JPH0894362A - 振動型ジャイロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動型ジャイロスコープにおいて、振動子の
振動特性を良好にして、高精度な角速度の検出ができる
ようにする。 【構成】 振動子１０は、恒弾性体Ａの表裏両面に圧電
材料層Ｂ，Ｂが積層されている。振動子１０に３枚の弾
性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。電極層
により、弾性片１０ｂにはｆ１，ｆ２による遇力が与え
られ、ある時点で＋ｘ方向となるように駆動される。こ
のとき弾性片１０ｃは＋ｘ方向へ、１０ａは−ｙ方向へ
変形するように振動駆動される。振動子が回転すると、
弾性片１０ｂと１０ｃにはある時点で＋ｙ、弾性片１０
ａには−ｙとなる振動が発生する。これが圧電効果によ
る電圧として検出され角速度が求められる。弾性片１０
ｂ，１０ｃの側端１４ｂと基部１０ｄの側端１４ａとを
不連続な形状とすることにより、弾性片の振動により基
部１０ｄに捻り応力などが作用せず、高精度な振動を実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動子が振動しながら
回転したときに発生するコリオリ力を利用して回転角速
度を検出する振動型ジャイロスコープに係り、特に小型
で量産が容易であり且つ安定した角速度の検出が可能な
振動型ジャイロスコープに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転角速度を検出するジャイロスコープ
は、航空機や船舶の慣性航法システムなどに使用されて
いるが、最近では、車載用ナビゲーションシステムやロ
ボットや無人走行車の姿勢制御、さらにはテレビカメラ
やビデオカメラの画面振れ防止装置、およびアミューズ
メント関連機器などにも使用されるようになってきてい
る。このような種々の分野の使用に適するジャイロスコ
ープとしては小型のものが必要になっており、そこで振
動型ジャイロスコープが着目されている。

【０００３】図１３はこの種の振動型ジャイロスコープ
の基本構造を示している。この振動型ジャイロスコープ
は、恒弾性金属（エリンバ）により形成された柱状の振
動子１に、駆動用の圧電素子２と検出用の圧電素子３が
貼着されている。駆動用の圧電素子２により振動子１に
ｘ軸方向への曲げ振動を与えながら、振動子１を軸Ｏを
中心として回転させると、振動子１に対しｙ軸方向へコ
リオリ力が作用する。このコリオリ力による振動子１の
ｙ軸方向の曲げ振動が圧電素子３により電圧として検出
される。振動子１の質量をｍ、駆動用の圧電素子２によ
り与えられる振動子１のｘ軸方向の振動速度をｖ（ベク
トル値）、Ｏ軸を中心とする角速度をω（ベクトル値）
とすると、コリオリ力Ｆ（ベクトル値）は、

【０００４】

【数１】Ｆ＝２ｍ（ｖ×ω） （×はベクトル積） となり、コリオリ力Ｆは角速度ωに比例する。このコリ
オリ力Ｆによる振動子１のｙ軸方向への変形振動が、検
出用圧電素子３により電圧に変換され、この検出電圧か
ら角速度ωが求められる。

【０００５】しかしながら、図１３に示したジャイロス
コープでは、高価な恒弾性金属を柱状に加工しているた
め、材料の部留まりが悪く、また高精度な柱状に加工し
なくてはならないために加工コストが高くなる。またこ
の種のジャイロスコープでは、駆動用の圧電素子２によ
り振動子１を曲げ振動させたときの共振周波数を調整す
る必要があるが、このため柱状の振動子１のいずれかの
部分を削って調整する必要があり、調整作業が非常に繁
雑である。

【０００６】そこで、本発明の発明者は、図１４に示す
ように、平板状の恒弾性金属の振動子４を使用した二脚
音叉型の振動型ジャイロスコープについて検討した。こ
のジャイロスコープは、振動子４の先端中心部に溝４ａ
を形成し、平板内を２片の弾性片４ｂと４ｃに分離した
ものである。図１５（Ａ）に示すように、駆動用の圧電
素子を用いてそれぞれの弾性片４ｂと４ｃを板面方向に
沿って固有の共振周波数にて振動させる。この振動はあ
る時点での振幅が、弾性片４ｂと４ｃとで＋ｘ方向と−
ｘ方向とで示すように逆位相とする。このような振動が
与えられた状態で振動子４に対し軸Ｏを中心とする回転
が与えられると、各弾性片４ｂと４ｃには図１５（Ｂ）
に示すようにコリオリ力による−ｙおよび＋ｙ方向の変
形が生じる。この変形を検出用の圧電素子により検出
し、電圧に変換することにより角速度ωを求めることが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１４お
よび図１５に示した板状の二脚音叉型の振動子４を使用
した振動型ジャイロスコープには以下に列記する問題点
がある。 （１）二脚音叉型では、弾性片４ｂと４ｃが非対称の振
動を生じるために、振動子全体に捻れ応力が生じ、安定
した角速度の検出ができない欠点がある。また、駆動時
の共振周波数を調整する場合、全ての弾性片４ｂと４ｃ
を別々にトリミングする必要があるため、共振周波数の
調整作業が繁雑である。またこの調整時に弾性片４ｂと
４ｃとが非対称形状となるおそれがあり、さらに検出精
度の低下をもたらすことになる。

【０００８】（２）二脚音叉型では、コリオリ力により
各弾性片４ｂ，４ｃにｙ方向の変形振動が生じた場合
に、振動の節線が図１４にて（イ）と（ロ）の位置に現
れる。よって振動子４は、その後端中央にて例えば支持
棒５で片持ち支持することが必要になり、その支持構造
が限られてしまう。支持棒５を使用した片持ち支持で
は、機械的支持強度が不安定であり、振動子４が外部振
動の影響を受けやすくなる。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、安価で製造容易な平板型の振動子を用いて、安定
した角速度の検出を可能とし、また周波数調整を容易に
し、また安定した支持構造にできる振動型ジャイロスコ
ープを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、平板状の弾性
体に２箇所の溝が形成されて互いに分離された３枚の弾
性片が形成された振動子と、圧電効果により前記弾性片
を板面方向へ変形できまたは板面方向への変形に基づく
電圧を検出できる第１の駆動・検出手段と、圧電効果に
より前記弾性片を板厚方向へ変形できまたは板厚方向へ
の変形に基づく電圧を検出できる第２の駆動・検出手段
とを有し、前記一方の駆動・検出手段により弾性片を変
形振動させながら振動子を回転させたときに、コリオリ
力により弾性片に生じる変形振動に基づく電圧を他方の
駆動・検出手段により検出して振動子の角速度を求める
ことを主要部としている。

【００１１】さらに本発明は、３枚の弾性片の幅および
前記２箇所の溝の間隔を加算した全幅寸法が、振動子の
弾性片が形成されていない基部の幅寸法よりも短く形成
されていることを特徴とするものである。

【００１２】上記の幅寸法の違いを実現するために、例
えば、振動子の、弾性片と基部との境界部分にて、左右
両側に位置する弾性片の側端と、基部の側端との間に段
差を形成するものである。

【００１３】この場合に、段差の幅方向の深さ寸法が、
弾性片の幅寸法の０．８倍未満であることが好ましい。

【００１４】また本発明は、前記主要部を備えたものに
おいて、前記第１の駆動・検出手段が、弾性片に板厚方
向に延びる線を中心軸とした回転方向への偶力を与える
ように相反する方向へ変形力を与えることが可能な対を
成す電極を有し、前記第２の駆動・検出手段が、弾性片
の板厚内で板面方向に延びる線を中心軸とした回転方向
への偶力を与えるように相反する方向へ変形力を与える
ことが可能な対を成す電極を有していることを特徴とす
るものである。

【００１５】また、本発明での前記第２の駆動・検出手
段は、弾性片が板厚方向へ２次以上の共振モードで振動
したときに、弾性片の表面の圧縮部分と伸長部分とを区
別して検出できるものであることを特徴とするものであ
る。

【００１６】上記第２の駆動・検出手段は、弾性片が板
厚方向へ２次以上の共振モードで振動したときに、弾性
片の表面の圧縮部分と伸長部分とで異なる分極方向とさ
れた圧電材料層と、この圧電材料層の表面に形成された
電極層とから構成することが可能であり、または、第２
の駆動・検出手段は、弾性片が板厚方向へ２次以上の共
振モードで振動したときに、弾性片の表面の圧縮部分と
伸長部分とで同じ分極方向とされた圧電材料層と、この
圧電材料層の表面にて前記圧縮部分と伸長部分とで異な
るものとして形成された電極層とから構成することが可
能である。

【００１７】上記において、弾性片が板厚方向へ２次の
共振モードで振動するものである場合に、弾性片の基部
側での検出領域の長さが、弾性片の全長の０．５倍未満
の範囲であることが好ましい。

【００１８】さらに本発明は、前記振動子が、恒弾性体
の表裏両面に圧電材料層が積層されたものであり、各圧
電材料層の表面に電極層が設けられ、この電極層と圧電
材料層とで前記第１と第２の駆動・検出手段が構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１９】また、上記全ての手段において、３枚の弾
性片は、両側に位置しているものが同じ方向へ変形し中
央のものがこれらと逆方向へ変形する振動モードにて駆
動されるものとなる。

【００２０】また本発明は、上記の全ての手段による特
徴を全て兼ね備えたものとして構成することが可能であ
る。

【００２１】

【作用】上記手段では、振動子が平板状の弾性体により
形成され、溝で分離された３枚の弾性片を備えている。
各弾性片を板面方向へ駆動する駆動方式では、第１の駆
動・検出手段の圧電効果により、弾性片を板面方向へ例
えば１次の共振モードにて振動させる。例えば３枚の弾
性片の両側に位置するものを同じ位相にてある時点で同
じ方向へ変形するように駆動し、中央の弾性片を、前記
両側のものと逆の変位にて振動させ、ある時点で前記両
弾性片が逆方向に変形するように駆動する。この振動子
が回転すると、コリオリ力により、各弾性片が前記板面
方向と直交する方向の板厚方向へ変形して振動する。こ
のとき例えば各弾性片は２次の共振モードで振動するよ
うに振動周波数が調整される。第２の駆動・検出手段で
は、各弾性片のコリオリ力による変形振動が電圧として
検出される。この電圧に基づいて振動子の回転角速度が
求められる。

【００２２】また逆に、第２の駆動・検出手段により、
各弾性片を板厚と直交する方向へ弾性変形させて振動さ
せる。この場合も、ある時点での変形方向が、両側の弾
性片と中央の弾性片とで逆向きとなるように駆動する。
この振動子が回転すると、コリオリ力により、各弾性片
が、前記板厚方向と直交する方向の板面方向へ変形して
振動する。この場合も、例えば板厚方向の振動が２次の
共振モードで板面方向の振動が１次の共振モードとなる
ように、共振周波数が調整される。第１の駆動・検出手
段の圧電効果により前記板面方向の振動が電圧として検
出され、この電圧に基づいて回転角速度が求められる。

【００２３】振動子に３枚の弾性片が設けられている場
合、弾性片の共振振動における周波数の調整の際に、必
ずしも全ての弾性片をトリミングなどする必要がない。
例えば両側の弾性片と中央の弾性片とが互いに逆の位相
（逆の変位）にて変形する振動モードの場合には、中央
の弾性片の長さを変えるだけで共振周波数の調整ができ
る。共振周波数を簡単に調整できるために、振動子の対
称性を損なうことがなく、角速度の検出が、安定した高
精度なものとなる。

【００２４】また、３枚の弾性片を備えた振動子では、
両側の弾性片と中央の弾性片がある時点で相反する方向
へ変形する振動モードを採用できる構造であるため、振
動子の弾性片が形成されていない基部に、振動やねじれ
がほとんど生じることがなく、よってこの基部を剛性支
持することが可能になる。そのために振動子の支持が安
定し、弾性片の安定した振動を実現できる。

【００２５】また振動子が平板状であるために、プレス
による打ち抜き加工などによる製造が可能であり、量産
性に優れたものとなる。

【００２６】また、本発明では、３枚の弾性片の幅およ
び前記２箇所の溝の間隔を加算した全幅寸法が、振動子
の弾性片が形成されていない基部の幅寸法よりも短く形
成されている。これは、左右両側に位置する弾性片の側
端と、振動子の基部の側端との間に段差を形成すること
により実現可能である。振動子の側端において弾性片と
基部とを不連続とすることにより、振動片の振動変形の
応力が振動子の基部に伝達されにくくなり、弾性片の振
動の際に基部および振動子全体にねじれ応力などが生じ
にくくなる。その結果、弾性片の駆動振動およびコリオ
リ力による振動が安定し、角速度の検出が安定して行わ
れる。

【００２７】さらに、第１の駆動・検出手段を、弾性片
に対し板面方向へ偶力を与えることが可能な対を成す電
極を有する構造とし、且つ第２の駆動・検出手段を、弾
性片に対し板厚方向へ偶力を与えることが可能な対を成
す電極を有する構造とすることにより、弾性片の板面方
向と板厚方向のいずれの方向への駆動であっても、少な
いエネルギー損失により高精度に振動駆動できるように
なる。また第１の駆動・検出手段または第２の駆動・検
出手段によりコリオリ力による弾性片の変形を検出する
ときにも、対をなす電極を有することにより高い出力に
て電圧を取り出すことができ、これによっても検出精度
を高くできる。

【００２８】また、弾性片が板厚方向へ２次の共振モー
ドまたはさらに高次の共振モードにて振動する場合に、
弾性片の表面には圧縮部分と伸長部分が生じる。そこで
第２の駆動・検出手段では、圧縮部分の圧縮歪みと伸長
部分の引っ張り歪みを区別して検出できるようにしてい
る。仮に圧縮部分と伸長部分に対し同じ検出を行うと、
コリオリ力により弾性片が変形したときに圧縮部分の検
出電圧が伸長部分の検出電圧を一部相殺することになり
振動変形の検出電圧の出力が低下する。そこで本発明で
は圧縮部分と伸長部分を区別して検出し、両部分の検出
電圧を例えば加算できるようにし、前記相殺が生じるの
を防止している。その結果、振動検出出力を高くでき、
角速度の検出精度を高めることができるようになる。

【００２９】さらに本発明では、前記振動子を、恒弾性
体の表裏両面に圧電材料層が積層された積層体により構
成できるものとしている。この振動子では、恒弾性体が
芯層であるために、振動子全体のヤング率が良好に安定
し、また環境変化によって左右されることがなく、常に
安定した弾性機能を発揮できる。また圧電材料層が弾性
体の表裏両面に積層されているため、圧電材料の圧電効
果による歪み力を大きくでき、また弾性片の歪みに基づ
く検出電圧を高くでき、駆動効率が向上され、且つ高精
度な角速度の検出を可能にできる。

【００３０】したがって、本発明では、振動子全体が、
恒弾性体の表裏両面に圧電材料層が積層された積層体に
より構成されることが好ましく、または少なくとも弾性
片のほぼ全体が、恒弾性体の表裏両面に圧電材料層が積
層された積層体により構成されることが好ましい。振動
子全体が、恒弾性体の表裏両面に圧電材料層が積層され
た積層体により構成される場合には、この積層体の材料
からプレスで打ち抜き加工などすることにより、振動子
を容易に形成することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の振動型ジャイロスコープに用いら
れる振動子の基本的な構造および動作を示す斜視図、図
２は図１に示した振動子の支持構造を示す斜視図であ
る。図１に示す平板状の振動子１０は、恒弾性金属（エ
リンバ）を主体として構成されたものである。本発明の
好ましい実施例では、恒弾性金属の平板材の表裏両面の
全面に圧電材料層が積層され、この圧電材料層の表面に
電極層が形成される。

【００３２】前記恒弾性金属（エリンバ）は、室温付近
にて温度変化に対するヤング率の変化がほとんどない材
料であり、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロ
ム）、Ｔｉ（チタン）の合金、またはこれにＣｏ（コバ
ルト）を加えた合金などである。以下の説明では、平板
状の振動子の各弾性片の板厚方向をｙで示し、この板厚
方向ｙと直交する方向の板面方向をｘで表わす。また図
１に示すようにｘ−ｙ平面での振動子の回転角速度をω
で表わす。

【００３３】図１に示すように、振動子１０は、板材の
先端から同じ長さの２つの溝１１，１１が切り込まれて
いる。溝１１，１１は振動子１０の板厚方向（ｙ方向）
へ貫通して形成されたものであり、これにより中央の弾
性片１０ａと、その左右両側の弾性片１０ｂ，１０ｃの
計３枚の弾性片がｘ方向へ分離されて形成されている。
恒弾性金属（恒弾性体）表裏全面に形成された圧電材料
層と、その表面に形成された電極層とで、第１の駆動・
検出手段と、第２の駆動・検出手段とが構成される。な
お、電極層の具体的な配置などについては後述する。第
１の駆動・検出手段は、圧電効果により、各弾性片１０
ａ，１０ｂ，１０ｃを板面方向（ｘ方向）へ駆動できる
ものであり、また各弾性片が板面方向（ｘ方向）へ変形
したときには、圧電効果によりその変形歪みを電圧とし
て検出できるものとなっている。第２の駆動・検出手段
は、圧電効果により、各弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
を板厚方向（ｙ方向）へ駆動できるものであり、また各
弾性片が板厚方向（ｙ方向）へ変形したときには、圧電
効果によりその変形歪みを電圧として検出できるものと
なっている。

【００３４】この振動子１０の弾性片１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの振動モードは、各弾性片が板面方向（ｘ方向）
へ振動する板面振動モード（以下、「Ｈモード」と呼
ぶ）と、各弾性片が板厚方向（ｙ方向）へ振動する板厚
振動モード（Ｖモード）とがある。角速度（ω）の検出
方法としては、第１の駆動・検出手段の圧電効果によ
り、両側の弾性片１０ｂと１０ｃが、ある時点での振幅
方向が共に＋ｘ方向となるように駆動され、また中央の
弾性片１０ａがその時点での振幅方向が−ｘ方向となる
ように駆動される（Ｈモードの振動）。このとき振動子
１０を角速度ωにて回転させると、コリオリ力が生じ、
弾性片１０ｂと１０ｃの振幅方向が共に＋ｙ方向で、中
央の弾性片１０ａの振幅方向が逆の−ｙ方向となるよう
に変形振動する（Ｖモードの振動）。各弾性片のｙ方向
への振動による振動変形は、圧電効果を利用した第２の
駆動・検出手段により電圧として検出される。前記数１
に記載したように、コリオリ力は角速度（ω）に比例す
るため、各弾性片のｙ方向への振動による変形量を例え
ば電圧として検出することにより、角速度（ω）を求め
ることができる。

【００３５】または、中央の弾性片１０ａを駆動するこ
となく、第１の駆動・検出手段により、両側の弾性片１
０ｂと１０ｃのみを共に同じ位相にてある時点での振幅
方向が＋ｘ方向となるように振動駆動する。このとき弾
性片１０ｂと１０ｃの＋ｘ方向への振動の反力により中
央の弾性片１０ａが前記弾性片１０ｂと１０ｃと逆の位
相にて−ｘ方向に振動する。このとき振動子１０を角速
度ωにて回転させると、コリオリ力により、弾性片１０
ｂと１０ｃの振動方向が、ある時点での振幅方向が共に
＋ｙ方向で、このときに中央の弾性片１０ａの振幅方向
が逆に−ｙ方向となる振動が発生する。この弾性片のｙ
方向への振動変形を第２の駆動・検出手段により検出す
ることによっても、角速度（ω）を求めることができ
る。

【００３６】あるいは、第２の駆動・検出手段により、
各弾性片がｙ方向へ駆動される（Ｖモード）。この場合
に、全ての弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動し、図
１に示すように、ある時点で弾性片１０ｂと１０ｃが＋
ｙ方向へ、中央の弾性片１０ａが−ｙ方向へ変形するよ
うに所定周波数にて振動駆動される。この振動子１０を
回転させると、各弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、コ
リオリ力により板面方向（ｘ方向）へ変形して共振振動
する（Ｈモード）。このときの図１に示す位相での弾性
片のｘ方向への振動変形が第１の駆動・検出手段により
電圧として検知され、これにより角速度（ω）が求めら
れる。

【００３７】または、両側の弾性片１０ｂと１０ｃのみ
をｙ方向へ駆動することも可能である。この場合には、
反力により中央の弾性片１０ａが、弾性片１０ｂと１０
ｃと逆の変位にて振動する。あるいは中央の弾性片１０
ａのみをｙ方向へ駆動してもよい。この場合には左右両
側の弾性片１０ｂと１０ｃが反力により、中央の弾性片
１０ａと逆の変位にて変形する。これらの振動子１０を
回転させると、コリオリ力により弾性片１０ａ，１０
ｂ，１０ｃが図１に示すようにｘ方向へ変形する。この
変形振動が第１の駆動・検出手段により検出される。

【００３８】本発明の振動子では、本願の先願である特
願平６−８２５７９号の明細書に記載しているように、
左右の弾性片１０ｂ，１０ｃと中央の弾性片１０ａとが
ｙ方向へ互いに異なる位相で振動するときの共振周波数
の調整作業を、中央の弾性片１０ａの長さを変えるだけ
で完了することができる。この中央の弾性片１０ａの長
さを変える周波数調整では、振動子１０の形状の対称性
が変わらないため、調整作業により非対称になって捻り
振動などが生じることはない。また、上記のｙ方向への
共振振動での共振周波数の調整については、それぞれの
弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃのｘ方向への共振振動の
周波数には影響がない。このため弾性片１０ａ，１０
ｂ，１０ｃのｙ方向の２次共振の振動周波数を、ｘ方向
の１次共振の振動周波数に近づける調整が容易である。
すなわち、弾性片１０ａの長さ調整により、各弾性片を
ｘ方向へ１次共振モードにて振動させ、ｙ方向へ２次共
振モードにて共振させてることにより、ｘ方向とｙ方向
の両共振モードでの振動数を近づけることができ、振動
型ジャイロスコープとして好ましいものになる。

【００３９】また、この振動子１０では、ｙ方向の振動
に着目した場合、中央の弾性片１０ａと、両側の弾性片
１０ｂ，１０ｃとが互いに逆の位相で振動するため、溝
１１，１１が形成されていない基部１０ｄの基端におけ
る振幅がきわめて小さい。また、基部１０ｄに捻り振動
も生じにくい。したがって図２に示すように、振動子１
０の基部１０ｄの基端部分を剛体１２ａと１２ｂにより
挟持する支持構造が可能になる。このような剛体支持に
よって、振動子の振動モードに影響が生じることがな
い。

【００４０】本発明は、図１に示す形状で前述したＶモ
ードとＨモードの振動モードを有する振動子１０を備え
たことを主要部とするものであるが、図３は、振動動作
がさらに安定し、角速度（ω）を高精度に検出できる振
動子１０の形状を示している。図３（Ａ）は振動子１０
の平面図、図３（Ｂ）はその側面図である。この振動子
１０は、芯層が平板状の恒弾性金属により形成された恒
弾性体Ａ（板厚Ｔａ）であり、その表裏両面全域に圧電
材料層Ｂ（板厚Ｔｂ）が積層された積層体により構成さ
れている。図３（Ａ）に示す振動子１０は中心線Ｏ１−
Ｏ１に対して左右（図示上下）にて対称形状である。３
枚の弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃは全て幅寸法が同じ
（Ｗａ）である。各弾性片を分離しているの両溝１１，
１１の間隔寸法は共に（Ｗｂ）である。また３枚の弾性
片１０ａ，１０ｂ，１０ｃは全て同じ長さ寸法（Ｌａ）
であり、剛体による支持部の縁から、基部１０ｄと弾性
片の境界までの長さ（基部１０ｄの長さ）は（Ｌｂ）で
ある。

【００４１】図３（Ａ）に示すように、振動子１０の左
右両側の弾性片１０ｂと１０ｃの外側の側端１４ｂ，１
４ｂと、基部１０ｄの両側の側端１４ａ，１４ａとの間
には段差１３，１３が形成されている。この段差１３，
１３は直角の角部を有して凹状に形成されたものであ
る。段差１３，１３の角部と、前記溝１１，１１の底部
の位置は、同一線Ｄ上に位置している。そして、段差１
３，１３の幅方向の切込み深さは左右両方共にＷｓであ
る。その結果、３枚の弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
幅寸法Ｗａと２箇所の溝１１の間隔寸法Ｗｂとの合計
（３×Ｗａ＋２×Ｗｂ）は、基部１０ｄの幅寸法Ｗ0よ
りも（２×Ｗｓ）の寸法分だけ短くなっている。振動子
１０の弾性片１０ｂ，１０ｃが形成されている側端１４
ｂ，１４ｂと、基部１０ｄの側端１４ａ，１４ａとの間
に段差１３，１３が形成されて、側端が不連続となって
いる結果、弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃがｘ方向およ
びｙ方向へ振動するときに、側端１４ｂ，１４ｂに生じ
る応力が段差１３，１３により不連続となるように遮断
され、この応力が基部１０ｄの剛体支持側の基端に及び
にくくなっている。その結果、弾性片１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの振動により基部１０ｄに捻り方向などの不要な
振動が生じにくくなり、弾性片の振動が安定し、角速度
の検出精度を高くできる。

【００４２】図４は、段差１３，１３を形成した振動子
１０を使用して実際に角速度を測定した結果を示してい
る。実験に使用した振動子は図１２に示したものである
が、各部の寸法等は、図３に示す。実験に使用した振動
子１０は、Ｗａが７ｍｍ、Ｗｂが０．６ｍｍ、Ｗｓが
２．０ｍｍ、Ｌａが２０ｍｍ、Ｌｂが３０ｍｍ、Ｔａが
０．６ｍｍ、Ｔｂが０．２５ｍｍである。この振動子１
０において、第１の駆動・検出手段により、弾性片１０
ｂと１０ｃをある時点での振幅方向が＋ｘ方向となり、
中央の弾性片１０ａをその時点での振幅方向が−ｘ方向
となるように振動させ、振動子１０を角速度ωで回転さ
せた。このときのコリオリ力により各弾性片に生じた図
１に示すようなモードのｙ方向の振動変形を第２の駆動
・検出手段により電圧値として検出した。

【００４３】この振動子１０を備えた振動型ジャイロス
コープにおいて、コリオリ力による弾性片のｙ方向への
振動変形に基づく検出電圧を図５にてベクトルＶ0で示
す。Ｖ1は、振動子１０が回転していないときの漏れ出
力電圧であり、振動子１０が回転したときに角速度ωに
比例して検出される電圧がＶ2である。また、φはＶ0と
Ｖ1の位相差である。図３に示す形状の振動子１０によ
る角速度ωの検出が安定し、安定したＶ2が得られるこ
とを示すために、図４では、横軸にＶ0・cosφを示し、
縦軸にＶ0・sinφを示している。図４の線図中の上下に
延びる線は測定値のばらつきを示し黒丸はばらつきの平
均値を示している。図４によれば、測定値のばらつきが
非常に狭い範囲であり、図３に示すように段差１３，１
３を有する振動子１０を用いた角速度の検出精度が非常
に高くなっているのが解る。

【００４４】次に、図６は、前記段差１３，１３の深さ
Ｗｓの変化が、共振周波数にどの程度の影響を与えるか
を調べた結果である。この実験に使用した振動子は、Ｗ
ａが２．６ｍｍ、Ｗｂが０．２ｍｍ、Ｌａが６ｍｍ、Ｌ
ｂが１０ｍｍ、Ｔａが０．２ｍｍ、Ｔｂが０．１ｍｍで
ある。この振動子１０において段差１３の深さＷｓを変
化させたもの（Ｗ0を変化させたもの）を複数種類製造
し、それぞれにおいて図１に示すｘ方向への振動（Ｈモ
ード）と、ｙ方向への振動（Ｖモード）における共振周
波数（ｋＨｚ）を測定した。図６は、横軸がＷｓ／Ｗａ
で、縦軸が共振周波数（ｋＨｚ）である。図６では、黒
丸で示したＨモードの共振周波数は、Ｗｓ／Ｗａの値に
影響を受けず、常に安定していることが解る。逆にＶモ
ードでは、共振周波数がＷｓ／Ｗａの値に影響を受ける
ことが解る。ただし、Ｗｓ／Ｗａが０．８ｍｍ未満であ
ると、Ｗｓ／Ｗａが変動しても、Ｖモードの共振周波数
の変化がわずかである。

【００４５】すなわち、図４に示したように、段差１
３，１３を設けることにより、振動子１０の捻り振動な
どを防ぎ、角速度の検出精度を高くできるが、例えばＷ
ｓ／Ｗａが０．８以上であると、製造時の公差などによ
りＷｓ／Ｗａの値にばらつきが生じると、Ｖモードの共
振周波数にばらつきを生じることになる。そこで、図６
から、Ｗｓ／Ｗａを好ましくは０．８未満または０．８
未満で０．５以上、さらに好ましくは０．７５以下また
は０．７５以下で０．５以上、あるいは０．６５以下ま
たは０．６５以下で０．５以上に設定すると、製造時の
公差によりＷｓ／Ｗａにばらつきが生じたとしても、共
振周波数の変動がほとんど生じないことになる。逆にい
えば、段差１３，１３を形成し、Ｗｓ／Ｗａの値を前記
のいずれかの範囲に設定すると、製造時の精度が低く、
ラフな加工を行っても、共振振動数の変動が生じること
がなく、常に図４に示すような安定した角速度の検出が
できることになる。なお、図４の実験に使用した振動子
１０はＷｓ／Ｗａが０．５である。また、上記の効果
は、左右の弾性片１０ｂ，１０ｃの側端１４ｂ，１４ｂ
と、基部１０ｄの側端１４ａ，１４ａとの間に段差１３
が形成され、側端１４ｂと１４ａとが不連続な形状にな
ることにより奏されるものであり、よって段差１３の形
状は必ずしも直角である必要はなく、側端１４ｂと１４
ａが曲線的につながっているものであってもよい。ある
いは図７に示すように、基部１０ｄの、弾性片との境界
部分の幅寸法をＷ1で示すようにやや大きくし、この部
分と弾性片１０ｂ，１０ｃとの間に段差１３，１３を形
成してもよい。

【００４６】次に、図８は前記振動子１０を駆動するた
めに電極層の形成例を示すものである。図８（Ａ）は図
３（Ａ）に示す振動子１０の各弾性片１０ａ，１０ｂ，
１０ｃの端面を拡大して示したものである。図８（Ｂ）
は他の形成例であり、１枚の弾性片１０ｂの端部のみを
拡大して示した端面拡大図である。図８（Ａ）（Ｂ）に
示す振動子１０は、その本体の全体が、恒弾性体Ａの表
裏両面に圧電材料層Ｂが積層された積層体により形成さ
れている。図８（Ａ）（Ｂ）に示す振動子１０は、図１
に示すのと同じ振動モードにて共振振動するものとなっ
ている。各弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、板面方向
（ｘ方向）へ１次共振によりＨモードにて振動するよう
に駆動され、振動子１０が回転したときに、各弾性片１
０ａ，１０ｂ，１０ｃは、コリオリ力により板厚方向
（ｙ方向）へ２次共振のＶモードにて振動する。

【００４７】図１に示すように、左右両側の弾性片１０
ｂと１０ｃは同じ位相にて駆動され、ある時点での振幅
方向は＋ｘ方向である。したがって、弾性片１０ｂと１
０ｃは同じ構成の第１の駆動・検出手段によりｘ方向へ
駆動される。図８（Ａ）に示す例では、恒弾性体Ａの表
裏両面に積層された圧電材料層Ｂ，Ｂの分極方向が弾性
片の面積の範囲内にて同じである。図８（Ａ）では、圧
電材料層Ｂ，Ｂの分極方向が厚さ方向へ互いに相反する
方向であり、白抜きの矢印で示すように、分極方向は圧
電材料層の表面方向である。

【００４８】弾性片１０ｂに着目した場合に、図示上面
側の圧電材料層Ｂの表面には対を成す電極層２１ａと２
２ａが積層されている。各電極層２１ａと２２ａには交
流電圧が与えられるが、ある時点で電極層２１ａに
（＋）電圧が印加され、電極層２２ａには（−）電圧が
印加される。このとき、図３（Ａ）に示すように、電極
層２１ａの部分では圧電材料層Ｂに伸長力（伸び方向の
歪み）ｆ１が作用し、電極層２２ａの部分では圧縮力
（圧縮方向への歪み）ｆ２が作用する。ｘ平面内で対を
成して形成された電極層２１ａと２２ａにより、ｘ平面
内での偶力を発揮する相反する力ｆ１とｆ２が作用す
る。この力ｆ１とｆ２は、弾性片の板厚方向（ｙ方向）
に延びる仮想線Ｏｙを中心軸とする回転方向の偶力とな
る。また、交流電圧により電極層２１ａに（−）電圧が
電極層２２ａに（＋）電圧が作用したときには力ｆ１と
ｆ２の方向は逆向きになる。このように対を成す電極層
２１ａと２２ａが形成されている部分にて圧電材料層Ｂ
にＯｙを中心軸とする回転方向への偶力が作用すること
により、弾性片１０ｂは±ｘ方向へ効率よく振動させら
れる。

【００４９】なお図８（Ａ）の実施例では、図示下側の
圧電材料層Ｂの表面にも対を成す電極層２１ｂと２２ｂ
が形成されている。この電極層２１ｂと２２ｂに与えら
れる電圧の位相は前記電極層２１ａおよび２２ａと同じ
である。したがって、図８での図示下側の圧電材料層Ｂ
に対して、上側の圧電材料層Ｂと同じ位相により、仮想
線Ｏｙを中心軸として回転する方向への偶力が作用す
る。よって、弾性片１０ｂは表裏両面の両圧電材料層
Ｂ，Ｂにより相反する方向への力ｆ１とｆ２が与えら
れ、表裏両面のこの偶力により、±ｘ方向へ振動駆動さ
れる。弾性片１０ｂが偶力により駆動されることによ
り、弾性片１０ｂは、±ｘ方向へ確実に駆動され、エネ
ルギー損失が少なくなる。

【００５０】図８（Ａ）の左側に示される弾性片１０ｃ
では、弾性片１０ｂと同じ構成の電極層が形成されてい
る。すなわち、弾性片１０ｂでは、図８（Ａ）の図示上
側の圧電材料層Ｂの表面に対を成す電極層２１ａと２２
ａが形成され、図示下側の圧電材料層Ｂの表面に対を成
す電極層２１ｂと２２ｂが形成されている。弾性片１０
ｂに形成された各電極層と、弾性片１０ｃに同じ符号で
示された各電極層とでは、同じ極性で同じ位相の駆動電
圧が印加される。したがって、弾性片１０ｃは、弾性片
１０ｂと同様に、表裏両側において、相反する力ｆ１と
ｆ２により、仮想線Ｏｙを中心軸とする回転方向への偶
力により駆動される。中央の弾性片１０ａの図示上側の
圧電材料層Ｂの表面にはｘ方向に離れて対を成す電極層
２３ａと２４ａが形成され、図示下側の圧電材料層Ｂの
表面には同じくｘ方向に離れて対を成す電極層２３ｂと
２４ｂが形成されている。電極層２３ａと２４ａとで
は、ある時点で極性が逆の電圧が与えられ、これは電極
層２３ｂと２４ｂにおいても同じである。よって、中央
の弾性片１０ａも、板厚方向（ｙ方向）へ延びる仮想線
Ｏｙを中心軸とした回転方向への偶力が与えられる。

【００５１】この実施例では、圧電材料層Ｂと、その表
面に形成された電極層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２
ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂとにより、第１の
駆動・検出手段が構成されている。この第１の駆動・検
出手段により、各弾性片１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、板
厚方向（ｙ）方向に延びる線Ｏｙを中心軸とする回転方
向への偶力により板面方向（ｘ方向）へ駆動されるが、
その位相すなわちある時点での振幅方向は、両側の弾性
片１０ｂ，１０ｃと、中央の弾性片１０ａとで逆方向で
ある（図１参照）。上記の板面方向（ｘ方向）への振動
モード（Ｈモード）の１次共振にて、各弾性腕１０ａ，
１０ｂ，１０ｃが駆動されている振動子１０が回転する
と、コリオリ力により、各弾性片１０ａ，１０ｂ，１０
ｃにｙ方向への力が発生し、図１に示すように各弾性片
がｙ方向へ振動する。この振動は第２の駆動・検出手段
により検出される。

【００５２】そのために、弾性片１０ｂには、板厚方向
に離れた位置にて、各圧電材料層Ｂ，Ｂの表面に、対を
成す電極層２５と２６が形成されている。仮にこの電極
層２５と２６に対して駆動電圧を与えた場合、例えばあ
る時点で電極層２５に（＋）電圧を、電極層２６に
（−）電圧を与えた場合、弾性片１０ｂは＋ｙ方向へ曲
げ変形される。すなわち図３（Ｂ）に示すように、ある
時点で一方の電極層２５に印加される（＋）電圧によ
り、図示下側の圧電材料層Ｂには伸長力ｆａが作用し、
電極層２６に印加される（−）電圧により図示上側の圧
電材料層Ｂには圧縮力ｆｂが作用する。この力ｆａとｆ
ｂは、弾性片の長さ方向への相反する方向の力であり、
この力ｆａとｆｂにより、弾性片１０ｂの板厚内にて板
面方向（ｘ方向）に延びる仮想線Ｏｘを中心とした回転
方向への偶力が与えられる。

【００５３】ただし、電極層２１ａ，２１ｂ，２２ａ，
２２ｂにより、弾性片１０ｂがｘ方向へ駆動されている
ときには、電極層２５と２６は、弾性片１０ｂのコリオ
リ力によるｙ方向への振動歪みを検出するために使用さ
れる。コリオリ力により、弾性片１０ｂがある時点で＋
ｙ方向へ振動変形すると、図示下側の圧電材料層Ｂには
伸長力が作用し、図示上側の圧電材料層Ｂには圧縮力が
作用する。よって圧電効果により電極層２５にて（＋）
電圧が、電極層２６にて（−）電圧が検出される。弾性
片１０ｂが−ｙ方向へ変形したときの検出電圧は上記と
逆である。例えば電極層２６による検出電圧の極性を反
転させ、電極層２５による検出電圧に加算することによ
り、弾性片１０ｂのコリオリ力によるｙ方向への変形を
検出できる。

【００５４】このように、板厚方向（ｙ方向）へ偶力を
発揮できる構成の電極層２５と２６を使用してコリオリ
力による変形を検出すると、対を成す電極の双方によ
り、弾性片の伸び歪みと圧縮歪みがそれぞれ検出される
ことになる。それぞれの電極層２５と２６による検出電
圧を差動することにより検出電圧が高くなり、高精度な
角速度の検出が可能になる。

【００５５】図１に示すように、弾性片１０ｃはコリオ
リ力により弾性片１０ｂと同じ位相にて振動変形する。
よって、弾性片１０ｃには、弾性片１０ｂに設けられた
のと同じ構造の電極層２５と２６が形成されている。こ
の電極層２５と２６によりコリオリ力の検出を行うとき
には、電極層２５と２６とで、伸長変形と圧縮変形の相
反する方向の両方の変形を検出でき、検出出力が高くな
って、角速度を高精度に検出できることになる。中央の
弾性片１０ａは、両側の弾性片１０ｂおよび１０ｃと逆
の位相にてｙ方向へ変形するものであり、この弾性片１
０ａには表裏両側に電極層２７と２８が形成されてい
る。この電極層２７と２８も、弾性片１０ａに対し仮想
線Ｏｘを中心とする回転方向への偶力を与えることがで
きるものであり、またコリオリ力による変形を検出する
ときには、両電極層２７と２８とで、圧縮と伸長の両方
向の変形を検出できるものとなっている。

【００５６】このように、圧電材料層Ｂ，Ｂと電極層２
５，２６，２７，２８とで構成された第２の駆動・検出
手段では、各弾性片がｙ方向へ変形したときに、その圧
縮変形（歪み）と伸長変形（歪み）とが別々の電極によ
り圧電効果の電圧として検出できる。両電圧の検出値の
差を加算することにより、コリオリ力による変形を高い
電圧にて出力できる。なお、各弾性片１０ａ，１０ｂ，
１０ｃをｙ方向へ変形させて振動駆動し、この振動子１
０を回転させて、コリオリ力による各弾性片１０ａ，１
０ｂ，１０ｃのｘ方向への変形を検出する場合には、前
記電極層２５，２６，２７，２８に駆動電圧を与える
と、図３（Ｂ）に示す力ｆａとｆｂの偶力により、各弾
性片をｙ方向へ効果的に駆動できる。またコリオリ力に
よるｘ方向への変形は、電極層２１ａ，２１ｂ，２２
ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂにて電圧
として検出される。例えば対を成す電極層２１ａと２２
ａでは、弾性片１０ｂがコリオリ力によりｘ方向へ変形
したときに、伸長変形と圧縮変形が共に別々の電極層か
ら検出されることになり、高い検出出力が得られること
になる。

【００５７】また図８（Ａ）では、恒弾性体Ａの表裏両
面に積層された圧電材料層Ｂが、その全面にて同じ分極
方向を有するものとなっている。ただし図８（Ｂ）に示
すように、各電極層に対面する部分にて圧電材料層Ｂの
分極方向を変えることが可能である。図８（Ｂ）は弾性
片１０ｂのみを示しているが、弾性片１０ｃと１０ａに
おいても同様に各電極層に対面する部分にて分極方向を
相違させることができる。図８（Ｂ）の例では、弾性片
１０ｂをある時点で＋ｘ方向へ変形させる場合に、各電
極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに与えられる電圧の
位相が同じになる。この場合も、弾性片１０ｂは偶力に
て＋ｘ方向へ駆動される。また、弾性片１０ｂが例えば
＋ｙ方向へ変形した場合には、電極層２５と２６により
伸長と圧縮とによる電圧が検出されるが、両電圧層２５
と２６とで同じ位相（同じ極性）の電圧が得られる。

【００５８】次に、図９は、各弾性片がｙ方向へ２次の
共振モードにて振動した状態を模式的に示している。例
えば、弾性片１０ｂが２次の共振モードによりある時点
で−ｙ方向へ変形した場合、図示上側に積層されている
圧電材料層Ｂに着目すると、（イ）の部分では伸長され
て引っ張り歪みが生じる。ただし、弾性片１０ｂと基部
１０ｄとの境界部の（ロ）の部分では、圧縮による歪み
が生じる。図示下側に積層されている圧電材料層Ｂで
は、その逆であり、（イ）の部分で圧縮歪みとなり、
（ロ）の部分で引っ張り歪みになる。

【００５９】仮に、第２の駆動・検出手段を構成する電
極層２５と２６および圧電材料層が、弾性片１０ｂの長
さ方向全長Ｌａに、同じものとして形成されているとす
る。弾性片１０ｂが図９に示す状態で変形した場合、上
側の電極層２６では本来圧電材料層Ｂの引っ張り歪みに
基づく電圧が検出されるはずであるが、（ロ）の部分で
は圧電材料層Ｂが部分的に圧縮歪みとなるため、（ロ）
の部分での圧電効果による電位は（イ）の部分と極性が
逆になる。すなわち（ロ）の部分の圧電効果により検出
電圧が（イ）の部分での本来の引っ張り歪みによる圧電
効果の検出電圧を相殺してしまう。よってコリオリ力に
より弾性片のｙ方向への変形を検出する際に、この検出
電圧の出力が低下し、検出精度が低下することになる。

【００６０】そこで図１０（Ａ）（Ｂ）で示す実施例で
は、（イ）の部分（伸長部分）と（ロ）の部分（圧縮部
分）とで、弾性片１０ｂの変形を区別して検出できるよ
うにしている。図１０（Ａ）は、図８（Ａ）に示すよう
に、弾性片１０ｂの表裏両面に積層された圧電材料層Ｂ
が、その全域にわたって同じ分極方向の場合を示してい
る。この場合に、弾性片１０ｂに設けられる第２の駆動
・検出手段を構成する電極２５と２６を、（イ）の部分
と（ロ）の部分とで別々のものとする。図１０（Ａ）で
は、（イ）の部分に電極層２５ａ，２６ａが形成され、
（ロ）の部分に短い電極２５ｂ，２６ｂが形成されてい
る。

【００６１】図１０（Ａ）において、弾性片１０ｂが２
次の共振モードにて振動し、ある時点で図９に示す状態
の変形となったとき、図示上側の圧電材料層Ｂでは、
（イ）の部分が引っ張り歪みとなって電極層２６ａに
（＋）電圧が検出され、（ロ）の部分が圧縮歪みとなっ
て電極層２６ｂに（−）電圧が検出される。下側の圧電
材料層Ｂでは、逆に電極層２５ａに（−）電圧が、電極
層２５ｂに（＋）電圧が検出される。例えば電極層２５
ａと２６ｂの検出電圧の極性を反転させ、電極層２６ａ
と２５ｂでの検出電圧に加算すると、（イ）の部分での
引っ張り歪みと（ロ）の部分での圧縮歪みとが相殺され
ることなく、加算されて検出されることになる。

【００６２】図１０（Ｂ）は、図８（Ｂ）に示したよう
に、各電極層に対面する圧電材料層の分極方向が相違す
る場合について示している。図１０（Ｂ）では、（イ）
の部分と（ロ）の部分とで、表裏の圧電材料層Ｂ，Ｂの
分極方向が逆方向となっている。この場合には、表示両
面の圧電材料層Ｂ，Ｂの表面にはＬａ方向にわたって同
じ電極層２５と２６が形成される。図１０（Ｂ）では、
弾性片１０ｂが図９と同じ状態に変形したときに、
（イ）の部分と（ロ）の部分で圧電材料層Ｂの分極方向
が相違しているため、電極層２６では、（イ）の部分の
圧電材料層の引っ張り歪みにより（−）電圧が得られ、
（ロ）の部分の圧縮歪みにより同様に電極層２６に
（−）電圧が得られる。図示下側の圧電材料層でも、
（イ）の部分の圧縮歪みにより電極層２５に（−）電圧
が得られ、（ロ）の部分の引っ張り歪みにより電極層２
５に（−）電圧が得られる。図１０（Ｂ）に示す例で
は、伸長部分と圧縮部分とが区別して検出されるが、全
て同じ極性の電圧出力となるため、電極層２５と電極層
２６の検出電圧を加算することにより、弾性片１０ｂの
２次共振モードの振動変形を前記相殺を生じさせずに高
精度に検出できることになる。ただし、図１０（Ａ）に
示す電極層２５ｂ，２６ｂの長さＬ１または図１０
（Ｂ）での分極方向が相違している部分の長さＬ１が、
あまり長くなると、Ｌ１の範囲において、伸長と圧縮の
検出電圧の相殺が発生することになる。

【００６３】そこで、図１１は、上記長さＬ１と弾性片
の長さＬａとの比が検出精度に及ぼす影響を示してい
る。図１１は、Ｌ１／Ｌａの比を変化させた場合の、振
動子１０の１片の弾性片の等価容量Ｃを調べた結果であ
る。等価容量Ｃが大きいほど、角速度の検出精度が高く
なる。図１１では、恒弾性体Ａの厚さＴａに対する圧電
材料層Ｂの厚さＴｂの比が異なるものについても等価容
量を調べている。○印はＴｂ／（Ｔａ／２）が１／３、
□印はＴｂ／（Ｔａ／２）が２／３、◇印はＴｂ／（Ｔ
ａ／２）が３／３、△印はＴｂ／（Ｔａ／２）が４／
３、×印はＴｂ／（Ｔａ／２）が５／３である。図１１
では横軸がＬ１／Ｌａで、縦軸が等価容量Ｃである。こ
の測定は、１層の恒弾性体Ａと１層の圧電材料層Ｂとの
積層体について行っているため、図１１ではＴａを１／
２倍として示している。

【００６４】図１１では、圧電材料層Ｂの厚さＴｂが、
恒弾性体Ａの厚さＴａよりも厚くなっている△印と×印
とでは、等価容量が不安定であることが解る。これは、
圧電材料層Ｂの厚さ寸法が大きくなりすぎると、恒弾性
体のヤング率に対して弾性片の質量が大きくなりすぎ、
安定した共振振動が得られなくなることを示している。
したがって、恒弾性体に圧電材料層が積層された積層体
により振動子１０が形成される場合、１層の圧電材料層
の厚さＴｂが、恒弾性体Ａの厚さＴａの１／２と同じか
それ以下に設定することが好ましい。

【００６５】次に、図１１では、Ｌ１＝０と、Ｌ１／Ｌ
ａ＝１となる等価容量をＣ0で示している。すなわち、
弾性片の長さＬａ全長が同じ圧電材料層と同じ電極層に
より形成されたもの（図１０にてＬ１の部分が形成され
ていないもの）の等価容量をＣ0で示している。全体の
等価容量が、上記Ｃ0よりも高くなれば、図１０に示す
Ｌ１の部分を設けたことにより、振動変形の検出精度が
高くなることを意味している。図１１の結果では、Ｌ１
／Ｌａが０．５未満、さらに好ましくは０．４未満、あ
るいは０．１以上で０．４未満であることが好ましいこ
とが解る。

【００６６】なお、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、
圧電材料層の伸長部分と圧縮部分とを区別して検出する
のは、他の弾性片１０ｃと１０ａにおいても同様であ
る。また、図９と図１０では、弾性片が２次共振モード
により変形する場合について説明したが、３次以上の高
次の共振モードの場合も、圧電材料層に圧縮変形と伸長
変形の部分が生じるが、この場合にも図１０に示すよう
に各部分で歪みを区別して検出することにより、圧縮と
伸長の相殺が生じない、高精度な検出ができる。図１２
は、恒弾性体Ａの表裏両面に圧電材料層Ｂ，Ｂが形成さ
れているものにおいて、この圧電材料層Ｂ，Ｂの表面に
図８と図９に示した電極パターンが形成された全体構造
を示している。図１２に示す電極層の符号は、図８と図
９に示す電極層の符号に相当している。

【００６７】図１２（Ａ）は、振動子１０を図８と図１
０での図示上方から見た平面図、図１２（Ｂ）は側面
図、図１２（Ｃ）は図８と図１０での図示下方から見た
底面図である。まず、恒弾性体Ａの表裏両面に形成され
た圧電材料層Ｂが、振動子全面において同じ分極方向で
ある場合、すなわち図８（Ａ）と図１０（Ａ）に示した
構造である場合、図１２（Ａ）（Ｃ）に示す各電極のう
ちハッチングで示しているものが、ある時点での駆動電
圧または検出電圧が（＋）である場合を示し、またハッ
チングなしで示しているものがある時点での駆動電圧ま
たは検出電圧が（−）の場合を示している。

【００６８】あるいは、図８（Ｂ）および図１０（Ｂ）
に示すように、各電極層に対面する部分で圧電材料層の
分極方向が相違している場合では、図１２（Ａ）にハッ
チングで示している電極層の下側に形成されている圧電
材料層の分極方向が紙面手前方向、ハッチングなしで示
している部分では、分極方向は紙面奥方向である。図１
２（Ｃ）で示す底面図においてもハッチングで示してい
る電極層の部分では分極方向が紙面手前方向であり、ハ
ッチングなしで示している電極層の部分では分極方向が
紙面奥方向である。

【００６９】

【発明の効果】以上のように本発明の振動型ジャイロス
コープでは、振動子が平板形状であるために、量産が容
易で安価に製造できる。また剛体支持が可能であり、支
持条件が安定する。さらに、中央の弾性片のトリミング
だけで共振周波数の調整ができ、周波数の設定が容易で
ある。

【００７０】また、３枚の弾性片の両側のものの側端
と、振動子の基部の側端とを不連続な形状とすることに
より、基部に捻り応力が作用しにくくなり、安定した共
振を実現できる。

【００７１】また、ＨモードとＶモードの双方において
弾性片を偶力により駆動できる電極構成とすることによ
り、弾性片をＨモードまたはＶモードに効率良く駆動で
き、またコリオリ力による変形の検出も高精度にできる
ようになる。

【００７２】また、弾性片が板厚方向へ２次以上の共振
モードにて振動する場合に、圧縮部分と伸長部分を区別
して検出し、その加算出力を得ることにより、弾性片の
ｙ方向への変形を高精度に検出できるようになる。

【００７３】また、恒弾性体の表裏両面に圧電材料層が
積層された積層体により、振動子が形成されると、弾性
片に対して圧電効果による大きな歪み力を与えることが
可能であり、また弾性片の変形歪みの検出も高精度にで
きるようになる。また積層体を打ち抜いて振動子を形成
することにより、個々の圧電材料層を位置決めして接着
する作業が不要になり、製造が容易になるとともに、製
品精度も高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動子の基本的な形状および動作状態を示す斜
視図、

【図２】振動子の支持構造を示す斜視図、

【図３】（Ａ）は振動子の好ましい平面形状を示す平面
図、（Ｂ）はその側面図、

【図４】図３に示す形状の振動子を用いた振動型ジャイ
ロスコープの検出精度を説明する線図、

【図５】振動型ジャイロスコープロスの検出電圧を説明
するベクトル図、

【図６】図３に示す段差１３の深さと共振周波数との関
係を示す線図、

【図７】他の実施例による振動子を示す平面図、

【図８】（Ａ）は電極層の形成例を示す各弾性片の端面
拡大図、（Ｂ）は電極層の異なる形成例を示す弾性片の
端面拡大図、

【図９】弾性片が板厚方向へ２次共振モードにて変形し
た状態を示す説明図、

【図１０】（Ａ）（Ｂ）は、図９に示す変形歪みを効果
的に検出できる検出部の構造を実施例別に示す側面図、

【図１１】図１０に示すＬ１部分の長さと振動子の等価
容量との関係を示す線図、

【図１２】振動子に形成された電極層の具体例を示すも
のであり、（Ａ）は振動子の平面図、（Ｂ）は側面図、
（Ｃ）は底面図、

【図１３】従来の振動型ジャイロスコープの振動子を示
す斜視図、

【図１４】板材による二脚音叉型の振動子を示す斜視
図、

【図１５】（Ａ）は図１４の振動子の駆動振動状態を示
す模式図、（Ｂ）はコリオリ力による変形を示す模式
図、

【符号の説明】

Ａ 恒弾性体、 Ｂ 圧電材料層、 １０ 振動子、 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 弾性片 １０ｄ 基部 １１ 溝 １２ａ，１２ｂ 剛体 ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２
４ａ，２４ｂ 第１の駆動・検出手段を構成する電極
層、 ２５，２６，２７，２７ 第２の駆動・検出手段を構成
する電極層、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昭 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の弾性体に２箇所の溝が形成され
   て互いに分離された３枚の弾性片が形成された振動子
   と、圧電効果により前記弾性片を板面方向へ変形できま
   たは板面方向への変形に基づく電圧を検出できる第１の
   駆動・検出手段と、圧電効果により前記弾性片を板厚方
   向へ変形できまたは板厚方向への変形に基づく電圧を検
   出できる第２の駆動・検出手段とを有し、前記一方の駆
   動・検出手段により弾性片を変形振動させながら振動子
   を回転させたときに、コリオリ力により弾性片に生じる
   変形振動に基づく電圧を他方の駆動・検出手段により検
   出して振動子の角速度を求めるものであって、３枚の弾
   性片の幅および前記２箇所の溝の間隔を加算した全幅寸
   法が、振動子の弾性片が形成されていない基部の幅寸法
   よりも短く形成されていることを特徴とする振動型ジャ
   イロスコープ。
2. 【請求項２】 振動子の、弾性片と基部との境界部分に
   て、左右両側に位置する弾性片の側端と、基部の側端と
   の間に段差が形成されている請求項１記載の振動型ジャ
   イロスコープ。
3. 【請求項３】 段差の幅方向の深さ寸法が、弾性片の幅
   寸法の０．８倍未満である請求項２記載の振動型ジャイ
   ロスコープ。
4. 【請求項４】 平板状の弾性体に２箇所の溝が形成され
   て互いに分離された３枚の弾性片が形成された振動子
   と、圧電効果により前記弾性片を板面方向へ変形できま
   たは板面方向への変形に基づく電圧を検出できる第１の
   駆動・検出手段と、圧電効果により前記弾性片を板厚方
   向へ変形できまたは板厚方向への変形に基づく電圧を検
   出できる第２の駆動・検出手段とを有し、前記一方の駆
   動・検出手段により弾性片を変形振動させながら振動子
   を回転させたときに、コリオリ力により弾性片に生じる
   変形振動に基づく電圧を他方の駆動・検出手段により検
   出して振動子の角速度を求めるものであって、前記第１
   の駆動・検出手段は、弾性片の板厚方向に延びる線を中
   心軸とした回転方向への偶力を与えるように相反する方
   向へ変形力を与えることが可能な対を成す電極を有し、
   前記第２の駆動・検出手段は、弾性片の板厚内で板面方
   向に延びる線を中心軸とした回転方向への偶力を与える
   ように相反する方向へ変形力を与えることが可能な対を
   成す電極を有していることを特徴とする振動型ジャイロ
   スコープ。
5. 【請求項５】 平板状の弾性体に２箇所の溝が形成され
   て互いに分離された３枚の弾性片が形成された振動子
   と、圧電効果により前記弾性片を板面方向へ変形できま
   たは板面方向への変形に基づく電圧を検出できる第１の
   駆動・検出手段と、圧電効果により前記弾性片を板厚方
   向へ変形できまたは板厚方向への変形に基づく電圧を検
   出できる第２の駆動・検出手段とを有し、前記一方の駆
   動・検出手段により弾性片を変形振動させながら振動子
   を回転させたときに、コリオリ力により弾性片に生じる
   変形振動に基づく電圧を他方の駆動・検出手段により検
   出して振動子の角速度を求めるものであって、前記第２
   の駆動・検出手段は、弾性片が板厚方向へ２次以上の共
   振モードで振動したときに、弾性片の表面の圧縮部分と
   伸長部分とを区別して検出できるものであることを特徴
   とする振動型ジャイロスコープ。
6. 【請求項６】 第２の駆動・検出手段は、弾性片が板厚
   方向へ２次以上の共振モードで振動したときに、弾性片
   の表面の圧縮部分と伸長部分とで異なる分極方向とされ
   た圧電材料層と、この圧電材料層の表面に形成された電
   極層とから構成されている請求項５記載の振動型ジャイ
   ロスコープ。
7. 【請求項７】 第２の駆動・検出手段は、弾性片が板厚
   方向へ２次以上の共振モードで振動したときに、弾性片
   の表面の圧縮部分と伸長部分とで同じ分極方向とされた
   圧電材料層と、この圧電材料層の表面にて前記圧縮部分
   と伸長部分とで異なるものとして形成された電極層とか
   ら構成されている請求項５記載の振動型ジャイロスコー
   プ。
8. 【請求項８】 弾性片は板厚方向へ２次の共振モードで
   振動するものであり、弾性片の基部側での検出領域の長
   さが弾性片の全長の０．５倍未満の範囲である請求項５
   ないし７のいずれかに記載の振動型ジャイロスコープ。
9. 【請求項９】 平板状の弾性体に２箇所の溝が形成され
   て互いに分離された３枚の弾性片が形成された振動子
   と、圧電効果により前記弾性片を板面方向へ変形できま
   たは板面方向への変形に基づく電圧を検出できる第１の
   駆動・検出手段と、圧電効果により前記弾性片を板厚方
   向へ変形できまたは板厚方向への変形に基づく電圧を検
   出できる第２の駆動・検出手段とを有し、前記一方の駆
   動・検出手段により弾性片を変形振動させながら振動子
   を回転させたときに、コリオリ力により弾性片に生じる
   変形振動に基づく電圧を他方の駆動・検出手段により検
   出して振動子の角速度を求めるものであって、前記振動
   子は、恒弾性体の表裏両面に圧電材料層が積層されたも
   のであり、各圧電材料層の表面に電極層が設けられ、こ
   の電極層と圧電材料層とで前記第１と第２の駆動・検出
   手段が構成されていることを特徴とする振動型ジャイロ
   スコープ。
10. 【請求項１０】 ３枚の弾性片は、両側に位置している
    ものが同じ方向へ変形し中央のものがこれらと逆方向へ
    変形する振動モードにて駆動される請求項１ないし９の
    いずれかに記載の振動型ジャイロスコープ。