

图47(b)是从X轴的方向看到的振动臂的主视图。

图48是示出被面内振动臂激励的面内振动用的模式性平面图。

图49(a)是说明对本发明另一实施形态中的振子的面垂直振动臂激励振动的方法用的俯视图。

图49(b)是从X轴的方向看到的面垂直振动臂的主视图。

图50(a)是说明对本发明又一实施形态中的振子的面垂直振动臂激励振动的方法用的俯视图。

图50(b)是从X轴的方向看到的面垂直振动臂的主视图。

图51是示出本发明涉及的振动型回转仪的3根音叉型振子的立体图。

图52是示出本发明其他实施形态涉及的振动型回转仪的3根音叉型振子的立体图。

图53是示出本发明另一实施形态涉及的振动型回转仪的3根音叉型振子的立体图。

图54(a)、图54(b)及图54(c)分别是示出基材185A、185B、185C的立体图。

图55是示出本发明又一实施形态涉及的振动型回转仪的3根音叉型振子的立体图。

图56是模式性示出面垂直振动臂188A、188B形态的俯视图。

图57是模式性示出面内振动臂形态的俯视图。

图58是模式性示出其他实施形态中的面垂直振动臂形态的俯视图。

图59是模式性示出其他实施形态中的面内振动臂形态的俯视图。

图60-图67是涉及本发明第6状况的图。

图60(a)、图60(b)、图60(c)分别是示出本发明振动型回转仪的振子之一例结构的图。

图61(a)、图61(b)分别是说明本发明振子支承方法之一例用的图。

图62是示出对音叉型振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之一例的图。

图63是示出对音叉型振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之另一例的图。

图64是示出对具有T型臂的振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之一例的图。

图65是示出对具有Y型臂的振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之一例的图。

图66是示出对具有Y型相对臂的振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之一例的图。

图67是示出对具有Y型相对臂的振子用有限元法进行固有振动模式解析的结果之另一例的图。

图68-图74是本发明第7状况涉及的图。

图68是示出传统振动型回转仪之一例结构的图。

图69是图68所示传统例中的振动臂之一例结构的图。

图70是说明图68所示传统例中的振动臂存在问题用的图。

图71是示出本发明振动型回转仪之一例结构的图。

图72是示出图71所示例中的振动臂之一例结构的图。

图73是示出本发明振动型回转仪其他例结构的图。

图74是示出图73所示例中的振动臂之一例结构的图。

图75是本发明一实施形态涉及的振子的主视图。

以下参照附图进一步说明本发明第1状况的较佳实施形态。图3是示出本发明一实施形态涉及的振子的主视图，图4(a)是说明直线状振子的振动方向用的主视图，图4(b)是说明图3中的振子的驱动方向用的主视图，图5(a)、(b)、(c)是说明图3中的振子各部分振动方向和振动原理用的模式图。

图3中的振子2的主臂101A的基部3从固定部1向外垂直延伸，基部3的一个端部3a固定在固定部1上。在基部3内设有规定的激振装置5A、5B。基部3的另一端部3b侧设有向与基部3垂直方向延伸的两条弯曲振动片4A、4B。

现对该振子2的振动模式进行说明。如图5(a)模式性所示，对激振装置5A、5B施加驱动电压，使基部3以与固定件1的连接部分26为中心向箭头H所示方向弯曲。随着该弯曲，不仅振子2的基部3，而且各弯曲振动片4A、4B的各个点也如箭头I所示那样移动。设该移动的速度矢量为V。

在本实施形态中，将Z轴作为转轴，使振子2以Z轴为中心作旋转。例如，当振子2向箭头H方向变位时，若如w所示整个振子2以Z轴为中心作旋转，则如箭头J所示哥氏力起作用。其结果，如图5(b)所示，各弯曲振动片4A、4B分别以与基部3的另一端部3b的连接部分25为中心向箭头J方向弯曲。

与此相反，当如图5(c)所示将基部3向箭头K所示方向驱动时，若如w所示整个振子2以Z轴为中心作旋转，则如箭头L所示哥氏力起作用。其结果，各弯曲振动片4A、4B分别以与基部3的另一端部3b的连接部分25为中心向箭头L方向弯曲。因此，能使各弯曲振动片4A、4B如箭头A、B所示作振动。

这样，通过基部3的弯曲振动，各弯曲振动片4A、4B将在X-Y平面内产生的哥氏力变换成以与各弯曲振动片4A、4B的连接部分25为中心的弯曲振动，即能根据该弯曲振动求出旋转角速度。因此，即使将振子相对转轴Z垂直配置(横置)，也能高灵敏度地测出旋转角速度。

又，对图3和图5所示的振子2的检测灵敏度进一步进行说明。本发明人如图4(a)所示，使用细长棒状的振子8A、8B，将振子8B设置在X-Y平面内并使其伸缩。但8A表示振子为伸展状态，8B表示振子为收缩状态。现在考虑振子如箭头E所示从8B状态开始向8A状态伸展的瞬间。若使振子8B以Z轴为中心旋转，则如箭头F所示，受到哥氏力的作用。但是，因为这样的压电体的纵向振动引起的变位小，共振频率低，故不能提高灵敏度。

与此相比较，在本发明中，如图4(b)所示，使基部3如箭头G所示作振动，因此而使弯曲振动片4A、4B如箭头D所示作振动。因此，可获得比图4(a)时远大得多的振幅和振动速度，可加大哥氏力。

另外，当使用图3、图5所示的振子时，对各弯曲振动片4A、4B可激励如箭头A、B所示的弯曲振动。若振子2在X-Y平面内旋转，各弯曲振动片即受到哥氏力的作用，而且各弯曲振动片的哥氏力对基部3起作用。因此，基部3以连接部分26为中心如箭头G所示作弯曲振动。检测该基部3的弯曲振动，即能输出与测出的弯曲振动相应的信号。

当用压电单晶形成振子时，使用电极作为激振装置、检测装置5A、5B、6A、6B、6C、6D。但是，振子可用弹性材料形成，此时，作为激振装置、检测装置5A、5B、6A、6B、6C、6D，可以使用设有电极的压电体。此外，若有激振装置(或检测装置)5A、5B之一，则至少可进行激振或检测。此外，若有激振装置(或检测装置)6A、6B、6C、6D中的一种，则至少可进行激振(或检测)。

在图6-图8所示各实施形态中，在两端固定的固定片部的其中一侧设置主臂，在固定片部的另一侧设置共振片，并设置成固定片部、主臂及共振片基本上在一定平面内延伸。

在图6所示的实施形态中，通过固定片部12将激振装置侧与检测装置侧相分离。具体是，固定片部12的两端由固定部件11固定。在固定片部12的一侧设有主臂101B。主臂101B具有细长的基部16及从基部16向与基部16的长度方向正交的方向延伸的两根弯曲振动片4A、4B。在固定片部12的另一侧设有共振片32。共振片32具有从固定片部12向垂直方向延伸的长方形的支承部13，在支承部13内设有规定的激振装置5A、5B。在支承部13的另一端部13b侧，设有向与支承部13垂直的方向延伸的两根振动片15A、15B。基部16的端部16a和共振片13的端部13a是与固定片部12相连的。这样，固定片部12的两侧大致呈轴对称的形状。

在此说明该振子10的振动模式。对激振装置5A、5B施加驱动电压，使共振片13和一对振动片15A、15B以与固定片部12的连接部分27为中心如箭头M所示作振动。由于对该振动的共振，基部16及一对弯曲振动片4A、4B分别以连接部分25为中心如箭头A、B所示作振动。

这样，由于共振片32的弯曲振动，在各弯曲振动片4A、4B内，将在X-Y平面内产生的哥氏力变换成以各弯曲振动片4A、4B的连接部分25为中心的弯曲振动，可以从该弯曲振动求出旋转角速度。因此，即使将振子相对转轴Z垂直配置(横置)，也能以高灵敏度测出旋转角速度。

又在图6所示的实施形态中，振子10将共振片32的形态与主臂101B的形态做成相对固定片部12轴对称，因此，使共振片与主臂的各振动模式的固有共振频率相匹配。但是，并没有必要使共振片32侧的形态与主臂形态相对固定片部12轴对称。

在图7所示的振子20中，基部16、由一对弯曲振动片4A、4B构成的主臂101B的形态及固定片部12的形态与图4所示的相同，故省略对其的说明。从固定片部12向垂直方向延伸出细长长方形的共振片21。在共振片21的靠近固定片部12侧的端部21a设有激振装置5A、5B。

对激振装置5A、5B施加驱动电压，使共振片21以与固定片部12的连接部分27为中心如箭头M所示作振动。由于该振动的共振，基部16和一对弯曲振动片4A、4B以与固定部件11的连接部分26为中心如箭头D所示作振动。

这样，由于将共振片21做成细长的长方形，与图6所示的实施形态相比较，整个振子的结构简化。但是，需要进行调整，使两侧的力矩大小大致相同，以便固定片部12的激振侧振动频率与检测侧的振动频率之差不增大。从该观点出发，将图7中的共振片21与图6中的共振片32相比较，则在图7中，不存在振动片15A、15B，不存在它们的质量。因此，需要使共振片21顶端部21b从固定片部12向外伸出的伸出尺寸比共振片32从固定片部12向外伸出的伸出部分的尺寸大，即需要使共振片21的质量比支承部13的质量大。因此，共振片21的从固定片部12向外伸出的伸出尺寸有增加的倾向。

图8所示振子的基部16、一对弯曲振动片4A、4B构成的主臂101B的形态及固定片部12的形态与图4所示的相同，故省略对其说明。在固定片部设有共振片31。共振片31有从固定片部12向垂直方向延伸的长方形支承部30，在支承部30设有激振装置5A、5B。在支承部30的顶端侧形成有横向宽大的长方形扩张部23。

对5A、5AB施加驱动电压，使共振片31以与固定片部2的连接部分27为中心如箭头M所示作振动。由于对该振动的共振，基部16及一对弯曲振动片4A、4B以与固定部件11的连接部分26为中心，如箭头D所示作振动。

这样，通过在共振片31内设置扩张部23，能减少共振片31从固定片部12向外伸出的尺寸，且可使共振片31的振动频率与基部16及弯曲振动片4A、4B侧的振动频率接近。

本发明的各振子中的弯曲振动片的长度方向与基部的长度方向未必一定要是成直角的。另外，弯曲振动片的形状可以是直线状的，也可以是曲线状的。但，当设置一对弯曲振动片时，两者最好相对基部相互轴对称。

图9所示的振子40的主臂101C的各弯曲振动片33A、B相对基部3的延伸方向以一定角度θ交叉。交叉角度θ不是直角，但以45°-135°为宜，70°-100°更好。由此，各弯曲振动片33A、33B的振动N、P的振动模式的固有共振频率与图3所示振子的弯曲振动片的振动模式的固有共振频率相比有稍许变化。

图10所示振子41的主臂101D，其各弯曲振动片34A、34B呈稍许弯曲的弧状。因此，各弯曲振动片34A、34B的振动Q、R的振动模式的固有共振频率与图3、图9所示的振动相比有一些变化。图9、图10所示的形态在图6、图7、图8所示的振子中也可以采用。

一般在压电振动型回转仪中，为了使测定灵敏度良好，要求驱动的振动模式的固有共振频率与检测的振动模式的固有共振频率之间保持一定的振动频率差。在本发明的各振子中，若基部振动模式的固有共振频率与弯曲振动片振动模式的固有共振频率接近，灵敏度良好但响应速度恶化。若基部振动模式的固有共振频率与弯曲振动片振动模式的固有共振频率之差增大，则响应速度良好但灵敏度恶化。

因此，可以通过减除弯曲振动片顶端侧的质量来改变弯曲振动片的振动模式的固有共振频率。此外，通过在与基部的固定端部相反的一侧设置从弯曲振动片向外凸出的凸出部并减除该凸出部的质量，能改变基部振动模式的固有共振频率。

例如，图11所示的振子42的主臂101E，在基部3的另一端部3b一侧，设有从弯曲振动片4A、4B向外凸出的凸出部35。这样，通过进行加工从凸出部35的一部分37减除质量，即能改变基部振动D的振动模式的固有共振频率。另外，通过进行从各弯曲振动片4A、4B的各顶端侧的36A、36B减除质量的加工，即能使各弯曲振动片的振动A、B的振动模式的固有共振频率分别独立发生变化。该减除加工可通过激光照射或机械加工来实施。

以下叙述具有共振臂的本发明振子的状况，该振子具有从固定部向外伸出的、对基部的振动发生共振的至少一对共振片。

如图3-图11所示，利用主臂或其共振片的弯曲振动片的弯曲振动的振动型回转仪，当采用相对旋转***垂直延伸的振子时，能达到以往达不到的高灵敏度。但是，本发明人进一步研究却发现，还存在如下问题。即发现，因为由弯曲振动片与基部组成的主臂呈从固定部向外伸出的形态，所以，例如当以弯曲振动片的弯曲振动为驱动振动，对以基部的固定部为中心的弯曲振动进行检测时，基部的振动比较容易早期衰减，因此，该检测振动的Q值尚还有改善的余地。

本发明人为了解决该问题进行研究，结果想到了，至少与基部一起从固定部向外伸出一对共振臂，使共振臂相对基部振动发生共振。此时，共振臂及基部的振动也可以作为驱动振动使用，但将共振臂及基部的振动作为检测振动使用更合适。这是因为承担回转信号的检测振动一方与驱动振动相比，振幅远远小得多，所以Q值的改善效果非常大。

图12-图14示出了该状况涉及的各实施形态的振动型回转仪。

在图12所示振动型回转仪43的振子44中，主臂101F从固定部1向外伸出，且在主臂101F的两侧伸出有一对共振臂48A、48B。基部3从固定部1向外伸出，在基部3的端部3b一侧形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片45A、45B，在各弯曲振动片45A、45B的顶端形成有配重部47A、47B。在各弯曲振动片45A、45B上分别设有激振装置(检测装置)46A、46B、46C、46D。在从固定部1伸出的共振臂48A、48B上分别设有检测装置(激振装置)49A、49B、49C、49D，并在各共振臂的顶端分别设有配重部50A、50B。

参照图13(a)-(c)叙述此时的较佳振动模式。如前所述，激励弯曲振动片45A、45B使其如图13(a)中的箭头S所示作弯曲振动。如使整个振子如前所述旋转，则如箭头T所示哥氏力起作用。由于该哥氏力，基部及一对共振臂被激励的振动有多个。

图13(b)示出了二次振动。此时，基部3与各共振臂48A、48B互相反相地作弯曲振动，与此同时，弯曲振动片45A、45B也以偏离直线58的状态作振动。图13(c)示出了一次振动。此时，基部3与各共振臂48A、48B互相反相地作弯曲振动，与此同时，弯曲振动片45A、45B也以偏离直线58的状态作振动。作一次振动时与作二次振动时的各弯曲振动片45A、45B的振动方向相反。

此时，一次振动或二次振动都可以作为检测振动使用，但必须进行选择，使驱动振动的固有共振频率与检测振动的固有共振频率之差在一定范围之内。

在图14所示的振动型回转仪59A的振子60A中，主臂101G从固定部1向外伸出，基部3从固定部1伸出，在基部3的端部3b侧形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片61A、61B。因为没有与配重部47A、47B相当的部分，所以，各弯曲振动片必须相应延长。在各弯曲振动片61A、61B上分别设有激振装置(检测装置)46A、46B、46C、46D。

另外，从固定部伸出一对共振臂62A、62B，在各共振臂上分别设有检测装置(激振装置)49A、49B、49C、49D。

在本发明中，当使用共振臂时，通过在共振臂从固定部伸出的位置，使共振臂两侧从固定部伸出的尺寸不一致，即能使所谓寄生模式振动的固有共振频率发生变动。在该实施形态中，参照图15、图16所示的振动型回转仪59B进行说明。

在振子60B中，主臂101H从固定部1的突出部1a向外伸出。即，基部3向外伸出，在基部3的端部3b一侧形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片61A、61B。各弯曲振动片61A、61B上设有驱动电极46A、46B、46C、46D。此外，从固定部1伸出一对共振臂63、63B，在各共振臂上分别设有电极49A、49B、49C、49D。

又，在图16的立体图中，将驱动电极的形态及检测电极的形态用剖视图示出。

在此，在各共振臂的外侧设置尺寸a的缺口部74，由此，使高度a的伸出部1a从固定部1伸出。其结果，能使寄生模式的振动的固有共振频率与驱动振动的固有共振频率分离。

例如，在图15所示的振子中，当将弯曲振动片61A、61B的弯曲振动作为驱动振动，将其固有共振频率调整为8750Hz时，在图15中，箭头U所示各共振臂63A、63B的反相的弯曲振动成为寄生模式的振动。当如图14所示，a＝0时，该振动的固有共振频率如图17所示为8700Hz。其结果，驱动振动的固有共振频率与寄生模式的固有共振频率之差为50Hz，所以共振臂的反相振动产生的信号与回转信号相比非常大。

但如图17所示，随着尺寸a的增大，寄生模式的固有共振频率显著变化。尤其是，若使a为1.0mm以上时，可以使寄生模式的固有共振频率远远离开驱动振动的固有共振频率。

如上所述，在上述共振臂从固定部伸出的位置使共振臂两侧从固定部伸出的尺寸相异，这种方法用于使寄生模式振动影响导致的噪音减少是有效的，因此，将a设定为1.0mm以上尤其适宜。但设定在6.0mm以下为好。

在上述各实施形态的振动型回转仪中，当振子用压电单晶形成时，都是通过施加对纸面垂直方向的电压来使各弯曲振动片、基部或共振臂作弯曲振动的。这样的弯曲振动方式，例如当是铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶时特别有用。

然而，图3-图16所示各实施形态的振子，如前所述，在采用完全相同的驱动振动和检测振动的状况，对于水晶等的其他压电单晶当然也可应用。但是，在该场合，因为压电单晶中，有效压电轴的方向与铌酸锂等时是不同的，为了使有效压电轴能用于弯曲振动，必须适当改变驱动电极、检测电极的各形态。

图18-图20示出的都是当使用水晶那样在一定平面内有三次对称轴(a轴)的压电单晶来形成振子，并且其c轴面向着对一定平面垂直的方向时，特别适宜的实施形态的振动型回转仪。

在这样的状况下，最好使对弯曲振动片的电压施加方向及共振臂中的信号电压方向分别面向着a轴。图18和图19是该实施形态涉及的图。

在图18所示振动型回转仪59C的振子60C中，从固定部1伸出主臂101I及基部3，在基部3的端部3b一侧，形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片64A、64B。在各弯曲振动片64A、64B上分别设有驱动电极65A、65B。该驱动电极的形态如A-A’剖面所示，驱动电极65A接地，驱动电极65B与交流电源68连接。因此，弯曲振动片64A、64B被施加沿a轴方向的电压，产生弯曲振动。

一对共振臂66A、66B的长度方向相对弯曲振动片64A、64B分别倾斜120°。各共振臂66A、66B上的各检测电极67A、67B的形态与驱动电极65A、65B的形态相同。因此，在共振臂66A、66B上也被施加沿a轴方向的电压。于是，弯曲振动片中使用的压电常数与共振臂上使用的压电常数一起增高，且增高程度相同。

在图19所示振动型回转仪59D的振子60D中，从固定部1的凸出部1a伸出主臂101J或基部3，在基部3的端部3b一侧，形成有向着与基部3倾斜120°的方向延伸的弯曲振动片70A、70B。在各弯曲振动片的顶端设有配重部71A、71B。

在各弯曲振动片70A、70B上分别设有驱动电极72A、72B。该驱动电极的形态如A-A’剖面所示，驱动电极72B接地，驱动电极72A与交流电源68连接。因此，弯曲振动片70A、70B被施加沿a轴方向的电压，产生弯曲振动。

一对共振臂75A、75B的长度方向对弯曲振动片70A、70B倾斜120°。各共振臂上的各检测电极76A、76B、76C、76D形态在B-B’剖面中示出，检测电极76D接地，从检测电极76C取出检测信号。其结果，在各共振臂75A、75B上也产生沿a轴方向的信号电压。

此外，例如图20的实施形态所示，当弯曲振动片与共振臂向垂直方向延伸时，通过使弯曲振动片及共振臂的长度方向相对a轴倾斜10°-20°、最好倾斜15°，可以取出检测信号。

即，在振动型回转仪59H中，从固定部1伸出主臂101N或基部3，在基部3的端部3b一侧形成相对基部3垂直延伸的弯曲振动片99A、99B，在各弯曲振动片的顶端设有配重部47A、47B。在各弯曲振动片上设有驱动电极65A、65B。此外，从固定部1与基部3平行地伸出一对共振臂100A、100B，在各共振臂上分别设有检测电极67A、67B。

在此，无论是施加于各弯曲振动片的电压的施加方向还是各共振臂上的信号电压的方向，都与a轴成15°，因此，两个臂中使用的压电常数是相同的。

另外，在本发明中，可以在弯曲振动片或共振臂上设置向其长度方向延伸的通孔。这样，可使弯曲振动片或共振臂振动的固有共振频率下降，使共振臂的振动振幅增大，并使传感器的灵敏度提高。图21、图22是示出本发明该实施形态涉及的振动型回转仪的图。

在图21所示振动型回转仪59E的振子60E中，从固定部1伸出主臂101K，而且从固定部1伸出基部3，在基部3的端部3b一侧，形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片78A、78B。在各弯曲振动片顶端设有配重部47A、47B。在各弯曲振动片上分别形成有沿弯曲振动片的长度方向延伸的通孔79A、79B。而且，弯曲振动片上，在各通孔的两侧位置处，设有细长的驱动电极80A、80B、80C、80D。

在本实施形态之下，使用钽酸锂的130°Y板，c轴相对振子的主面成50°。在该角度下振子的温度特性最好。如A-A’剖面所示，各弯曲振动片因为在驱动电极80A、80C与驱动电极80B、80D之间电压的施加方向相反，故弯曲振动片弯曲。

此外，从固定部1伸出一对共振臂81A、81B，在共振臂上设有检测电极83A、83B、83C、83D。在各共振臂上分别形成有向共振臂的长度方向延伸的通孔82A、82B，并在共振臂上各通孔两侧的位置处，设有细长的检测电极83A、83B、83C、83D。如B-B’剖面所示，各共振臂在检测电极83A、83C与检测电极83B、83D之间产生的电位反相。

在图22所示振动型回转仪59F的振子60F中，从固定部1伸出主臂101L或基部3，在基部3的端部3b一侧，形成有一对弯曲振动片85A、85B。在各弯曲振动片顶端设有配重部71A、71B。各弯曲振动片相对基部成120°地延伸。在各弯曲振动片上分别形成有沿弯曲振动片的长度方向延伸的通孔86A、86B。在各通孔的外侧壁面上，设有驱动电极98A、98D，在内侧壁面上设有驱动电极98B、98C。

在本实施形态下，使用如水晶那样在一定平面内有三次对称轴(a轴)的压电单晶板。各弯曲振动片如A-A’剖面所示，外侧面上的驱动电极89A、89D与交流电源68连接，内侧面上的驱动电极89B、89C接地。其结果，在驱动电极89A-89B的组合与驱动电极89C-89D的组合之间，电压的施加方向反相，故弯曲振动片发生弯曲。

此外，从固定部1的凸出部分1a伸出一对共振臂87A、87B，在共振臂上分别形成有向共振臂的长度方向延伸的通孔88A、88B。又如B-B’剖面图所示，在各通孔的外侧壁面上设有检测电极90A、90D，在内侧壁面上设有检测电极90B、90C。在各共振臂上，在检测电极90A、90C侧与90B、90D侧之间，产生的电位反相。

如本实施形态所示，对于共振臂及弯曲振动片的通孔，通过在通孔两侧，在内侧面和外侧面设置一对驱动电极，可以使一根弯曲振动片或共振臂发生弯曲。在检测侧也一样。

在本发明中，可以在固定片部的一侧设置上述主臂和至少一对共振臂，并在固定片部的另一侧设置与主臂共振的共振片。此时，在共振片的弯曲振动片上设置驱动电极，在共振臂方设置检测电极。这样，可以将共振片的弯曲振动片的弯曲振动作为驱动振动使用，面将共振臂的弯曲振动作为检测振动使用。此外，在共振臂上设置驱动电极，在共振片的弯曲振动片上设置检测电极。这样，可以将共振臂的弯曲振动作为驱动振动使用，而将共振片的弯曲振动片的弯曲振动作为检测振动使用。

在这样的状况下，可以在固定片部的另一侧再设置第2共振臂。图23是概略地示出该实施形态涉及的振动型回转仪59G的立体图。

在该振子60G中，在固定部件90的内侧设有固定片部12。在固定片部12的一侧，从凸出部分94A伸出主臂101L和一对共振臂92A、92B。在主臂101L的基部3的端部侧，形成有相对基部3垂直延伸的弯曲振动片91A、91B。在弯曲振动片上设有驱动电极46A、46B、46C、46D。各共振臂的顶端设有配重部93A、93B。

在各弯曲振动片91A、91B上，如A-A’剖面所示，在驱动电极46A、46C侧与驱动电极46B、46D侧之间，电压的施加方向反相。

在固定片部12的另一侧，从凸出部分94B设有共振片103和一对第2共振臂97A、97B。在共振片103的基部98的端部侧，形成有相对基部98垂直延伸的弯曲振动片95A、95B。

在各共振臂97A、97B的顶端设有配重部96A、96B。如B-B’剖面图所示，在共振臂上设有检测电极49A、49B、49C、49D。在检测电极49A、49C侧与检测电极49B、49D侧之间，发生的信号电压反相。

以下对本发明第2实施形态作更详细的举例说明。

图24是示出本发明振子之一例结构的图。在图24所示例子中，振子108在XY平面内延伸，包括一对音叉型振动片109a和109b、使该对振动片在XY平面内结合的一对弯曲振动片241a和241b及将该弯曲振动片在XY平面内固定于外部的固定部件1用的基部3。一对音叉型振动片109a、109b基本相互平行，并与弯曲振动片大致垂直地结合。基部3安装在弯曲振动片241a和241b的大致中央部25处，与音叉型振动片109a、109b大致平行。

在上述结构的本发明振子108中，若在音叉型振子的弯曲振动片241a、241b的两端有与音叉型振动片109a、109b平行即沿Y方向的两个方向相反的力F1、F2起作用，则基部3在XY平面内会产生以基部3与固定部件1连接的根部26为支点的弯曲运动B。

组成振子108的音叉型振动片、弯曲振动片及基部也可以用不同的构件制成，但从尤其是使用单晶时制造更方便这一点考虑，最好是一体构成的。此外，其材质并无特别的限定，但最好使用LiNbO₃、LiTaO₃、Li(Nb，Ta)O₃构成的单晶。若使用这些单晶，可以使检测灵敏度良好，并能减少检测噪音。并且，因为对温度变化也反应迟钝，所以，作为必须有温度稳定性的车辆用装置非常合适。另外，因为在上述单晶中，LiNbO₃单晶和LiTaO₃单晶的电、机耦合系数相对较大，所以使用LiNbO₃单晶或LiTaO₃单晶比使用水晶更好。若将LiNbO₃单晶与LiTaO₃单晶相比较，则LiTaO₃单晶的电、机耦合系数比LiNbO₃单晶的更大，所以，使用LiTaO₃单晶比使用LiNbO₃单晶更好。

上述结构的振子108主要作为振动型回转仪使用。作为振动型回转仪的第1发明，若在图24考虑使用振子1的情况，则如下所述。首先，在以Z轴为中心轴的旋转***中，用未图示的激振装置使音叉型振动片在XY平面内作相位完全相反的振动。在该状态下，若绕Z轴的旋转角速度ω起作用，则由于哥氏力的作用，各音叉型振动片受到沿Y轴且方向相反的力F1、F2的作用。其结果，在弯曲振动片两端产生相同方向的力矩M1、M2。由于该力矩M1、M2，基部3产生在XY平面内的弯曲振动B。将该弯曲振动B作为基部3的变形用未图示的弯曲振动检测装置进行检测，从而可以测定旋转角速度。

如上所述。本发明的振动型回转仪是把在音叉型振动片所在的XY平面内发生的哥氏力变换成基部3的弯曲振动，并根据该弯曲振动求出旋转角速度，所以即使将振子与转轴垂直配置(横置)也能测出旋转角速度。因此，当将本发明的振动型回转仪作为角速度传感器安装，以测出例如汽车车体的旋转角速度时，也能降低安装部分的高度。

另外，在上述例子中，是使音叉型振动片及弯曲振动片在XY平面内振动，在该状态下根据基部3的弯曲振动来测出旋转角速度的，但也可以振动与测定设定成相反。即，如图27所示，在用未图示的激振装置激振基部3使其作弯曲振动B的状态下，由于旋转角速度产生的哥氏力，各音叉型振动片109a、109b受到沿Y轴的同方向的力F1、F2的作用。其结果，弯曲振动片241a、241b的两端受到方向不同的力矩M1、M2的作用。利用该力矩M1、M2，测出音叉型振子中产生的在XY平面内的振动，并利用未图示的产生与测出的振动相应的信号的振动检测装置，即能与上述例子一样地测定旋转角速度。该构成是本发明振动型回转仪的第2发明。

图25是示出本发明振子其他例子结构的图。在图25所示例子中，与图24所示部件相同的部件标上相同的符号，并省略对其说明。在图25所示例子中，与图24所示例子不同的是，设有使构成音叉型振子的弯曲振动片241a、241b的两端比音叉型振动片109a、109b的位置更向外伸出的伸出部111a、111b。在图25所示例子中，通过减少伸出部中的至少一方的伸出量，即能方便地将音叉型振子在XY平面内振动的共振频率与基部3的弯曲振动的共振频率调整为一定的关系。

在此，若使音叉型振子的共振频率与基部3的共振频率接近，则灵敏度变高但反应速度下降，而若使两者分离，则反应速度提高但灵敏度下降。因此，将音叉型振子的共振频率与基部3的共振频率调整为灵敏度与反应速度双方均较好的一定的关系。

图26是示出本发明振子的另一例子振子98结构的图。在图26所示例子中，对与图24所示例子相同的部件也标上相同的符号，并省略对其的说明。在图26所示例子中，与图24所示例子不同之处在于，在图24所示例子中，音叉型振动片109a、109b相对基部3和弯曲振动片是向相反方向伸出的，而在图26所示例子中，它们是向相同方向伸出的。若制成如图26所示的振动型回转仪，则可以使装置进一步小型化。

图25及图26所示振子的变形例与图24所示振子一样，主要也是作为振动型回转仪使用，其动作也与图24所示例子相同。此时，未图示的激振装置、弯曲振动检测装置及振动检测装置与现在的一样，能较好地使用压电陶瓷等压电体。此外，当所述振子使用压电单晶制成的振子时，通过在一定位置设置电极，可以组成激振装置、弯曲振动检测装置和振动检测装置。还有，使用图24和图25所示结构的振子的振动型回转仪，除了由于上述横置可降低高度之外，还可以将激振装置、弯曲振动检测装置及振动检测装置设置在相分离的位置，由此，能进一步防止两者间电、机耦合之类的不良影响。

还有，无论在哪一个例子中，本发明的振子都可以在同一平面激励出驱动振动和检测振动，可以使振动方向对齐在一个方向。因此，在本发明的振子用水晶、LiNbO₃单晶或LiTaO₃单晶等单晶制成时，若预先对驱动振动的共振频率和检测振动的共振频率进行调整，将其调整为检测灵敏度最好的一定的频率差，则即使温度发生变化，也能维持该关系，而不会受到单晶的各向异性的影响。因此，可以最大限度发挥已知的单晶特征，即检测灵敏度高、检测噪音小及温度稳定性好的特征。

以下，举例说明本发明的第3状况。

在图28所示例子中，振子设有主臂121，该主臂121由两端固定于固定部件114的固定片部115、用弯曲振动片241a和241b将一对音叉型振动片119a和119b结合在一定平面内而构成的音叉型振子118以及将该音叉型振子固定于一平面内用的基部3构成。另外，在固定片部的与基部3对应位置的基部相反侧，振子还设有共振片123。在本例中，作为共振片123，是在以固定片部为对称轴的位置，设有与主臂121相同形状相同结构的共振片。此时，可以使主臂的振动频率与共振片的共振频率相同。另外，122是共振片侧的连接位置，120a、120b是驱动电极，117是检测电极，在整个振动型回转仪用单晶构成时是必需的。

固定片部、主臂及共振片也可以用各自的构件构成，但因为尤其是用单晶制成时制造方便，所以一体构成更好。另外，它们的材质并无特别的限定，但如前所述，用水晶、LiNbO₃、LiTaO₃、Li(Nb，Ta)O₃构成的单晶更好。

在上述结构的本发明振子中，一旦与音叉型振动片119a、119b平行即沿Y方向的相互反向的力F1、F2作用于音叉型振子118的弯曲振动片的两端，则在XY平面内，基部3产生以基部的与固定片部连接的部分116为支点的弯曲运动B1。由于该基部3的弯曲运动B1，共振片同时产生以116为支点的相同方向的弯曲运动B2。因此，振子的驱动振动呈图29(a)所示状态，此时，振子的检测用的弯曲振动如图29(b)所示。

上述结构的振子主要作为振动型回转仪使用。作为振动型回转仪的第1发明，若在图28中考虑使用振子的情况，则如下所述。首先，在以Z轴为中心轴的旋转***中，利用作为激振装置的驱动电极120a、120b，驱动音叉型振动片在XY平面内以完全相反的相位作振动。在该状态下，一旦绕Z轴的旋转角速度ω起作用，则由于哥氏力，各音叉型振动片受到沿Y轴相互反向的力F1、F2的作用。其结果，在音叉型振子118的各弯曲振动片的两端，相同方向的力矩M1、M2起作用。由于该力矩M1、M2，在主臂的基部3产生XY平面内的弯曲振动B1，同时共振片123也产生在XY平面内的弯曲振动B2。通过用设于共振片的作为弯曲振动检测装置的检测电极117对该弯曲振动B2进行检测，即能测定旋转角速度ω。

如上所述，本发明的振动型回转仪是将音叉型振动片所在的XY平面内发生的哥氏力变换成基部3及共振片123的弯曲振动，并根据该弯曲振动来测出旋转角速度的，所以即使将振子配置成与转轴垂直(横置)，也能测出旋转角。因此，当将本发明的振动型回转仪作为角速度传感器安装，以测出例如汽车车体的旋转角速度时，也能使安装部分降低高度。另外，在本例中，将振动型回转仪设计成在对固定片部3对称的位置设置主臂和共振片，因而能使设于主臂的驱动装置与设于共振片的检测装置的位置分离，可防止两者间电、机耦合等的不良影响。

图30-图33是分别示出本发明振子其他结构例子的图。在图30-33中，对与图28所示例子相同的构件标上相同的符号，并省略其说明。在图30所示例子中，共振片123由从固定片部115垂直延伸的长方形共振片124所构成。此时，可以使共振片的结构简化。在图31所示例子中，将图30所示共振片做得更短，同时在共振片125的顶端设置扩张部126。因此，与图30所示例子相比较，可以减小从固定片部起的共振片的伸出尺寸，可以使振子小型化，而且可以使共振片的共振频率接近主臂的振动频率。在图32所示例子中，与图28所示例子不同，将主臂121和共振片123做成使一对音叉型振动片119a、119b从弯曲振动片241a、241b向与基部3相同方向伸出的结构。因此，与图28所示例子相比较，可以使装置进一步小型化。

图33所示例子构成本发明振动型回转仪的第2发明。即，在使用图28所示本发明振子的振动型回转仪中，使音叉型振子118在XY平面内振动，并在该状态下根据共振部的弯曲振动测出旋转角速度，振动与测定的构成相反。而在图33所示例子中，利用作为激振装置的驱动电极250使基部3作弯曲振动B1，并使共振片123的基部125产生弯曲振动B2，在此状态下，由于旋转角速度导致的哥氏力，各音叉型振动片127a、127b受到沿Y轴的同方向的力F1、F2的作用。其结果，在音叉型振子128的弯曲振动片的两端有方向不同的力矩M1、M2起作用。利用该力矩M1、M2，对音叉型振子128发生的在XY平面内的振动进行检测，并利用产生与测出的振动相应信号的、作为振动检测装置的检测电极117a、117b，就能测定旋转角速度。当然，检测电极117a或117b单独都能测定旋转角速度。又，126是连接部分。

在图30-图33所示的变形例中，把振子作为整体，设想为是由水晶、LiNbO₃单晶或LiTaO₃单晶构成的振子，作为激振装置设置驱动电极，作为弯曲振动检测装置设置检测电极。当振子由现有的振动型回转仪所用的其他材料构成时，激振装置、弯曲振动检测装置及振动检测装置与传统的一样，也适合使用压电陶瓷之类的压电体。

图34是示出本发明振子的又一例子的图。在图34中所示例子中，对与图28所示部件相同的部件标相同的符号，并省略其说明。在图34所示例子中，与图28所示例子的不同之处在于，使构成音叉型振子118的弯曲振动片241a、241b的两端比音叉型振动片119a、119b的位置更向外伸出而形成伸出部127a、127b。在图34所示例子中，通过减少至少一个伸出部的伸出量，即能将音叉型振子在XY平面内的振动的共振频率与基部及共振片弯曲振动的共振频率方便地调整为一定的关系。

在此，若音叉型振子的共振频率与基部及共振片的共振频率接近，则灵敏度提高但反应速度下降，而若两者离开，则反应速度提高但灵敏度下降。因此，将音叉型振子的共振频率与基部及共振片的共振频率调整为灵敏度和反应速度均在一定程度上较佳的一定的关系。

以下举例说明本发明的第4状况。

图35-图38主要说明本发明振动型回转仪的振子形状。

图35是示出该实施形态涉及的振子98的立体图。因为这与本说明书的图26所示振子98基本相同，故对重复部分不再进行说明，而引用上述的说明。图中的111a、111b是伸出部分。

图36是示出其他振子101E的主视图，因为与本说明书的图11所示的基本相同，故省略对重复部分的说明，引用前述的说明。

另外，可以将如上所述的振子应用于所谓H型形态的振子。例如，可以制造具有两端固定的固定片部、设于固定片部一侧的基部、从基部向与基部长度方向交叉的方向延伸的至少一条弯曲振动片及设于固定片部另一侧的共振片，且固定片部、基部、弯曲振动片及共振片基本上在一定平面内延伸的振子。

图37是示出该实施形态涉及的振子10的主视图。因为这与本说明书图6所示的基本相同，故对重复部分的说明省略。

图38是示出三脚音叉型振子131的主视图。振子131具有应固定于外部的固定部件上的基部135及从基部伸出的3条音叉型的振动片132、133、134。两端的振动片132、134具有从基部135细长状地伸出的主体部分132a、134a和从各主体部分向垂直方向延伸的配重部132b、134b。在各振动片132、134上形成有检测用的电极136、137。中央的振动片133上形成有驱动用的一对电极138A、138B。

图35-图38所示的任一例子都可构成将振子横置的振动型回转仪，故能降低装置的高度。另外，因为作为振子使用一定的单晶，所以能用蚀刻、磨削等制造，振子制造方便，能以低成本制造装置。还有，如图37所示，当在对固定片部对称的位置设置振动部和共振片时，可以使设于振动片的驱动装置与设于共振片的检测装置相分离，能防止两者间的电、机耦合之类的影响。

以下，对上述结构的具有由压电性单晶构成的水平横置振子的振动型回转仪的旋转角速度检测方法进行说明。首先，已知关于传统回转仪的旋转角速度的检测，在检测装置测出的输出信号中，含有因加工精度等引起的、因驱动信号的影响产生的杂散振动导致的漏信号。若该漏信号较大，则输出信号中的哥氏力引起的回转信号就难于测出，所以，在传统的根据输出信号的振幅大小测出旋转角速度的方法中，利用在两处设置检测装置，并对其检测输出进行处理等方法，来消除漏信号的影响。

该漏信号的影响，对于在现有技术中说明过的日本发明专利公告1992年第14734号公报所公开的那种采用纵置音片型的、由恒弹性金属构成的高检测灵敏度振子的振动型回转仪，是不太成问题的。还有，如日本发明专利公告1992年第14734号公报所公开的那样，当根据驱动信号与检测信号的相位差变化来测出旋转角速度时，因为相位差的变化中几乎无漏信号的影响，所以，漏信号几乎不成为问题。

但是，当如本发明那样将振子水平横置时，因为其结构的关系，哥氏力引起的回转信号小、检测灵敏度低，根据一般考虑，认为不能原封不动地应用上述利用相位差的检测。关于这一点，本发明人经过种种研究发现，通过使用有压电性的单晶，即使在漏信号大而回转信号小的的区域，根据参照信号与输出信号的相位差，也能正确测出旋转角速度。并且发现，与一般被认为适合测定的区域相比较，漏信号相当大而回转信号相当小的区域中的输出信号，其相位差与旋转角速度的直线性更良好，能以更高的检测精度进行测定。

图39是示出本发明振动型回转仪中的相位差检测装置之一例的方框图。在图39中，将发生驱动振动用的电信号作为参照信号，用检测装置将随驱动振动而产生但振动模式不同于驱动振动的振动作为电信号取出，将该取出的振动作为输出信号。

具体是，在图35所示例子中，供应给设于音叉型振动片109a或109b的未图示的驱动电极的电信号成为参照信号，从设于基部3的未图示的检测电极测出的电信号成为输出信号。另外，在图36所示例子中，供给激振装置5A、5B的电信号为参照信号，从检测装置6A、6B、6C、6D测出的电信号为输出信号。还有，在图37所示例子中，供给激振装置5A、5B的电信号为参照信号，从检测装置6A、6B、6C、6D测出的电信号为输出信号。再有，在图38所示例子中，供给电极136、137的电信号为参照信号，从电极138A、138B测出的电信号为输出信号。

在上述例子中，作为参照信号，使用发生驱动振动用的电信号，但是，也可以使驱动振动本身发生共振，将因共振获得的电信号作为参照信号。

在图39所示相位差检测装置139中，输出信号经AC放大器140放大后供给相位差检测电路141。参照信号在参照信号前处理电路142进行波形修整等前处理之后，同样供给相位差检测电路141。相位差检测电路141对输入的经过前处理的参照信号和输出信号的相位差进行检测。测出的相位差被输入低通过滤器143和DC放大器144，并变为大小与相位差大小相应的直流信号。用上述相位差检测装置139求出的直流信号被输入旋转角速度检测电路145。旋转角速度检测电路根据预先求出的直流信号的大小与旋转角速度的关系，求出旋转角速度。又，因为在上述电路中，不能将输出信号与参照信号的相位差直接作为数值求出，故根据与相位差对应的直流信号的大小来求出旋转角速度，但是，也可以直接将相位差作为数值求出，并根据预先求出的相位差与旋转角速度的关系来求出旋转角速度。

以下对组成输出信号的漏信号和回转信号的关系进行说明。本发明人对具有结构如图38所示、由单晶构成的振子的振动型回转仪，求出参照信号与输出信号的相位差，并研究了求出的相位差变化与旋转角速度的关系。图40-图42示出了其结果。图40示出的是旋转角速度为100°/sec的回转信号与漏信号之比为1∶100时的关系，图41示出的是旋转角速度为100°/sec的回转信号与漏信号之比为1∶7时的关系，图42示出的是旋转角速度为100°/sec的回转信号与漏信号之比为5∶1时的关系。在此，所谓旋转角速度为100°/sec的回转信号与漏信号之比，是指当旋转角速度以100°/sec旋转时，被输出的输出信号中的、由哥氏力激励的信号，与输出信号中的、无旋转角速度时的输出信号的振幅之比。另外，在各图中示出的矢量图，以各矢量起点为中心向旋转方向取相位角，向半径方向取信号的大小，示出了在各条件下的输出信号、回转信号及漏信号的状态。此外，各图示出的是漏信号与参照信号为同相位的状态，并将漏信号与输出信号的相位差作为参照信号与输出信号的相位差标注。但，当漏信号与参照信号存在一定相位差时，相位差的变化如图所示。

从图40的结果可知，对于使用水平横置型的振子的振动型回转仪，当使用有压电性的单晶时，也能测出如图40所示的微小量的相位差，此时，相位差与旋转角速度之间可获得极高的直线性。从图41的结果可知，虽然不如图40所示那样好，但也能获得良好的直线性。另一方面，从图42的结果可知，不能维持相位差与旋转角速度的直线性，使用范围限制在旋转角速度为约±50°/sec左右，在旋转角速度为70-100°/sec的范围内难于判断。将以上的结果归纳在图43中，示出了相位差与旋转角速度的直线性，与回转信号与漏信号之比之间的关系。

通常认为必需有±1％的直线性，所以从图43的结果可知，若要求出满足上述条件的范围，回转信号与漏信号之比在1∶7或1∶7之上的漏信号大的区域，可获得上述直线性的关系。又，若漏信号太大，即使使用压电性相当好的单晶，也会超出其检测范围。因此，漏信号的上限由振动型回转仪的检测灵敏度决定。

如上所述，本发明在一定的旋转角速度下，漏信号与回转信号之比大于一定比例的区域，检测灵敏度下降但相位差与旋转角速度的直线性变好，通过用本身机械品质系数良好的有压电性的单晶来制成水平横置型的振子，能比以往的提高对外来因素引起的噪音的信噪比(S/N)。又因为漏信号可以大，故不需要高精度的振子制造装置，能大幅度降低加工成本，并可减除以往有时要进行的再加工调整工序。此外，也不需要以往有时设置的漏信号消除电路等。

以下举例说明本发明的第5状况。

本发明人制成如图44所示的振子147，使用振子进行旋转角速度的检测实验。在此，振子由压电单晶构成，具有相对外部结构体固定的固定部分2和从固定部分2伸出的一对细长音叉型的振动臂148A、148B。一对振动臂之间设有空隙149。在图44所示的座标系中，振子的主面150A、150B向着Y轴方向，各振动臂的侧面151A、151B分别向着X轴方向。

激励该振子的各振动臂使其象箭头C、D那样沿X方向振动。在该状态下，使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂分别如箭头A、B所示向Y轴方向振动。通过检测该振动，算出旋转角速度。另外，在原理上，可先使振动臂如箭头A、B所示作振动，在该状态下，使振子以Z轴为中心作旋转，使各振动臂如箭头C、D所示作振动，能测出该振动。

在这样的振子147中，必须使各振动臂148A、148B向Y轴方向作振动，或者，必须将各振动臂的Y轴方向的振动变换成电信号。关于这样的激振方法，在1996年3月社团法人日本音响学会出版的《日本音响学会平成8年春季研究发表会演讲论文集2》的第1071-1072页中的“以水平横置振动回转仪传感器为目的的三脚音叉共振子”中，记载了图45所示的方法。图45(a)是从上侧看到的振动臂148A、148B的图，图45(b)是从正面看到的振动臂的图。

在各振动臂的各主面150A、150B上分别形成电极152A、152B，并在各侧面151A、151B上分别形成电极153A、153B。使构成振动臂的压电单晶的极化方向为箭头E所示的方向。使相对电极152A、152B分别为相同相位，相对电极153A、153B分别为相同相位。在某一瞬间，相对电极152A、152B为负，相对电极153A、153B为正。

此时，在图45(a)中的振动臂的上半部分，产生如箭头F、G所示的向斜上方的电场。该电场的Y轴方向的分量是+Y方向，与压电单晶的极化方向E一致。因此，如图45(b)中的箭头K所示，振动臂收缩。

另一方面，在图45(a)中的振动臂的下半部分，产生如箭头H、I所示的向斜下方的电场。该电场的Y轴方向的分量是-Y方向，与压电单晶的极化方向E相反。因此，振动臂如图45(b)中的箭头J所示膨胀。其结果，振动臂如箭头A(B)所示弯曲。

但是，当本发明人对该振子进行详细研究时却发现了如下问题。即，进一步增大所加电压对应的弯曲振动的变位虽好，但有限。此外，振动臂内各部分的弯曲振动变位大小不均匀，振动时在振动臂内部产生应变及应力。因此，施加电压的大小与振动臂的弯曲振动的变位大小未必呈线性关系，并且，对于各振子，施加电压的大小与振动臂弯曲振动的变位大小的关系在制造上有很大的差别。

可以认为，上述情况是由于如图45(a)所示，振动臂内部电场不均匀引起的。例如，在靠近振子边角部的区域154处，被施加如箭头F、H所示的电场，在该部分，电极153A、153B与电极152A、152B的间隔小，施加于压电单晶的电场的强度较强。另一方面，在区域155处，被施加如箭头G、I所示的电压，在这些离边角较远的区域155处，施加的电场较小。这样，构成振动臂的压电单晶的各部分的电场强度有很大的差别，于是就表现为应变及内部应力。

图46是本发明一实施形态的的振动型回转仪的立体图，图47(a)是在图46中从上方看到的面垂直振动臂158A的俯视图，图47(b)是从X轴方向看到的振动臂158A的主视图。图48是说明面内振动臂154的动作用的模式图。

振子156具有相对外部的固定构件固定的固定部分157和从固定部分伸出的一对音叉型振动臂154、158A(或158B、158C)。整个该振子是由两片平板状体159A、159B的接合体构成的。平板状体159A的极化方向(箭头165所示)与平板状体159B的极化方向(箭头166所示)正相反，且与一侧主面161A及另一侧主面161B正交。

在面垂直振动臂158A的各主面上，分别形成有一侧的电极163A和另一侧的电极163B。在振动臂158A的各侧面162A、162B上未形成电极。此外，在面内振动臂154的一主面161A上形成有电极155A、155B，在另一主面161B上形成有电极155C、155D，在振动臂154的各侧面上未形成电极。在振动臂154与158A之间设有空隙160。

在图46所示的座标系中，振子的主面向着Y轴方向，侧面分别向着X轴方向。

要激励面垂直振动臂158A振动，对一对电极163A、163B施加交流电压。此时，在某一瞬间，如图47(a)所示，一侧的电极163A为正，另一侧的电极163B成负。在该瞬间，被施加从电极163A向着电极163B的电压。

此时，在平板状体159A的内部，电场的方向与极化轴的方向165为正相反的方向。其结果，如图47(b)所示，平板状体159A如箭头J所示膨胀。另一方面，在平板状体159B的内部，电场的方向与极化轴的方向166是相同的方向。其结果，如图47(b)所示，平板状体159B如箭头K所示收缩。因此，可以使整个振动臂如箭头B所示作弯曲振动。此时，通过将各振动臂的共振频率设定为一定值，使面内振动臂154如箭头A所示发生共振。

在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂154、158A分别如箭头C、D所示向X轴方向振动。由面内振动臂154检测如上述箭头C所示的面内振动，算出旋转角速度。

具体是，如图48所示，将电极155A和155C与电压检测装置168连接，将电极155B和155D接地。在该状态下，在面内振动臂154内，若施加如箭头C所示的弯曲振动，则被感应起如箭头167所示那样的电场，与此相应地，在电极155A与155B之间及155C与155D之间，分别产生电动势。检测该电压信号，根据该值测出旋转角速度。

此外，可以激励振子的面内振动臂154，使其如箭头C所示向X方向振动。为此，在图48中，将电极155A、155C连接到一定的交流电源上，并在电极155A和155B之间及155C和155D之间施加电场167。在该情况下，在图48的面内振动臂154中的靠近电极155A、155C的区域，极化轴的方向与电场的方向相反，在靠近电极155B、155D的区域，极化轴的方向与电场的方向基本相同。因此，面内振动臂如箭头C所示作振动。面垂直振动臂如箭头D所示，对该振动产生共振。

在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂154、158A分别如箭头A、B所示向Y轴方向振动。由于该振动臂158A的振动，在电极163A和163B之间产生电动势。此时，电极163A和163B预先连接在一定的电压检测装置168上。测定该电压，算出旋转角速度。

图49(a)、图50(a)分别是本发明其他实施形态涉及的振子各振动臂的俯视图，图49(b)、图50(b)分别是从X轴方向看到的图49(a)、图50(a)中的各振动臂的主视图。在与图47(a)、(b)所示的构成部分相同的构成部分上，标上相同的符号，并省略其说明。

在图49(a)、(b)中，振动臂158B由一对平板状体169A和169B的接合体构成。平板状体169A的极化方向(箭头180所示)与平板状体169B的极化方向(箭头181所示)正相反，且与一主面161A及另一主面161B正交。

对一对电极施加交流电压。此时，在某一瞬间，如图49(a)所示，一侧的电极163A为负，另一侧的电极163B为正。在该瞬间，被施加从电极163B向电极163A方的电压。

此时，在平板状体169A的内部，电场的方向与极化轴的方向为正相反的方向。其结果，如图49(b)所示，平板状体169A如箭头J那样膨胀。另一方面，在平板状体169B的内部，电场方向与极化轴的方向为相同的方向。其结果，如图49(b)所示，平板状体如箭头L那样收缩。因此，整个振动臂158如箭头A、B所示作弯曲振动。

在图50(a)、(b)中，振动臂158由一对平板状体251A和251B的接合体构成。平板状体251A的极化方向(箭头165所示)与各主面正交。平板状体251B的极化方向(箭头172所示)与各主面平行。在这样的情况下，也能使本发明的振动臂向与主面垂直的方向动作。

即，对一对电极施加交流电压。此时，在某一瞬间，如图50(a)所示，一侧的电极163A为正，另一侧的电极163B为负。在此瞬间，被施加从电极163A向电极163B一侧的电压。

此时，在平板状体251A的内部，电场方向与极化轴的方向正相反。其结果，如图50(b)中的箭头J所示，平板状体膨胀。另一方面，在平板状体251B的内部，如此方向的收缩、膨胀较小。但是，由于平板状体251A的膨胀收缩，整个振动臂158C如箭头A、B所示作弯曲振动。

图51-图53分别是示出具有3条音叉振动臂的振动型回转仪的图。但在图51-图53中，对在图47中已说明过的构成部分，省略说明。

图51所示振动型回转仪的振子170具有相对外部的固定构件固定的固定部分157，以及从固定部分向外伸出的3条音叉型振动臂171A、172、171B。整个该振子由两片平板状体159A和159B的接合体构成。平板状体159A的极化方向与平板状体159B的极化方向正相反，并且与主面161A、161B正交。

面垂直振动臂171A、171B的一主面161A上形成有一侧的电极163A，在另一主面161B上形成有另一侧的电极163B(163B未图示，参照图47)。在面内振动臂172的一主面上，设有上述的电极155A、155B，在另一主面上，设有相对的电极155C、155D(155C、155D未图示，参照图48)。

在振动臂171A与172之间及振动臂172与171B之间，分别设有空隙160。在图51-图53所示的座标系中，各振子的主面向着Y轴方向，侧面分别向着X轴方向。

在图51中，例如，使中央的面内振动臂172如箭头Q所示振动，并使两端侧的振动臂171A、171B分别如箭头P、R那样发生共振。在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂171A、171B分别如箭头S、U所示向Y轴方向振动。与此同时，中央的振动臂172如箭头T所示向Y轴方向振动。由于该振动臂171A、171B的振动，根据本发明，在各电极之间产生电动势。测定该电压，从而测出旋转角速度。

此外，在图52所示的振子173中，在两端侧设置面内振动臂172A、172B，在中央设置面垂直振动臂171。驱动两端侧的面内振动臂分别如箭头P、R那样向X轴方向振动，使中央的面垂直振动臂如箭头Q那样作共振。其后，与图51的情况相同。

此外，根据本发明，可以激励中央的面垂直振动臂如箭头T那样振动，使两端侧的面内振动臂分别如箭头S、U那样发生共振。在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂172A、172B分别如箭头P、R所示向X轴方向振动。与此同时，面垂直振动臂171如箭头Q所示向X轴方向振动。由于振动臂172A、172B的面内振动，在各电极155A与155B及155C与155D之间，产生电动势。通过测定该电压来测出旋转角速度。

图53所示振动型回转仪的3条音叉型振子174中，在一个端部设置面内振动臂172，在另一个端部设置面垂直振动臂171。如箭头N那样驱动面内振动臂172，使面垂直振动臂171如箭头V那样共振。在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂172、171分别如箭头W、Ω所示向相反方向振动。由于该振动臂171的振动，根据本发明，在电极之间产生电动势。通过测定该电压来测出旋转角速度。中央的臂175不振动。

此外，也可以根据本发明，驱动面垂直振动臂171如箭头W那样振动，使面内振动臂172如箭头Ω那样共振。在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂171、172分别如箭头V、N所示向X轴方向振动。在此，通过测定由面内振动臂172的振动产生的电压，来测出旋转角速度。

接着，对适合制造本发明的振子及振动臂的较佳方法进行说明。本发明的较佳状况是，准备好由压电单晶构成的多片板状体。此时，使各板状体中的各极化轴的方向互不相同。通过将这些片板状体相接合，来制造具有极化轴方向互不相同的多层板状体的基材。然后，对该基材进行切割加工，形成振子。

多片板状体可以用粘结剂来粘接。此外，可以将板状体层叠起来获得层叠体，对该层叠体进行热处理使其接合。又，也可考虑通过单一的板状体的热处理，使该板状体内部生成极化轴的方向I不同的多个区域。

若采用如上所述的制造方法，通过在振子的一主面上及另一主面上形成电极，可以制成能向与振子的各主面交叉方向作弯曲振动的振子。即，使该振子作弯曲振动用的电极，不必形成在振子的侧面上，具体是不必形成在切割加工面上。因此，可以省去在振子的侧面上形成电极的工序，所以，制造成本显著减少，且制造上的性能差别也少。

在如上所述的制造方法中，尤其理想的是，在基材的一主面和另一主面上，预先分别形成一定平面形状的电极，然后切割加工该基材来形成振子。这样，通过一次电极形成处理能形成多个振子用的电极。

图54(a)、(b)、(c)分别是示出这样的基材185A、185B和185C的立体图。基材185A由两片平板状体159A和159B的结合体构成。平板状体159A的极化方向(箭头165所示)与平板状体159B的极化方向(箭头166所示)正相反，且与一主面及另一主面正交。此外，平板状体159A的极化轴方向及平板状体159B的极化轴方向分别从基材的中心面167趋向各主面。对该基材进行切割加工，能制造出如图46、图51、图52及图53所示的各振子。

基材185B由两片平板状体169A和169B的接合体构成。平板状体169A的极化方向(箭头180所示)与平板状体169B的极化方向(箭头181所示)正相反，且与一主面及另一主面正交。此外，各极化轴的方向分别从主面趋向基材的中心面167。对该基材进行切割加工，能制造出如图49所示的振子。

基材185C由两片平板状体186A和186B的接合体构成。平板状体186A的极化方向(箭头182所示)与平板状体186B的极化方向(箭头183所示)正相反，且相对一主面及另一主面，与直角倾斜一定的角度。

图55-图57举例说明的是如图54(c)所示那样的、各层状部分的极化轴配置在相对各主面倾斜方向时较佳的振子及振动型回转仪。图55是本例的振动型回转仪的振子187及电极等形态的立体图，图56是示出面垂直振动臂的俯视图，图57是示出面内振动臂的俯视图。

图55中所示的振子187具有相对外部的固定构件固定的固定部分157及从固定部分伸出的三条音叉型振动臂188A、189、188B。整个该振子由两片平板状体186A和186B的接合体构成。

在面垂直振动臂188A、188B的一主面上形成有一侧的电极190A，在另一主面上形成有另一侧的电极190B。在面内振动臂189的一主面上，形成有3列电极191A、191B、191C，在另一主面的与各电极191A、191B、191C相对的位置，设有相对电极191D、191E、191F。在振动臂188A、189之间及振动臂189、188B之间，分别设有空隙160。

例如，如箭头Q所示激振中央的面内振动臂，使两端侧的振动臂分别如箭头P、R所示作共振。为此，例如将面内振动臂的各电极191A、191C、191E接地，将与此相对的各电极191B、191D、191F与交流电源192连接。在该状态下，在一个层状部分186A处，产生如符号198所示的从电极191向着191A、191C方向的电场，在另一个层状部分186B处，产生如符号197所示的从电极191D及191F向着191E方向的电场。即，必须使在一个层状部分与另一个层状部分之间所产生的电场的方向相反。

在该状态下，若使振子如ω所示以Z轴为中心作旋转，则各振动臂188A、188B分别如箭头S、U所示向Y轴方向作振动。与此同时，中央的振动臂如箭头T所示向Y轴方向振动。由于面垂直振动臂的振动，根据本发明，在各电极之间发生电动势。测定该电压，从而测出旋转角速度。

此外，如图58、图59所示，可以将平板状体200A和200B相接合来制造各振动臂198A、198B、202。在该例子中，各平板状体的极化方向194和199相对主面倾斜一定角度，且极化方向194和199在面内方向的分量基本相同，而在面垂直方向的分量相反。在面垂直振动臂198A、198B的一主面上形成有一侧的电极190A，在另一主面上形成有另一侧的电极190B。如图59所示，面内振动臂202中，在一主面设有3列电极191A、191B、191C，在另一主面的与电极191A、191B、191C相对的位置，设有相对电极191D、191E、191F。

例如，如箭头Q所示激振中央的面内振动臂202，使两端侧的振动臂198A、198B分别如箭头P、R所示共振。为此，例如将面内振动臂的各电极191A、191C、191D、191F接地，将各电极191B、191E与交流电源连接。在该状态下，在一侧的层状部分，例如产生如符号201所示的、从电极191A和191C向着191B的电场，在另一侧的层状部分，产生如符号197所示的、从电极191D及191F向着191E的电场。即，使在一侧的层状部分与另一侧的层状部分之间产生的电场的方向呈相同的朝向。然后，如上所述检测旋转角速度。

以下叙述具体的实验结果。制成如图46-图48所示的上述振动型回转仪。但是，作为各平板状体，使用水晶的Z板。作为电极的材质，使用Cr、Au的双层电极。在电极163A和163B之间，施加1伏、频率7.5kHz的交流电场，使振子旋转，对旋转角速度与从电极155A、155B、155C、155D的输出电压间的关系进行测定。其结果在表1中示出。在输出电压与旋转角速度之间表现了良好的直线性。

表1

旋转角速度°/秒	-40	-30	-20	-10	0
旋转角速度°/秒	-40	-30	-20	-10	0	输出电压(mV)	-5.01	-3.76	-2.52	-1.30	0.10
旋转角速度°/秒	10	20	30	40		输出电压(mV)	-5.01	-3.76	-2.52	-1.30	0.10
旋转角速度°/秒	10	20	30	40		输出电压(mV)	1.26	2.51	3.74	5

以下举例说明本发明的第6状况。

图60是示出本发明振动型回转仪的振子之一例结构的图，其中，(a)是侧视图，(b)是主视图，(c)是仰视图。在本例中，示出的是驱动振动与检测振动垂直的纵置式振动型回转仪。在图60(a)-(c)所示的例子中，构成振动型回转仪的音叉型振子205由3条互相平行配置的臂206、207、208及连接这3条臂的基部209构成。3条臂之中，两端的臂206、208构成检测臂，中央的臂207构成驱动臂。又，作为音叉型振子的材质，以使用压电陶瓷、水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶之类的压电材料为宜，其中，使用水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶之类的单晶更理想。

音叉型振子205的动作与传统已知的音叉型振子的动作相同。即，首先，利用设于驱动臂的未图示的驱动装置使驱动臂207在XZ面内振动。于是，左右的检测臂206、208在同样的XZ面内振动。在该状态下，若以音叉型振子的对称轴Z为中心，旋转角速度起作用，则检测臂受到哥氏力f的作用。因为检测臂在XZ面内作振动，所以，检测臂被感应在YZ面内作振动。用设于检测臂上的未图示的检测装置测出该振动，测定旋转角速度。

在本发明中重要的是，当支承上述音叉型振子构成振动型回转仪时，通过在检测振动的最小区域所在的小区域支承音叉型振子，将音叉型振子的动作最小区域固定这一点。因此，能有效产生哥氏力引发的检测振动，而不使其衰减，并且检测振动的Q值高，可以提高灵敏度。因为由哥氏力产生的检测振动的振动小，故本发明对于使灵敏度提高是特别有效的。具体地说，在图60(a)-(c)所示的例子中，在基部209的大致中央部的区域210处支承音叉型振子。

关于支承音叉型振子的方法并无特别的限定，作为压电材料的粘结方法，可以使用以往已知的任何一种方法。作为其一例，可以如图61(a)、(b)所示，在基部209的大致中央部的区域210处，沿基部厚度方向设置一定的孔部213，在该孔部内，***并固定顶端部214，该顶端部214是与从振动型回转仪的基部211伸出设置的臂212的臂延伸方向垂直地伸出的。顶端部214和孔部213的固定，可以在顶端部的表面和/或孔部的内表面包镀上金属，然后进行锡焊或钎焊，或者在顶端部与孔部之间配置树脂，即可进行固定。又，图61(a)、(b)所示的例子是在基部209的一表面支承基部209，但也可以在基部的两表面进行支承。此外，也可以不设置孔部213而设置通孔，支承臂穿过该通孔，将支承臂的两端部固定于振动型回转仪的基部211。

在上述例子中，所以要将基部209的主面的大致中央部210作为检测振动的最小区域所在的小区域的理由如下所述。即，本发明人等首先为了调查对于上述形状的音叉型振子205，是否存在振动最小区域所在的小区域，对上述形状的音叉型振子进行了利用有限要素法的固有模式解析。并将假定在图60所示的XZ面进行切断时的、在XZ面(发生驱动振动的面)和YZ面(发生哥氏力导致的检测振动的面)中的音叉型振子各部的振动振幅作为与最大振动振幅点的比率的分布来求出。关于发生驱动振动的面即XZ面的结果在图62中示出，关于发生哥氏力导致的检测振动的YZ面的结果在图63中示出。

在图62及图63所示的例子中，各种颜色不同的区域表示各不相同的与最大振动振幅点比率的区域，橙色部分是不到振子的最大振动振幅点之1/1000的本发明振动最小区域局部所在的小区域。在本例中，图62示出了驱动振动(面内振动)中的与最大振动振幅点的比率，图63示出了检测振动(面垂直振动)中的与最大振动振幅点的比率，从图63的结果可确认，存在检测振动的最小区域局部所在的小区域。此外，如图60所示的例子所示，若在基部209主面的大致中央部的区域210处、从表里进行支承，则不仅是在图63的检测振动最小区域局部所在的小区域进行支承，而且也是在图62的驱动振动最小区域局部所在的小区域进行支承，因此可知，在本例中，是在检测振动最小区域所在的小区域与驱动振动最小区域所在的小区域重叠的区域，支承音叉型振子。

在以上结果的基础上，对作为传统例在图2说明过的底边部固定的例子及一轴固定的例子、以及作为本发明进行图60所示的固定的例子，实际测定XZ面内的驱动振动的Q值、YZ面内的检测振动的Q值及灵敏度，获得了如表2所示的结果。从表2所示结果可知，与传统例子相比，本发明的例子的XZ面内的驱动振动的Q值和YZ面内的检测振动的Q值均高得多，灵敏度也高。

表2

	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)
	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)	底边部固定时	4000	3000	1.1mV
一轴固定时	7000	8000	3.4mV	底边部固定时	4000	3000	1.1mV
一轴固定时	7000	8000	3.4mV	实施例	30000	30000	10.8mV

又，在上述例子中，作为音叉型振子，示出了利用3条臂的例子，但不用说，臂的数量并不限于3条，4条、5条等的条数也可以应用于本发明。此外，上述例子中，示出的是在图60中，使驱动振动在XZ面内发生，并使检测振动在YZ面内发生的例子，但很显然，音叉型振子的形状原封不动，但使两者的关系相反，即做成在YZ面内发生驱动振动而在XZ面内发生检测振动的结构，当然也可用本发明。

在以上的例子中，对驱动模式的振动与检测模式的振动为垂直的纵置式振动型回转仪的例子进行了说明，但是，驱动模式的振动与检测模式的振动在同一平面内的水平横置式振动型回转仪也能适用本发明。以下对横置式的振动型回转仪，说明与上述例子相同地进行了有限要素法的解析的例子。

图64是示出对T型臂和基部构成的振子进行有限要素法的固有模式解析、对检测模式的振动求出的结果之一例的图。又，关于该振子是图3-图5中说明过的振子，故引用之。在图64中，也将各部的振动作为与最大振动振幅点的比率，与图62及图63一样地用不同颜色示出。在图64所示的例子中，也与图62或图63所示的例子一样，确认了在基部的中央，存在检测振动最小区域所在的小区域。关于图64的振子，对图2说明过的底边部固定的例子，以及本发明那样在检测振动最小区域所在的小区域处支承的例子，实际测定驱动振动的Q值、驱动振动的同一面内的检测振动的Q值及灵敏度时，可获得表3所示的结果。从表3的结果可知，与传统例子相比，本发明例子的驱动振动的Q值较高，且检测振动的Q值远高得多，并且灵敏度也高。

表3

	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)
	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)	底边部固定时	3000	200	0.1mV
节点固定(实施例)	5000	3000	1.1mV	底边部固定时	3000	200	0.1mV

图65是对由Y型臂和基部构成的振子利用有限要素法对检测模式的振动进行固有模式解析求得结果之一例的图。关于该振子，因为在关于图24、图25及图27的说明中已作说明，故引用之。在图65中，与64所示例子一样，也可确认在基部中央存在检测振动最小区域所在的区域。就图65的振子和图2说明过的底边部固定的例子，对驱动振动的Q值、在驱动振动的同一面内的检测振动的Q值及灵敏度进行实际测定后可知，与图64的振子一样，本发明的例子与传统例子相比，驱动振动的Q值较高，且检测振动的Q值高出一个位数，还有，灵敏度也增高。

另外，关于图64所示的有T型臂的振子及图65所示的有Y型臂的振子，对驱动模式的振动也用有限要素法进行了固有模式解析，其结果表明，上述检测模式的振动最小区域所在的小区域与驱动模式的振动最小区域所在的小区域是不一致的。

图66及图67是示出对将Y型相对臂和两个基部的连接部接合的振子用有限要素法进行固有模式解析的结果的图。关于该振子，因为在图28、图29中已进行过说明，故引用该说明。图66所示的例子是关于检测模式的振动的结果，图67所示例子是关于驱动模式的振动的结果。从图66所示例子可确认，与图64及图65所示例子一样，在两基部的各自中央处及Y型相对臂与两个基部的连接部的相交点处，存在检测振动最小区域所在的小区域。另外，从图67所示例子也可确认，在驱动模式的振动中，也存在驱动振动最小区域所在的小区域。图66所示的例子中，若在两基部的各中央及Y型相对臂与两基部连接部的相交点处进行支承，则从图67可知，也就是在驱动模式的振动最小区域所在的小区域进行支承，因此可判明，在本例子中，是在检测振动最小区域所在的小区域与驱动振动最小区域所在的小区域相重叠的区域支承振子。

就图66及图67的振子，对图2说明过的底边部固定的例子，以及如本发明那样，在检测振动最小区域所在的小区域，即在两基部的各中央和Y型相对臂与两基部连接部的相交点处进行支承的例子，实际测定其驱动振动的Q值、在驱动振动的同一面内的检测振动的Q值及灵敏度，结果获得如表4和表5所示的结果。在此，表5示出的是在Y型相对臂与两基部连接部的相交点进行支承的例子的结果，表4示出的是在两基部各自中央的两点处进行支承的例子的结果。从表4及表5的结果可知，不论哪个例子，与传统例子相比，本发明所示例子都有如下特点：其驱动振动Q值较高，检测振动的Q值要高一个位数，且灵敏度也高。

表4

	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)
	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)	底边部固定	4000	300	0.2mV
节点固定(实施例)	5000	3000	1.3mV	底边部固定	4000	300	0.2mV

表5

	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)
	驱动振动的Q	检测振动的Q	灵敏度(1deg/s)	底边部固定	4000	300	0.2mV
节点固定(实施例)	5000	4000	1.5mV	底边部固定	4000	300	0.2mV

此外，在本发明例子之中，若将示出纵置式振动型回转仪结果的表2与示出横置式振动型回转仪结果的表3-表5进行比较，则可知，检测模式振动的Q值都要高一个位数，因此可知，若在原本检测模式振动的Q值很小的横置式振动型回转仪中应用本发明，则效果将更高。

以下举例说明本发明的第7状况。

图68是示出本申请人先前提出的使用压电体的振动型回转仪255之一例结构的图。在图68所示例子中，振动型回转仪包括：通过弯曲振动片将一对振动臂232a、232b结合在XY平面内的音叉型振子234，将该音叉型振子在XY平面内固定在外部固定构件235上用的基部236，设于音叉型振动片232a、232b、驱动各音叉型振动片用的电极237A、237B、237C、237D，以及根据基部236的振动求出角速度用的电极238A、238B、238C、238D。

图68所示的振动型回转仪，在以Z轴为中心轴的旋转***中，利用电极237A-237D使音叉型振动片232a、232b在XY平面内相位完全相反地作振动。在该状态下，一旦绕Z轴的旋转角速度ω起作用，由于哥氏力，各音叉型振动片受到沿Y轴的方向相反的力F1、F2的作用。其结果，音叉型振子234的弯曲振动片的两端受到相同方向的力矩M1、M2的作用。由于该力矩M1、M2，通过用电极238A-238D测出基部236的变形，即可测定旋转角速度ω。

在进行如上所述动作的图68所示结构的振动型回转仪255中，例如作为一个例子，考虑将钽酸锂(LiTaO₃)单晶作为压电体使用，并在130°Y的结晶面进行切割使用的情况时，进行驱动和检测如下。即，如图69所示的音叉型振动片的电极237A-237D所在部分的剖面之一例所示，在音叉型振动片的两主面的端部，分别设置各自成对的电极237A-237D。然后，在237A和237B及237C和237D这两对电极上施加相互反相的电压，即可使各音叉型振动片的图69中的右侧收缩，并使左侧伸展。因此，通过在电极对237A和237B及237C和237D上施加反相的交流电压，可以对振动臂232a和232b施加在图69中左右向的驱动振动。此外，通过反向进行以上动作，可以根据音叉型振动片的检测振动，由电极238A-238D求出角速度ω。

上述结构的以往的振动型回转仪255在普通的角速度测定中动作无问题。但是，若如近年来所要求的那样进行高精度的角速度测定，则如图70所示，在各音叉型振动片及基部，电场E1会施加于电极237A(238A)和237B(238B)及电极237C(238C)和237D(238D)这样两对，但除此之外，还存在微量的横向泄漏的电场E2，因而，音叉型振动片及基部会发生不必要的变位，故存在引起噪音的问题。所以，不能进行高精度的角速度检测。

图71是示出本发明的使用压电体的振动型回转仪之一例结构的图。在图71所示例子中，振动型回转仪振动型回转仪215包括：通过弯曲振动片256a和256b将一对音叉型振动片216a、216b结合在XY平面内而组成的音叉型振子218，将该音叉型振子218在XY平面内固定在外部固定构件219上用的基部220，设于音叉型振动片上、驱动音叉型振动片用的电极221A、221B、221C、221D，以及根据基部220的振动求出角速度用的电极223A、223B、223C、223D。此外，构成振动型回转仪的音叉型振动片、弯曲振动片、基部及固定部件是成一体的压电体，具体是用PZT等的压电陶瓷、水晶、钽酸锂等的压电性单晶制成的。

振动型回转仪215的结构与上述以往的振动型回转仪的结构相同。图71所示本发明振动型回转仪的重要之点是：在音叉型振动片216a、216b及基部220上，电极对221A(223A)和221B(223B)与电极对221C(223C)和221D(223D)之间，设有贯穿两主面的中空部222a、222b及224。中空部222a、222b及224的大小无特别的限定，但较理想的是，中空部的长度要在电极长度方向的长度以上，中空部要设置在离臂的基部1/3-2/3的位置，而且压电体用钽酸锂(LiTaO₃)的130°Y板制成。

图71所示本发明的振动型回转仪的动作也与上述以往例子的相同，在以Z轴为中心轴的旋转***中，利用电极221A-221D使音叉型振动片在XY平面内作相位完全相反的振动。在该状态下，一旦绕Z轴的旋转角速度ω起作用，由于哥氏力，各音叉型振动片即受到沿Y轴的方向相反的力F1、F2的作用。其结果，在音叉型振子218的弯曲振动片的两端，相同方向的力矩M1、M2起作用。由于该力矩M1、M2，通过用电极223A-223D来测出基部的变形，可以测定旋转角速度ω。

本发明在图72中，作为一个例子，示出了音叉型振动片216a的中空部222a部分的剖面，当对电极对221A和221B及电极对221C和221D施加相互反相的交流电压、激励音叉型振动片216a振动时，即使存在从一侧的电极对横向流向另一侧的电极对的电场分量，也因为有中空部222a，在该部分不存在压电体，故音叉型振动片不会发生不必要的变位。此外，本发明的由设有中空部的臂构成的振动型回转仪，因为在臂上设置中空部可使臂的刚性降低，能高效率获得驱动振动及检测振动。因此，可以进行更高精度的角速度检测。

图73是示出本发明的使用压电体的振动型回转仪其他例子结构的图。在图73所示例子中，对与图71所示例子相同的构件标上相同的符号，并省略其说明。在图73所示例子中，与图71的例子不同，作为压电体使用在一定平面内有三次对称轴(a轴)的水晶。因此，在图73所示例子中，如在图74中作为其一例示出的音叉型振动片216a的中空部222a部分的剖面那样，将电极对221A和221B及电极对221C和221D分别设置在音叉型振动片的外侧侧面和面对中空部222a的内侧侧面。在本例中，因为在中空部222a的部分也不存在作为压电体的水晶，故可消除不必要的变位。

又，在上述例子中，作为振动型回转仪，是以这样的振动型回转仪为例进行了说明，即，该振动型回转仪包括：通过弯曲振动片256a、256b在XY平面内将一对音叉型振动片216a、216b相结合而组成的音叉型振子218，将该音叉型振子218在XY平面内固定于外部的固定构件219用的基部220，设于音叉型振动片、驱动音叉型振动片用的电极221A-221D，以及根据基部220的振动来求出角速度用的电极223A-223D。但很显然，其他结构的振动型回转仪，只要是将压电体构成的臂作为振子使用的例子，不论哪一个例子，都能获得本发明的效果。

在图75的振子257中，中央的固定部分260具有四边形状的中央部260a和4个扩张部260b。从固定部分260延伸出一对主臂258P、258Q。各主臂从各扩张部260b分别延伸出基部3，从各基部3的顶端部分3b起设有相对基部3向垂直方向延伸的弯曲振动片259，各弯曲振动片259的两端分别与基部3相连。因此，由固定部分260a、一对基部3及弯曲振动片259围成空间262。在固定部分260的中央部260a上，设有一对弯曲振动片261。

对规定的激振装置施加驱动电压，使各主臂的各弯曲振动片259如箭头U所示作弯曲振动。在该状态下，一旦使振子以z轴为中心作旋转，各基部3即以其根部3a为中心作弯曲振动。与此相对应，各弯曲振动片261如箭头V所示作共振，所以，根据随着该振动发生的检测信号，可以测定角速度。

Claims

1.一种振子，其特征在于，包括具有基部和从该基部起向与基部长度方向交叉的方向延伸的至少一条弯曲振动片的主臂，以及固定所述基部一端部的固定部，所述基部和所述弯曲振动片基本上在一定平面内延伸。

2.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，在所述基部的与所述一端部相反的一侧，设有从所述弯曲振动片向外凸出的凸出部。

3.根据权利要求2所述的振子，其特征在于，还设有对所述基部的振动发生共振的至少一对共振臂，该共振臂从所述固定部向外伸出。

4.根据权利要求3所述的振子，其特征在于，在从所述固定部伸出所述共振臂的伸出位置，所述共振臂的两侧从所述固定部伸出的尺寸不相同。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的振子，其特征在于，在所述弯曲振动片或所述共振臂上，设有沿其长度方向延伸的通孔。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的振子，其特征在于，所述固定部是两端固定的固定片部，在该固定片部的一侧，设有所述主臂，在所述固定片部的另一侧，设有共振片，所述固定片部、所述主臂及所述共振片基本上在所述一定平面内延伸。

7.根据权利要求6所述的振子，其特征在于，在所述固定片部的所述一侧设有所述共振臂，所述固定片部、所述主臂、所述共振臂及所述共振片基本上在所述一定平面内延伸。

8.根据权利要求7所述的振子，其特征在于，在所述固定片部的另一侧设有第2共振臂。

9.一种检测旋转角速度用的振动型回转仪，其特征在于，具有：权利要求1-8中的任一项所述的振子；激励该振子在一定平面内振动用的激振装置；当对所述振子施加在所述一定平面内的旋转时，检测因施加于所述振子的哥氏力引起的所述振子的弯曲振动并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

10.根据权利要求9所述的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述振子以所述基部的固定部分为中心作弯曲振动用的激振装置；当所述振子在所述平面内旋转时，对因施加于所述弯曲振动片的哥氏力引起的、所述弯曲振动片的以与所述基部连接的部分为中心的弯曲振动进行检测，并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

11.根据权利要求9所述的振动型回转仪，其特征在于，具有：对所述弯曲振动片激励弯曲振动用的激振装置；当所述振子在所述平面内旋转时，对因施加于所述振子的哥氏力引起的、以所述基部的固定部分为中心的弯曲振动进行检测，并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

12.一种检测旋转角速度用的振动型回转仪，其特征在于，具有：权利要求3或4所述的振子；激励所述振子作以所述共振臂的固定部分为中心的弯曲振动用的激振装置；当所述振子在所述平面内旋转时，对因施加于所述振子的哥氏力引起的、所述弯曲振动片的以与所述基部连接的部分为中心的弯曲振动进行检测，并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

13.一种检测旋转角速度用的振动型回转仪，其特征在于，具有：权利要求3或4所述的振子；激励所述弯曲振动片作弯曲振动用的激振装置；当所述振子在所述平面内旋转时，对因施加于所述振子的哥氏力引起的、以所述共振臂的固定部分为中心的弯曲振动进行检测，并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

14.一种检测旋转角速度用的振动型回转仪，其特征在于，具有：权利要求6-8中的任一项所述振子；固定所述固定片部用的固定装置；激励所述振子在所述一定平面内作振动用的激振装置；当所述振子在所述平面内旋转时，对因施加于所述振子的哥氏力引起的所述振子的弯曲振动进行检测，并输出与该弯曲振动相应信号用的检测装置。

15.一种调整权利要求1所述振子的调整方法，其特征在于，通过除去所述弯曲振动片顶端侧的质量，来调整驱动的振动模式的固有共振频率与检测的振动模式的固有共振频率之差。

16.一种调整权利要求2所述振子的调整方法，其特征在于，通过除去所述基部的所述凸出部分的质量，来调整驱动的振动模式的固有共振频率与检测的振动模式的固有共振频率之差。

17.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，所述主臂具有向与所述基部的长度方向交叉的方向延伸的一对所述弯曲振动片和从所述各弯曲振动片分别延伸出的音叉型振动片，所述基部、所述弯曲振动片及所述音叉型振动片基本上在一定平面内延伸。

18.根据权利要求17所述的振子，其特征在于，其结构为，一旦在所述主臂的所述各弯曲振动片的各端部间有力矩作用，在所述一定平面内，所述基部产生以所述基部的固定部分为支点的弯曲运动。

19.根据权利要求17或18所述的振子，其特征在于，构成所述基部、所述弯曲振动片及所述音叉型振动片的材质是相同的，且是由从水晶片、LiTaO₃单晶片、LiNbO₃单晶片及Li(Nb，Ta)O₃单晶片组成的组中选出的单晶片构成的。

20.一种权利要求17-19中的任一项所述的振子的调整方法，其特征在于，使所述主臂的所述弯曲振动片的两端在所述一定平面内比所述音叉型振动片的位置更向外伸出，通过减少该伸出部分中的至少一方的伸出量，来将所述音叉型振动片在所述一定平面内的振动的共振频率与所述基部的在所述一定平面内的弯曲振动的共振频率调整为一定关系。

21.使用权利要求17-19中的任一项所述的振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述弯曲振动片及所述音叉型振动片使其在所述一定平面内振动用的、设于所述音叉型振动片上的激振装置；检测在所述基部出现的、在所述一定平面内的弯曲振动，并输出与测出的弯曲振动相应的信号用的、设于所述基部的弯曲振动检测装置。

22.使用权利要求17-19中的任一项所述的振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述基部使其在所述一定平面内作弯曲运动振动用的、设于所述基部的激振装置；检测在所述音叉型振动片出现的、在所述一定平面内的振动，并输出与测出的振动相应的振动用的、设于所述音叉型振动片的振动检测装置。

23.根据权利要求17所述的振子，其特征在于，所述振子除了所述主臂之外，还具有两端被固定且固定有所述主臂的所述基部的固定片部，以及在所述固定片部的与所述基部对应的位置，且在所述基部的相反一侧所设的共振片，所述主臂、所述固定片部及所述共振片在一定平面内延伸。

24.根据权利要求23所述的振子，其特征在于其结构为，当所述弯曲振动片的两端有力矩作用时，在所述一定平面内，所述基部产生以所述基部的与固定片部连接的部分为支点的弯曲运动，所述共振片产生以所述共振片与固定片部连接的部分为支点的弯曲运动。

25.根据权利要求23或24所述的振子，其特征在于，所述主臂、所述固定片部及所述共振片是相同材质构成的，且是由从水晶振动片、LiTaO₃单晶振动片、LiNbO₃单晶振动片及Li(Nb，Ta)O₃振动片组成的组中选出的振动片构成的。

26.根据权利要求23-25中的任一项所述的振子，其特征在于，使所述弯曲振动片的两端在所述一定平面内比所述音叉型振动片更向外伸出。

27.权利要求26所述的振子的调整方法，其特征在于，通过减少设于所述弯曲振动片两端的伸出部分中的至少一端的伸出量，来将所述弯曲振动片和所述音叉型振动片在所述一平面内的共振频率与所述基部和所述共振片在一定平面内的弯曲振动的共振频率调整为一定关系。

28.使用权利要求23-26中的任一项所述的振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述音叉型振动片在所述一定平面内作振动用的、设于所述音叉型振动片的激振装置；检测在所述共振片出现的在所述一平面内的弯曲振动，并输出与测出的弯曲振动相应的振动用的、设于所述共振片的弯曲检测装置。

29.使用权利要求23-26中的任一项所述的振子来检测旋转角速度的振动型回转仪，其特征在于，具有：激励所述共振片在所述一定平面内作弯曲振动用的、设于所述共振片的激振装置；检测在所述音叉型振动片出现的在所述平面内的振动，并输出与测出的振动相应的振动用的、设于所述音叉型振动片的振动检测装置。

30.一种振动型回转仪，其特征在于，具有：权利要求1所述的振子，驱使驱动振动的驱动装置，对随驱动装置导致的驱动振动发生且振动模式与驱动振动不同的振动状态进行检测的检测装置，以及相位差检测装置，当将发生驱动振动用的电信号作为参照信号，并将由检测装置把随驱动振动发生且具有振动模式与驱动振动不同的振动作为电信号取出时的信号作为输出信号时，该相位差检测装置检测参照信号与输出信号的相位差，并根据由相位差检测装置测出的相位差的变化来检测角速度。

31.根据权利要求30所述的振动型回转仪，其特征在于，取代所述发生驱动振动用的电信号，把使驱动振动本身共振获得的电信号作为参照信号。

32.根据权利要求31所述的振动型回转仪，其特征在于，所述振子是由水晶、LiNbO₃单晶及LiTaO₃单晶组成的组中选出的压电单晶构成的。

33.根据权利要求31或32所述的振动型回转仪，其特征在于，所述相位差检测装置包括：检测所述输出信号与所述参照信号的相位差的相位差检测部，从相位差检测部测出的相位差获得与相位差大小相应的直流电压的低通过滤器，将低通过滤器的输出加以直流放大的放大器。

34.根据权利要求31-33中的任一项所述的振动型回转仪，其特征在于，在无旋转角速度时的输出信号较其在如下的振幅比为1∶7时的输出信号更大的状态下进行相位检测，所述振幅比是当以100°/sec的旋转角速度旋转时的输出信号中由哥氏力激励的信号与输出信号中无旋转角速度时的输出信号的振幅之比。

35.根据权利要求1所述的振子，其特征在于，所述振子是由压电单晶构成的板状振子，在所述振子的一主面与另一主面之间，设有由所述压电单晶构成的多层层状部分，且所述各层状部分中的极化轴的方向互不相同。

36.根据权利要求35所述的振子，其特征在于，所述各层状部分分别由所述压电单晶制成的板状体构成，这些板状体相接合而构成所述各层状部分。

37.根据权利要求35或36所述的振子，其特征在于，位于所述一主面侧的一层状部分中的所述极化轴的方向相对位于所述另一主面侧的另一层状部分中的所述极化轴的方向是相反的。

38.根据权利要求37所述的振子，其特征在于，位于所述一主面侧的一层状部分中的所述极化轴的方向与所述一主面正交，位于所述另一主面侧的另一层状部分中的所述极化轴的方向与所述另一主面正交。

39.根据权利要求37所述的振子，其特征在于，位于所述一主面侧的一层状部分中的所述极化轴的方向相对所述一主面倾斜，位于所述另一主面侧的另一层状部分中的所述极化轴的方向相对所述另一主面倾斜。

40.一种振动型回转仪，其特征在于，包括：权利要求35-39中的任一项所述的振子，设于所述一主面上的一侧电极，设于所述另一主面上且与所述一侧电极相对的另一侧电极。

41.根据权利要求40所述的振动型回转仪，其特征在于，所述振子沿一定平面延伸，所述振动型回转仪是对沿与所述一定平面平行的转轴的所述振子的旋转进行检测用的振动型回转仪，具有激励或检测相对所述一定平面垂直的方向的振动用的面垂直振动臂，以及激励或检测所述一定平面内的面内振动用的面内振动臂。

42.制造如权利要求40所述的振动型回转仪的方法，其特征在于，预备由压电单晶构成的多个板状体，此时，所述各板状体中的各极化轴的方向互不相同，使这些板状体相接合，制造具有极化轴方向互不相同的多层板状体的基材，接着对该基材进行切割加工来形成所述的各层状部分，制成所述振子。

43.使权利要求35所述的振子向着与所述一主面及所述另一主面交叉的方向振动的方法，其特征在于，在所述一主面上设置一侧的电极，在所述另一主面上设置与所述一侧的电极相对的另一侧的电极，并对所述一侧的电极和所述另一侧的电极施加极性相异的交流电压。

44.检测权利要求35所述振子的振动的方法，其特征在于，在所述一主面上设置一侧的电极，在所述另一主面上设置与所述一侧的电极相对的另一侧的电极，将所述一侧的电极和所述另一侧的电极与电压检测机构连接，使所述振子向着与所述一主面及所述另一主面交叉的方向振动，从而检测在所述一侧的电极与所述另一侧的电极之间产生的交流电压。

45.一种振动型回转仪，该振动型回转仪包括多条臂及连接多条臂的基部，对臂施加在一定面内的驱动振动，并根据与所施加的旋转角速度对应的检测振动来求出旋转角速度，其特征在于，在检测振动最小区域所在的小区域支承振子。

46.根据权利要求45所述的振动型回转仪，其特征在于，所述振子在检测振动最小区域所在的小区域与驱动振动最小区域所在的小区域重叠的区域进行支承。

47.根据权利要求45或46所述的振动型回转仪，其特征在于，所述振子是由压电材料构成的。

48.根据权利要求47所述的振动型回转仪，其特征在于，所述压电材料是水晶、LiTaO₃单晶、LiNbO₃单晶。

49.一种具有由压电体的臂构成的振子的振动型回转仪，其特征在于，在所述臂上设置中空部，在该臂的夹着中空部的部分分别设有一对电极。

50.根据权利要求49所述的振动型回转仪，其特征在于，所述中空部的长度在电极长度方向的长度以上。

51.根据权利要求49或50所述的振动型回转仪，其特征在于，所述中空部设置在离臂的基部1/3-2/3的位置。

52.根据权利要求49-51中的任一项所述的振动型回转仪，其特征在于，所述压电体是钽酸锂。

53.根据权利要求49-51中的任一项所述的振动型回转仪，其特征在于，所述压电体是铌酸锂。

54.根据权利要求49-51中的任一项所述的振动型回转仪，其特征在于，所述压电体是水晶。