JP3368723B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対となる第１と第２の
振動片と、固定体に固定・支持された支持部とを有し、
前記第１と第２の振動片とを直交座標軸におけるＸ軸に
沿って共振可能に前記支持部から突出して備える振動ジ
ャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動片、
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｙ平面）におけるＸ軸に沿
って振動している振動片がこのＸ−Ｙ平面と直交するＺ
軸の回りに回転すると、その回転角速度により振動片に
Ｙ軸方向にコリオリの力が生じる。このコリオリの力は
角速度に依存して定まることから、コリオリの力を振動
片の撓み変位量等として間接的に、或いは圧電素子の圧
電効果により直接的に測定して、振動片の角速度を求め
ることができる。このため、振動する振動片を用いた振
動ジャイロを車両等に搭載して、車両旋回時に発生する
ヨーレイトを検出することが行なわれている。また、こ
うして検出したヨーレイトから車両の走行軌跡を記録す
ることも行なわれている。例えば、特公表平４−５０４
６１７には音叉型の振動子を用いる振動ジャイロが提案
されている。

【０００３】この特公表平４−５０４６１７における振
動ジャイロでは、対になる振動片のそれぞれに励振用の
駆動電極およびヨーレイト検出用の電極が設けられてい
る。そして、コリオリの力による各振動片の撓み変位量
をヨーレイト検出用の電極から求め、ヨーレイトが算出
されている。

【０００４】一方、振動子を構成する各振動片はその周
辺の温度の影響を受けて伸縮し弾性率が変化するため、
振動の周波数や振幅が変化する。よって、各振動片を同
一のエネルギで励振した際の周波数や同一のコリオリの
力により振動した際の周波数や振幅が、環境温度に依存
して変化し、検出感度の低下を招くことがよく知られて
いる。このような不具合を回避して感度向上を図るため
に、振動状態にある振動片の周波数出力を取り出して各
振動片の励振制御にフィードバックする技術が提案され
ている（特開昭６０−１９２２０６）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように振動片の周波数出力をフィードバックするにし
ても、次のような問題点があった。

【０００６】即ち、励振用の駆動電極と周波数出力を取
り出すための電極とを振動片に形成する必要がある。特
に、特公表平４−５０４６１７のように振動片に励振用
の駆動電極とヨーレイト検出用の電極を有するもので
は、これら電極に加えて周波数出力を取り出すフィード
バック用の電極を別途形成する必要がある。従って、一
つの振動片において、励振用，検出用およびフィードバ
ック用の電極に到る配線を他の電極および他の配線と干
渉しないよう形成する必要がある。このため、電極と配
線の構成が複雑であると共に、電極および配線の形成作
業や工程の複雑化を招いていた。なお、上記した問題点
は、水晶から形成した振動片に固有のものではなく、金
属等から形成した振動片をピエゾ素子（ＰＺＴ）等の圧
電素子にて励振させてヨーレイトを検出する振動ジャイ
ロにあっても生じる。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、構成が簡単で高感度の振動ジャイロを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた本発明の第１の振動ジャイロは、４本の振
動片を支持部から突出してＨ字状に備える振動ジャイロ
であって、前記支持部の中央から前記振動片に沿って両
側に延び、前記支持部を固定体に固定・支持する連結片
と、前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から一方の側に突
出した２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けら
れ、前記一方の側の前記一つの振動片を、前記振動片の
並びに沿った方向の軸或いは前記振動片の並びに沿った
方向と直交する方向の軸であるＸ軸に沿って振動させる
励振手段と、前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から他方
の側に突出した２本の振動片の少なくとも一つの振動片
に設けられ、前記他方の側の前記一つの振動片が前記Ｘ
軸と直交するＹ軸に沿って振動したときの振動状態を検
出する振動検出手段と、前記支持部に設けられ、前記一
方の側の前記一つの振動片が振動する際の前記支持部の
歪み度合いを検出する歪み検出手段とを備え、前記歪み
検出手段は、前記支持部における前記連結片の突出部分
の両側に配設されていることをその要旨とする。また、
本発明の第２の振動ジャイロは、４本の振動片を支持部
から突出してＨ字状に備える振動ジャイロであって、前
記支持部の中央から前記振動片に沿って両側に延び、前
記支持部を固定体に対して支持するための連結片と、前
記Ｈ字状をなすよう前記支持部から一方の側に突出した
２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、前
記一方の側の前記一つの振動片を、前記振動片の並びに
沿った方向のＸ軸に沿って振動させる励振手段と、前記
Ｈ字状をなすよう前記支持部から他方の側に突出した２
本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、前記
他方の側の前記一つの振動片が前記Ｘ軸と直交するＹ軸
に沿って振動したときの振動状態を検出する振動検出手
段と、前記連結片の末端が接合されると共に前記固定体
にも接合されて対向し、前記一方の側の前記一つの振動
片の振動に伴って歪み変形する細幅の連結細幅片と、前
記対向するそれぞれの連結細幅片に設けられ、前記一方
の側の前記一つの振動片が振動する際の前記連結細幅片
の歪み度合いを検出する歪み検出手段とを備え、前記歪
み検出手段は、それぞれの前記連結細幅片における連結
片連結箇所近傍に配設されていることをその要旨とす
る。

【０００９】また、上記の第１、第２の振動ジャイロで
は、前記歪み検出手段の検出した歪み度合いに基づい
て、前記第１の振動片における前記励振手段を制御する
制御手段を有し、該制御手段は、前記励振手段への制御
信号を所定の出力レベルとして前記励振手段に出力し、
前記一方の側の前記一つの振動片に前記Ｘ軸に沿った振
動を励起する。

【００１０】

【作用】上記構成を有する本発明の第１、第２の振動ジ
ャイロでは、４本の振動片を支持部から突出してＨ字状
をなし、支持部から一方の側に突出した２本の振動片の
少なくとも一つの振動片を、励振手段により振動片の並
びに沿った方向のＸ軸に沿って振動させる。この支持部
から他方の側に突出した２本の振動片の少なくとも一つ
の振動片は、励振手段による支持部から一方の側に突出
した前記振動片の振動によりＸ軸に沿った振動状態に置
かれる。このように各振動片が振動状態にある振動ジャ
イロがＸ−Ｙ平面に直交する軸（Ｚ軸）の回りに回転す
ると、その回転角速度に基づくコリオリの力を受けて各
振動片がＹ軸に沿って振動することになる。このＹ軸に
沿った振動の振動状態は、支持部から他方の側に突出し
た一つの振動片に設けた振動検出手段により検出され
る。また、支持部から一方の側に突出した前記振動片が
振動する際には、その振動により支持部や連結細幅片に
歪みを起こす。そして、この支持部や連結細幅片の歪み
度合いは、支持部や連結細幅片における連結片連結箇所
近傍に設けた歪み検出手段により検出される。支持部の
歪み度合いは、支持部から一方の側に突出した前記振動
片が振動する際のその振動の程度に応じた大きさである
ので、支持部から一方の側に突出した前記振動片の振動
の様子（振動周波数や振幅の程度）がこの歪み度合いに
より判る。この際、環境温度の影響を受けない。

【００１１】そして、この歪み検出手段は、支持部や連
結細幅片における連結片連結箇所近傍に設けられている
ことから、各振動片の励振手段又は振動検出手段と振動
片において干渉することはなく、励振手段および振動検
出手段から独立している。

【００１２】この場合、支持部から一方の側に突出した
振動片と他方の側に突出した振動片とはＸ軸或いはＹ軸
に沿って振動可能であればよく、振動片についての材質
的な制約はない。例えば、金属は勿論、水晶，半導体等
の結晶体、ガラスやセラミック等の振動の伝播が可能な
材料を用いることができる。

【００１３】また、励振手段は、支持部から一方の側に
突出した振動片をＸ軸に沿って振動させることができれ
ばよく、振動片の材質等を考慮して適宜選択すればよ
い。例えば、振動片が金属、水晶，半導体等の結晶体、
ガラスやセラミック等を用いて形成されていれば、ピエ
ゾ素子（ＰＺＴ）等の圧電素子を励振手段として採用
し、当該素子の逆圧電効果により振動片を振動させれば
よい。また、振動片が水晶，半導体等の結晶体やセラミ
ック等の圧電効果を有する材料を用いて形成されていれ
ば、電極を励振手段として採用し、振動片自体の逆圧電
効果により振動片を振動させればよい。更に、振動片に
作用する誘導磁力や容量電荷を変化させて振動片を振動
させ、励振手段を構成することもできる。振動検出手段
と歪み検出手段についても同様であり、振動片の振動状
態と支持部の歪み程度を、ピエゾ素子（ＰＺＴ）等の圧
電素子や電極を介した圧電効果により、或いは誘導磁力
や容量電荷の変化により検出するようそれぞれの検出手
段を構成すればよい。

【００１４】

【００１５】こうした振動ジャイロにおいて、歪み検出
手段の検出した歪み度合いに基づいて、制御手段によ
り、支持部から一方の側に突出した振動片における励振
手段を制御する。この歪み度合いは、既述したように支
持部から一方の側に突出した振動片が振動する際のその
振動の程度に応じた大きさであるため、励振手段への制
御信号を所定の出力レベルとして励振手段に出力でき、
前記一方の側の前記一つの振動片に前記Ｘ軸に沿った振
動を励起してこれをＸ軸に沿った振動を定常的な振動に
する。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係る振動ジャイロの好適な実
施例について、図面に基づき説明する。図１は、実施例
の振動ジャイロ１０の全体構成を示すブロック図であ
る。図示するように、振動ジャイロ１０は、中央が開口
した枠体１２を有し、この枠体１２の開口の内部に、４
本の振動片１４，１６，１８，２０をＨ字状に支持して
備える。これら各振動片は支持体２２から突出されてお
り、この支持体２２を挟んで振動片１４と振動片１８と
が、振動片１６と振動片２０とが対称に位置する。そし
て、支持体２２は、その中央から図でいう左右に延びた
連結片２４，２６により枠体１２に固定・支持されてい
る。なお、枠体１２は、図示しないケーシングに固定さ
れている。

【００１７】この振動ジャイロ１０は、単結晶体である
水晶の板材（水晶板）をそのＺカット面のエッチングを
経て形成されており、上記の各振動片は正方断面となる
ようその幅が定められている。このように振動ジャイロ
１０は振動の伝播が可能な水晶板から形成されているの
で、ある振動片、例えば振動片１４が図中に示す直交座
標軸におけるＸ軸に沿って振動すれば、当該振動は支持
体２２を経て振動片１８に伝播する。よって、振動片１
４が継続してＸ軸に沿って振動していれば、この振動片
１４と振動片１８とは、振動片１４の上記振動の周波数
でＸ軸に沿って共振することになる。振動片１６と振動
片２０とについても同様である。

【００１８】本実施例では、振動片１４と振動片１６が
Ｘ軸に沿って振動（自励振）する振動片とされ、振動片
１８と振動片２０が図中に示すＹ軸に沿って振動した際
のその振動状態を検出するための振動片とされている。
そして、振動片１４と振動片１８とが対となり、振動片
１６と振動片２０とが対となる。なお、振動ジャイロ１
０の形成に際しては、振動片１４と振動片１８および振
動片１６と振動片２０のＸ軸方向の共振周波数が一致す
るよう、設計・感度トリミングされている。

【００１９】この振動ジャイロ１０は、水晶自体が圧電
効果を発揮する材料であるので、振動片１４，１６に
は、その根本側に、振動片をＸ軸に沿って励振するため
の励振電極２８，３０を備える。また、振動片１８，２
０には、その根本側に、振動片のＹ軸に沿った振動の振
動状態を検出するための振動検出電極３２，３４を備え
る。更に、支持体２２には、振動片１４，１８側と振動
片１６，２０側とに、この支持片に歪みが生じた場合に
その歪み度合いを検出するための歪み検出電極３６，３
８を備える。

【００２０】また、振動ジャイロ１０は、振動片１４，
１６をＸ軸に沿って継続して振動するための励振側回路
４０と、振動片１８，２０がＹ軸に沿って振動した際の
その振動状態を検出するための検出側回路５０とを備え
る。励振側回路４０には、励振電極２８，３０と歪み検
出電極３６，３８とが接続され、検出側回路５０には、
振動検出電極３２，３４が接続されている。励振側回路
４０と検出側回路５０の回路構成については後述する。

【００２１】次に、上記した各電極の構成について、図
２に示す要部概略斜視図と、その３−３線拡大断面図，
４−４線拡大断面図，５−５線拡大断面図および６−６
線拡大断面図を用いて説明する。これら図面に示すよう
に、励振電極２８は、振動片１４の上下面（Ｙ軸が直交
するＸ−Ｚ平面と平行な面）のそれぞれに形成された上
下面電極パターン２８ａ，２８ｂと、振動片１４の両側
面（Ｘ軸が直交するＹ−Ｚ平面と平行な面）のそれぞれ
に形成された側面電極パターン２８ｃ，２８ｄからな
る。この側面電極パターン２８ｃ，２８ｄは、図２に示
すように、振動片１４上下面の導通パターン２９にて導
通されている。励振電極３０も同様の構成を備える。し
かし、後述するように交流電圧の印加を受ける際の励振
電極３０の上下面電極パターン３０ａ，３０ｂの極性
は、励振電極２８の側面電極パターン２８ｃ，２８ｄと
同じとされ、励振電極３０の側面電極パターン３０ｃ，
３０ｄの極性は、励振電極２８の上下面電極パターン２
８ａ，２８ｂと同じとされている。

【００２２】また、振動検出電極３２は、振動片１８の
上面に並んで形成された並列電極パターン３２ａ，３２
ｂと、下面に並んで形成された並列電極パターン３２
ｃ，３２ｄからなる。そして、並列電極パターン３２ａ
は並列電極パターン３２ｃと、並列電極パターン３２ｂ
は並列電極パターン３２ｄとそれぞれ対向し（図４参
照）、対向する並列電極パターン同士（３２ａと３２
ｃ，３２ｂと３２ｄ）は、振動片１８の両側面の導通パ
ターン３３にて導通されている（図２は一側面のみ示
す）。振動検出電極３４も同様の構成を備える。

【００２３】歪み検出電極３６は、支持体２２の上下面
のそれぞれに形成された上下面電極パターン３６ａ，３
６ｂと、支持体２２の両側面（Ｚ軸が直交するＸ−Ｙ平
面と平行な面）のそれぞれに形成された側面電極パター
ン３６ｃ，３６ｄからなる。歪み検出電極３８も同様の
構成を備える。

【００２４】そして、支持体２２および連結片２４，２
６の上下面には、上記した各電極パターンに到る配線が
次のようにして形成されている。つまり、振動片１４に
おける励振電極２８の上下面電極パターン２８ａには、
枠体１２の左端子部６０から配線６２が形成されてい
る。この配線６２からは、上下面電極パターン２８ａに
到る手前で配線６３が分岐して形成されており、配線６
３は、支持体２２の上端面から下面にまで回り込み、振
動片１４下面の上下面電極パターン２８ｂに接続されて
いる。振動片１６における励振電極３０の上下面電極パ
ターン３０ａには、左端子部６４から配線６６が形成さ
れている。この配線６６から上下面電極パターン３０ａ
の手前で分岐した配線６７は、支持体２２の下端面から
下面にまで回り込み、振動片１６下面の上下面電極パタ
ーン３０ｂに接続されている。また、導通が採られた励
振電極２８の側面電極パターン２８ｃ，２８ｄには、左
端子部６８から配線７０が形成されており、励振電極３
０の側面電極パターン３０ｃ，３０ｄには、左端子部７
２から配線７４が形成されている。

【００２５】振動片１８における振動検出電極３２の導
通が採られた対向する並列電極パターン３２ｂ，３２ｄ
には、枠体１２の右端子部７６から配線７８が形成され
ている。振動片２０における振動検出電極３４の導通が
採られた対向する並列電極パターン３４ａ，３４ｃに
は、右端子部８０から配線８２が形成されている。な
お、振動検出電極３２の導通が採られた対向する並列電
極パターン３２ａ，３２ｃと振動検出電極３４の導通が
採られた対向する並列電極パターン３４ｂ，３４ｄとに
は、各振動片および連結片２６下面にて同様に配線が形
成されている。

【００２６】また、支持体２２における歪み検出電極３
６の上下面電極パターン３６ａには、枠体１２の右端子
部８４から配線８６が形成されている。歪み検出電極３
６の側面電極パターン３６ｃには左端子部８８から配線
９０が、側面電極パターン３６ｄには右端子部９１から
配線９２がそれぞれ形成されている。この場合、支持体
２２下面の上下面電極パターン３６ｂには、支持体２２
および連結片２６下面にて同様に配線が形成されてい
る。

【００２７】更に、支持体２２における歪み検出電極３
８の上下面電極パターン３８ａには、右端子部９３から
配線９４が形成されている。歪み検出電極３８の側面電
極パターン３８ｃには左端子部９５から配線９６が、側
面電極パターン３８ｄには右端子部９７から配線９８が
それぞれ形成されている。この場合、支持体２２下面の
上下面電極パターン３８ｂには、支持体２２および連結
片２６下面にて同様に配線が形成されている。よって、
連結片２６下面には、図４に示すように４本の配線が形
成されることになる。なお、これら電極パターンおよび
配線は、振動ジャイロ１０の表面への導電性の薄膜形
成，フォトレジスト処理等の周知の半導体製造技術によ
り形成される。

【００２８】そして、上記したそれぞれの端子部を経
て、励振側回路４０に励振電極２８，３０および歪み検
出電極３６，３８の各電極パターンが接続され、検出側
回路５０に振動検出電極３２，３４の各電極パターンが
接続されている。なお、励振電極２８と励振電極３０の
励振側回路４０への接続は、上記した電極パターンの極
性を配慮して行なわれる。つまり、交流電圧の印加を受
けて励振電極２８の上下面電極パターン２８ａ，２８ｂ
に正の電荷がかかれば励振電極３０の側面電極パターン
３０ｃ，３０ｄには正の電荷がかかり、励振電極２８の
側面電極パターン２８ｃ，２８ｄに負の電荷がかかれば
励振電極３０の上下面電極パターン３０ａ，３０ｂには
負の電荷がかかるよう、各電極パターンは接続される。
もっとも、励振電極２８と励振電極３０について両上下
面電極パターン同士を同じ極性にし、両側面電極パター
ン同士を同じ極性にすることもできる。この場合に、励
振電極２８と励振電極３０に印加する交流電圧の位相を
１８０度ずらせばよい。

【００２９】次に、この振動ジャイロ１０の回路構成に
ついて図１のブロック図を用いて説明する。図示するよ
うに、励振側回路４０は、振動片１４の励振電極２８と
振動片１６の励振電極３０に交流電圧を同位相で印加す
る励振回路４２と、支持体２２における歪み検出電極３
６，３８から得られた電気信号の直流成分をカット後に
復調する復調調整回路４４と、入力した電気信号のレベ
ルにかかわらず一定の出力レベルとするオートマティッ
クゲインコントローラ（ＡＧＣ）４６と、振動片１４，
１６の共振周波数を中心とした所定幅の周波数の電気信
号を選別するバンドパスフィルタ４８とから構成され
る。この場合、復調調整回路４４に入力される電気信号
は、支持体２２に歪みが起き当該歪みに基づいて水晶の
圧電効果により生じる電気信号を歪み検出電極３６，３
８により取りだしたものである。

【００３０】この励振側回路４０は、励振回路４２によ
り、振動片１４の励振電極２８と振動片１６の励振電極
３０にこの振動片１４，１６のＸ軸方向の共振周波数と
一致する周波数の交流電圧を常時印加する。

【００３１】一方、検出側回路５０は、振動片１８の振
動検出電極３２および振動片２０の振動検出電極３４か
ら得られた電気信号の位相を揃える検出バランス調整回
路５１と、この検出バランス調整回路５１により調整さ
れた電気信号の出力レベルを増幅する増幅回路５３と、
交流電圧である電気信号の負の部分を反転して正電圧と
し、整流作用をはたす同期検波回路５５と、正電圧化さ
れた電気信号を整流電圧の電気信号とする積分回路５７
と、整流電圧の電気信号の出力レベルを増幅する増幅出
力回路５９とから構成される。

【００３２】励振回路４２から交流電圧の印加された振
動片１４と振動片１６とは、水晶の逆圧電効果により電
圧に応じた振幅で振動（自励振）を起こし、その電極の
構成から、図中Ｘ軸方向に沿ってその共振周波数で振動
する。そして、この振動片１４，１６のＸ軸に沿った振
動は他の振動片１８，２０に支持体２２を経て伝播し、
振動片１４と振動片１８とが対となり、振動片１６と振
動片２０とが対となって、これら対の振動片はＸ軸に沿
って共振する。この場合、振動片１４の励振電極２８と
振動片１６の励振電極３０における上記した電極パター
ンの極性により、図７の模式図に示すように、振動片１
４，１６はＸ軸において逆符号の向きに互いに振動す
る。そして、この振動が伝播した振動片１８，２０とに
あっては、上記振動片と共振してＸ軸に沿って振動し、
その際の振動方向も振動片１４，１６と同様、Ｘ軸にお
いて逆符号の向きとなる。

【００３３】自励振する側の振動片１４，１６と共振す
る側の振動片１８，２０とがこのようにＸ軸に沿って振
動すると、図７に示すように、支持体２２には各振動片
の振動に伴って圧縮・引張変形が起こり歪みが生じる。
この歪みに伴い水晶の圧電効果により得られた電荷の変
化は、歪み検出電極３６，３８を経てその歪み度合いに
応じた交流電圧の電気信号として得られる。この電気信
号は、復調調整回路４４により直流成分がカットされて
復調され、ＡＧＣ４６により出力レベルを一定（振動片
１４，１６の共振周波数を中心とした所定幅）にされ
る。そして、バンドパスフィルタ４８により共振周波数
を中心とした所定幅の電気信号が選別され、励振回路４
２により選別された電気信号が振動片１４，１６におけ
る励振電極２８，３０に印加される。

【００３４】振動片１４，１６がＸ軸に沿って振動する
際の振動周波数や振幅は、水晶の温度に起因して環境温
度に応じて変化するが、この振動振幅の変化は、支持体
２２の圧縮・引張変形、延いては支持体２２の歪み度合
いに相関関係を持って反映される。従って、振動片１
４，１６における励振電極２８，３０には、振動片１
４，１６の共振周波数で、かつ一定レベルの交流電圧が
常時その位相を１８０度ずらして印加される。このた
め、自励振側の振動片１４，１６は、Ｘ軸方向の共振周
波数で定常的に一定の振幅で振動を継続し、共振側の他
の２本の振動片１８，２０もＸ軸に沿って継続して振動
（共振）する。

【００３５】また、振動片１４，１６の振動が振動片１
８，２０に伝播してこの両振動片がＸ軸に沿って継続し
て振動している状態にあるときに、振動ジャイロ１０に
Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸の回りに回転角速度ωが作用
すると、振動片１８，２０は、式Ｆ＝２ｍＶ・ωで表わ
されるコリオリの力Ｆを受けてＹ軸に沿って振動する。
この場合、振動片１８と振動片２０の振動方向はＸ軸に
おいて逆符号の向きであることから、振動片１８と振動
片２０とがコリオリの力Ｆを受けてＹ軸に沿って振動す
る際の振動方向も、Ｙ軸において逆符号の向きとなる。

【００３６】ここで、ｍは振動片１８，２０の振動部分
の質量、Ｖは振動部分の速度である。この振動部分の速
度Ｖは、式Ｖ＝Ａω・cos ωｔで表わされ、回転角速度
ωが一定のときには振動片１８，２０のＸ軸方向の振動
の振幅Ａに比例する。従って、コリオリの力Ｆは振動片
１８，２０のＸ軸方向の振動の振幅Ａを大きくすること
により大きくすることができる。

【００３７】このように振動片１８，２０がコリオリの
力Ｆを受けてＹ軸に沿って振動すると、振動片１８，２
０は、振動片１４，１６から伝播したＸ軸方向の振動と
Ｙ軸方向の振動とにより、全体として楕円運動を起こ
す。振動片１８，２０における振動検出電極３２，３４
からは、この楕円運動のＹ軸方向成分の振動に伴う各振
動片の圧縮・引張変形に応じた交流電圧の電気信号（水
晶の圧電効果による電荷の変化）が得られる。この電気
信号は、振動片１８，２０のＹ軸に沿った振動の振幅を
反映したものであるので、振幅が大きくなれば大きな出
力レベルの電気信号となる。従って、検出感度を高くす
るために電気信号の出力レベルを大きくするには、振動
片１８，２０のＹ軸に沿った振動振幅を大きくすること
が望ましい。

【００３８】振動片１８，２０の振動検出電極３２，３
４から得られた電気信号は、検出バランス調整回路５１
に入力され、この検出バランス調整回路５１では、各振
動検出電極から得られた電気信号の位相が揃えられる。
増幅回路５３では、電気信号の出力レベルが増幅され
る。同期検波回路５５では、励振回路４２の参照信号と
同期して交流電圧である電気信号を検波して正電圧とす
る。積分回路５７では、正電圧化された電気信号を整流
電圧の電気信号とする。整流電圧の電気信号は、増幅出
力回路５９により増幅されて出力される。つまり、コリ
オリの力Ｆによる振動片１８，２０のＹ軸に沿った振動
の振動状態を反映した電気信号が、検出側回路５０の検
出バランス調整回路５１等を経て、Ｚ軸回りの回転角速
度ωの方向と大きさを表わすリニアな電気信号として図
示しない電子制御装置に出力される。このため、振動ジ
ャイロ１０を車両に搭載すれば、車両の旋回方向とその
単位時間当たりの大きさを検出することができる。

【００３９】以上説明したように、本実施例の振動ジャ
イロ１０では、振動片１４，１６のＸ軸に沿った定常的
な振動を励起するための電極（いわゆるフィードバック
電極）をこれら振動片には必要とせず、支持体２２に歪
み検出電極３６，３８として設けた。従って、本実施例
の振動ジャイロ１０によれば、自励振側および共振側の
振動片における電極構成を簡略化することができる。し
かも、振動片１４，１６を支持体２２の歪み度合いに基
づいて振動させることで、環境温度の影響を排除して振
動片１４，１６を定常的に一定振幅で振動させることが
できる。そして、この定常的な振動をコリオリの力の検
出用の振動片１８，２０に伝播して振動片１８，２０を
共振させることができる。このため、本実施例の振動ジ
ャイロ１０によれば、電極構成の簡略化に加え、コリオ
リの力の検出感度の向上を図ることができる。

【００４０】また、振動ジャイロ１０では、図７に示す
ように、検出用の振動片１８，２０が振動片１４，１６
の振動の伝播を受けてＸ軸に沿って共振する際の振動の
向きを逆にすることができる。このため、振動ジャイロ
１０では、この振動ジャイロ１０がＺ軸回りに回転して
振動片１８，２０が回転角速度を受けたときにこの両振
動片に作用するコリオリの力の方向を逆にすることがで
きる。よって、本実施例の振動ジャイロ１０では、振動
片にＺ軸回りの回転に基づかない外乱、例えば車両であ
れば車両旋回に基づかない横加速度等の外乱が加わって
振動片が撓んでも、この撓みによる出力は相殺される。
この結果、本実施例の振動ジャイロ１０によれば、コリ
オリの力の検出感度、延いては回転角速度ωの方向およ
びその大きさの検出感度をより一層向上させることがで
きる。

【００４１】また、振動ジャイロ１０では、Ｘ軸に沿っ
た振動を励起する振動片１４，１６には自励振用の励振
電極２８，３０のみを、振動の伝播を受け共振しコリオ
リの力の検出側の振動片１８，２０には検出用の振動検
出電極３２，３４のみを設けるだけでよい。このため、
本実施例の振動ジャイロ１０によれば、一つの振動片に
複数の電極を設ける必要がないので、振動ジャイロの構
成をより簡略化することができると共に、振動片ごとの
電極数の削減を通して小型化を図ることができる。

【００４２】また、本実施例の振動ジャイロ１０では、
各振動片が振動した際の歪が著しい振動片の根元側に励
振電極２８，振動検出電極３２等の該当する電極を独立
して設けることができる。このため、本実施例の振動ジ
ャイロ１０によれば、励振電極２８，３０により振動片
１４，１６を効率よく振動させることができると共に、
コリオリの力、延いては回転角速度ωの方向およびその
大きさを振動検出電極３２，３４により感度よく検出で
きる。

【００４３】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な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な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００４４】例えば、振動ジャイロ１０の形成に際して
は水晶に限られるのではない。具体的には、振動を伝播
する金属、例えばジュラルミン等の軽合金の板材から図
１に示す形状に適宜な機械加工を経て振動ジャイロ１０
を形成することもできる。この場合には、図８に示すよ
うに、振動片１４，１６には、その側面に当該振動片を
Ｘ軸に沿って振動させる一対のピエゾ素子１２８，１３
０を貼着・固定し、振動片１８，２０には、その上下面
に当該振動片がＹ軸に沿って振動した際の振動状態を検
出するための一対のピエゾ素子１３２，１３４を貼着・
固定する。また、支持体２２には、振動片１４，１８側
および振動片１６，２０側の両側面に、支持体２２に起
きた歪みの度合いを検出するための一対のピエゾ素子１
３６，１３８を貼着・固定する。

【００４５】そして、振動片１４，１６のピエゾ素子１
２８，１３０を励振側回路４０の励振回路４２に、振動
片１８，２０のピエゾ素子１３２，１３４を検出側回路
５０の検出バランス調整回路５１に、支持体２２のピエ
ゾ素子１３６，１３８を励振側回路４０の復調調整回路
４４に替わる検出バランス調整回路に接続する。なお、
この復調調整回路４４に替わる検出バランス調整回路で
は、一対のピエゾ素子１３６，１３８により各対におけ
る一のピエゾ素子からの電気信号を反転して位相が揃え
られる。検出側回路５０の検出バランス調整回路５１で
も同様である。

【００４６】また、振動ジャイロ１０の振動片１４，１
６をＸ軸に沿って振動させるに当たり、このＸ軸を両振
動片の並びに沿った方向の軸とし（図１，図２参照）、
振動片１４，１６をその並びに沿って振動させたがこれ
に限るわけではない。つまり、Ｘ軸を振動片１４，１６
の並びに沿った方向と直交する方向の軸（図１および図
２に表記したＹ軸）とすることもできる。この場合に
は、振動片１４，１６の電極パターンを変更し、振動片
１４，１６を振動片の並びに沿った方向と交差する方向
に沿って振動させるよう構成することもできる。

【００４７】また、振動ジャイロ１０では、支持体２２
の両側に振動片１４，１６および振動片１８，２０を突
出させたＨ字状の振動ジャイロとして構成としたが、支
持体２２の両側に１本ずつの振動片を突出させて両振動
片を共振可能にした参考例とすることもできる。更に
は、振動ジャイロ１０を、図９に示すような参考例とす
ることもできる。つまり、この参考例の振動ジャイロ１
０Ａは、支持体２２Ａからは同じ側に振動片１４Ａと振
動片１６Ａとを突出して備え、振動片１４Ａには励振電
極２８Ａと振動検出電極３２Ａとを、振動片１６Ａには
励振電極３０Ａと振動検出電極３４Ａとを、支持体２２
Ａには歪み検出電極３６Ａを有する。この振動ジャイロ
１０Ａでは、励振電極２８Ａと励振電極３０Ａに印加す
る交流電圧の位相をずらすことで、両振動片をＸ軸に沿
って共振させ、その際の支持体２２Ａの歪み度合いを歪
み検出電極３６Ａで電気信号として得る。そして、この
歪み検出電極３６Ａからの電気信号に基づき励振電極２
８Ａと励振電極３０Ａへの交流電圧の印加状態を制御す
る。この振動ジャイロ１０Ａでも、各振動片にはフィー
ドバック電極（歪み検出電極）を必要としないので、振
動片における電極構成の簡略化とコリオリの力の検出感
度の向上とを図ることができる。

【００４８】また、図１０に示すように、変形すること
もできる。この変形例の振動ジャイロ１０Ｂは、図示し
ないケーシングに固定される枠体１２に替えて上下の枠
部１２ａ，１２ｂとし、振動片１４〜２０をＨ字状に突
出させてこれら振動片を支持するに当たり、各振動片が
突出した支持体２２と連結片２４，２６とに加え、上下
の枠部１２ａ，１２ｂの間に配設した連結細幅片２４
ａ，２６ａを用いる。この連結細幅片２４ａ，２６ａに
おける連結片２４，２６連結箇所近傍に、歪み検出電極
３６，３８に替わる歪み検出電極３６Ａ，３８Ｂを有す
る。上記構成の振動ジャイロ１０Ｂでは、振動片１４〜
２０がＸ軸に沿って励振或いは共振する際に、連結細幅
片２４ａ，２６ａでは図１１の模式図中に矢印で示すよ
うな方向の歪みが起きる。そして、振動ジャイロ１０Ｂ
では、この連結細幅片２４ａ，２６ａの歪みの度合い
を、検出電極３６Ａ，３８Ｂから電気信号として捕ら
え、この電気信号に基づき振動片１４，１６への交流電
圧の印加を制御する。この振動ジャイロ１０Ｂにあって
も、各振動片にはフィードバック電極（歪み検出電極）
を必要としないので、振動片における電極構成の簡略化
とコリオリの力の検出感度の向上とを図ることができ
る。

【００４９】

【００５０】また、支持体２２の歪み度合いと、検出用
の振動片１８，２０のＸ軸方向の振動の様子とは、共に
振動片１４，１６がＸ軸に沿って振動する際のその振動
状態に依存する。その一方、検出用の振動片１８，２０
からコリオリの力を検出する際のこの振動片の運動（楕
円運動）は、振動片１４，１６がＸ軸に沿って振動する
際のその振動状態の影響を受ける。よって、支持体２２
の歪み度合いは、コリオリの力を検出するための振動片
１８，２０の運動（楕円運動のＹ軸方向成分の振動）と
も関連を持つことになる。このため、振動片１８，２０
の振動検出電極３２，３４で検出した振動片１８，２０
のＹ軸方向の振動状態を、検出電極３６，３８により検
出された支持体２２の歪み度合いに基づいて補正して、
その補正結果を、振動ジャイロにおけるコリオリの力の
検出結果とするよう構成することもできる。この構成を
採った場合でも、電極構成の簡略化とコリオリの力の検
出感度の向上とを図ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の第１、第２
の振動ジャイロでは、４本の振動片を支持部から突出し
てＨ字状をなし、その支持部から一方の側に突出した一
つの振動片をＸ軸（第１の振動ジャイロにあっては、振
動片の並びに沿った方向の軸或いは振動片の並びに沿っ
た方向と直交する方向の軸、第２の振動ジャイロにあっ
ては、振動片の並びに沿った方向の軸）に沿って振動さ
せるに当たり、この振動片の振動の状態に応じて支持部
や連結細幅片に起きた歪み度合いを、支持部や連結細幅
片における連結片連結箇所近傍にて検出する。このた
め、本発明の第１、第２の振動ジャイロでは、支持部か
ら一方の側に突出した前記振動片の振動の様子（振動周
波数や振幅の程度）がこの歪み度合いにより判る。

【００５２】そして、本発明の第１、第２の振動ジャイ
ロでは、支持部や連結細幅片の歪みの検出を各振動片か
ら独立して行なうので、各振動片にはこの歪み検出のた
めの構成が不要となる。このため、本発明の第１、第２
の振動ジャイロによれば、その構成を簡略化することが
できる。しかも、本発明の第１、第２の振動ジャイロに
よれば、支持部や連結細幅片の歪み度合いを反映させて
環境温度の影響を排除してコリオリの力の感度向上を図
ることが可能となる。

【００５３】本発明の振動ジャイロでは、支持部や連結
細幅片の歪み度合いに基づいて、支持部から一方の側に
突出した振動片をＸ軸に沿って励振させ、その際には励
振手段への制御信号を所定の出力レベルとして励振手段
に出力することで、支持部から一方の側に突出した振動
片にＸ軸に沿った振動を励起して、この振動片をＸ軸に
沿って定常的に振動させることができる。このため、本
発明の振動ジャイロによれば、その構成の簡略化に加
え、環境温度の影響を排除してコリオリの力の検出感度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の振動ジャイロ１０の全体構成を示すブ
ロック図。

【図２】振動ジャイロ１０の電極構成を説明するための
要部概略斜視図。

【図３】図２における３−３線拡大断面図。

【図４】図２における４−４線拡大断面図。

【図５】図２における５−５線拡大断面図。

【図６】図２における６−６線拡大断面図。

【図７】振動ジャイロ１０の振動片１４，１６をＸ軸に
沿って振動させた場合の各振動片の振動の様子と支持体
２２に起きる歪みの様子を模式的に説明するための模式
図。

【図８】振動ジャイロ１０の変形例を示す概略平面図。

【図９】振動ジャイロ１０の参考例である振動ジャイロ
１０Ａを示す概略平面図。

【図１０】振動ジャイロ１０の変形例である振動ジャイ
ロ１０Ｂを示す概略平面図。

【図１１】変形例の振動ジャイロ１０Ｂの振動片１４，
１６をＸ軸に沿って振動させた場合の各振動片の振動の
様子と連結細幅片２４ａ，２６ａに起きる歪みの様子を
模式的に説明するための模式図。

【符号の説明】

１０…振動ジャイロ １０Ａ…振動ジャイロ １０Ｂ…振動ジャイロ １２…枠体 １２ａ，１２ｂ…枠部 １４，１６，１８，２０…振動片 １４Ａ…振動片 １６Ａ…振動片 ２２…支持体 ２２Ａ…支持体 ２４，２６…連結片 ２４ａ，２６ａ…連結細幅片 ２８，３０…励振電極 ２８Ａ…励振電極 ３０Ａ…励振電極 ３２，３４…振動検出電極 ３４Ａ…振動検出電極 ３６，３８…歪み検出電極 ３６Ａ，３８Ｂ…歪み検出電極 ４０…励振側回路 ５０…検出側回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−113645（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−268223（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−163607（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−59006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−172914（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−138513（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29012（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−84815（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72 G01P 9/00 - 9/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４本の振動片を支持部から突出してＨ字
   状に備える振動ジャイロであって、 前記支持部の中央から前記振動片に沿って両側に延び、
   前記支持部を固定体に固定・支持する連結片と、 前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から一方の側に突出し
   た２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、
   前記一方の側の前記一つの振動片を、前記振動片の並び
   に沿った方向の軸或いは前記振動片の並びに沿った方向
   と直交する方向の軸であるＸ軸に沿って振動させる励振
   手段と、 前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から他方の側に突出し
   た２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、
   前記他方の側の前記一つの振動片が前記Ｘ軸と直交する
   Ｙ軸に沿って振動したときの振動状態を検出する振動検
   出手段と、 前記支持部に設けられ、前記一方の側の前記一つの振動
   片が振動する際の前記支持部の歪み度合いを検出する歪
   み検出手段とを備え、 前記歪み検出手段は、前記支持部における前記連結片の
   突出部分の両側に配設されていることを特徴とする振動
   ジャイロ。
2. 【請求項２】 ４本の振動片を支持部から突出してＨ字
   状に備える振動ジャイロであって、 前記支持部の中央から前記振動片に沿って両側に延び、
   前記支持部を固定体に対して支持するための連結片と、 前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から一方の側に突出し
   た２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、
   前記一方の側の前記一つの振動片を、前記振動片の並び
   に沿った方向のＸ軸に沿って振動させる励振手段と、 前記Ｈ字状をなすよう前記支持部から他方の側に突出し
   た２本の振動片の少なくとも一つの振動片に設けられ、
   前記他方の側の前記一つの振動片が前記Ｘ軸と直交する
   Ｙ軸に沿って振動したときの振動状態を検出する振動検
   出手段と、 前記連結片の末端が接合されると共に前記固定体にも接
   合されて対向し、前記一方の側の前記一つの振動片の振
   動に伴って歪み変形する細幅の連結細幅片と、 前記対向するそれぞれの連結細幅片に設けられ、前記一
   方の側の前記一つの振動片が振動する際の前記連結細幅
   片の歪み度合いを検出する歪み検出手段とを備え、 前記歪み検出手段は、それぞれの前記連結細幅片におけ
   る連結片連結箇所近傍に配設されていることを特徴とす
   る振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の振動ジャイ
   ロであって、 前記歪み検出手段の検出した歪み度合いに基づいて、前
   記一方の側の前記一つの振動片における前記励振手段を
   制御する制御手段を有し、 該制御手段は、前記励振手段への制御信号を所定の出力
   レベルとして前記励振手段に出力し、前記一方の側の前
   記一つの振動片に前記Ｘ軸に沿った振動を励起する、振
   動ジャイロ。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２記載の振動ジャイ
   ロであって、 前記歪み検出手段の検出した歪み度合いに基づいて、前
   記他方の側の前記一つの振動片における前記振動検出手
   段の振動状態検出結果を補正する補正手段を有する、振
   動ジャイロ。