JPH0783671A

JPH0783671A - 振動型ジャイロスコープ

Info

Publication number: JPH0783671A
Application number: JP6082579A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tomikawa; 義朗富川; Kazumasa Onishi; 一正大西; Akira Sato; 昭佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-03-28
Also published as: US5451828A

Abstract

(57)【要約】【目的】弾性体を使用した振動型ジャイロスコープに
おいて、振動子の共振周波数調整を簡単にし、また安定
した支持構造を採用できるようにする。【構成】恒弾性金属による振動子１０に、２つの溝１
１，１１が入れられ、３つの弾性腕１０ａ，１０ｂ，１
０ｃが形成されている。駆動用の圧電素子により中央の
弾性腕１０ａと、左右の弾性腕１０ｂ，１０ｃとがｘ方
向へ互いに逆の振幅位相にて振動させられる。この振動
子１０が回転すると、ｙ方向へのコリオリ力が作用し、
各弾性腕はｙ方向へ振動する。このときの各弾性腕のｙ
方向の変形を検出用の圧電素子によって検出することに
より角速度ωを検出できる。この三脚音叉型の板状振動
子１０では、中央の弾性腕１０ａの長さを変えるだけで
共振周波数の調整ができ、また振動の節線（イ）（イ）
の部分にて基部１０ｄを剛体により挟持できる。

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、特に振動
子の振動周波数の調整を容易にでき、また安定した支持
が可能で、さらに量産性に富む構造とすることが可能な
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２８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。

【０００４】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、

【０００５】

【数１】Ｆ＝２ｍ（ｖ×ω）（×はベクトル積）

【０００６】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。

【０００７】しかしながら、図２８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。

【０００８】そこで、本発明の発明者は、図２９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片の弾性腕４ｂと４ｃに分離した
ものである。図３０（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腕４ｂと４ｃを板の面方向
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、弾性腕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、各弾性腕４ｂと４ｃには図３０
（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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図２９お
よび図３０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、駆動時の共振周波数を調整する
場合、全ての弾性腕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腕４ｂと４ｃとが非対称形状とな
るおそれがあるが、弾性腕４ｂと４ｃが非対称形状にな
ると、振動子４にねじれが生じあるいは非対称位置に振
動の節が現れて、図３０（Ｂ）に示すコリオリ力による
変形をバランスよく高精度に検出できなくなる。

【００１０】（２）二脚音叉型では、コリオリ力により
各弾性腕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２９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。

【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、振動型ジャイロスコープにおいて、周波数調整が
簡単で且つ調整の結果非対称になりにくい構造とするこ
とを第１の目的としている。

【００１２】また本発明は、振動子を安定した状態で支
持できるようにすることを第２の目的としている。

【００１３】さらに本発明は、振動子を平板状にするこ
とにより、量産に適した振動ジャイロスコープを得るこ
とを第３の目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による振動型ジャ
イロスコープは、２箇所の溝により分離された３個の弾
性腕を有する振動子と、少なくとも１個の弾性腕に振動
を発生させる駆動手段と、振動子が回転したときに弾性
腕に生じる前記振動方向と交叉する方向への振動成分を
検出する検出手段とが設けられていることを特徴とする
ものである。

【００１５】上記において、振動子は例えば恒弾性金属
により形成され、駆動手段および検出手段は、前記恒弾
性金属に接合された圧電素子により構成される。

【００１６】または、本発明は、圧電材料により形成さ
れて２箇所の溝により分離された３個の弾性腕を有する
振動子と、少なくとも１個の弾性腕に振動を発生させる
駆動用電極と、振動子が回転したときに弾性腕に生じる
前記振動方向と交叉する方向への振動成分を検出する検
出用電極とが設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１７】上記各手段において、振動子が平板状であ
り、平板の厚さ方向をｙ方向、板面に沿う方向をｘ方向
としたときに、前記溝はｙ方向に貫通して形成されて、
各弾性腕がｘ方向に分離された構造とすることが可能で
ある。

【００１８】振動子が平板状である場合に、弾性腕のｙ
方向への振動が、ｘ方向の振動よりも高次の共振振動と
なる。

【００１９】また、３個の弾性腕のうちの、両側の弾性
腕と、中央の弾性腕とが逆方向に変形して振動する場合
に、振動子は、少なくとも各溝の延長線上の基部にて剛
体支持することが可能である。

【００２０】この場合、溝の深さ寸法をＬ３、溝が形成
されておらず且つ剛体支持されていない範囲での前記Ｌ
３と同じ方向の長さをＬ０としたときに、好ましくはＬ
０／Ｌ３が０．６以上であり、さらに好ましくは、Ｌ０
／Ｌ３が０．８以上で１．０以下である。

【００２１】

【作用】上記第１の手段では、振動子に２箇所の溝が形
成されて、３個の弾性腕が設けられる。第２の手段で示
したように、例えば振動子が恒弾性金属にて形成され、
弾性腕に振動を与える駆動手段と、振動を検出する検出
手段が、恒弾性金属に接合された圧電素子により構成さ
れる。駆動手段により少なくとも１個の弾性腕に振動が
与えられ、弾性腕が所定の周波数にて共振振動している
状態で、振動子に回転を与えると、コリオリ力により弾
性腕が前記振動方向と交叉する方向へ共振振動する。こ
の振動が前記検出手段により検出され、この検出出力か
ら回転角速度が求められる。第３の手段では、振動子そ
のものが圧電材料により形成され、その弾性腕に接合さ
れた駆動用電極に交流電力を与えることにより弾性腕が
所定の周波数にて共振振動する。コリオリ力により弾性
腕に発生する共振振動は、弾性腕に接合された検出用電
極により交流電力として検出され、これにより回転角速
度が検出される。

【００２２】上記のように、振動子に３個の弾性腕が設
けられている場合、弾性腕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腕をトリミングなどす
る必要がない。

【００２３】例えば両側の弾性腕と中央の弾性腕とが互
いに逆の位相にて変形する振動モードが採用される場合
には、中央の弾性腕の長さを変えるだけで共振周波数の
調整ができる。この振動モードは、両側の弾性腕と中央
の弾性腕とを、互いに逆の位相にて駆動することにより
発生する振動モードである。あるいは両側の弾性腕だけ
を共に同じ方向へ駆動し、中央の弾性腕がその反力によ
り逆位相にて振動する場合、または中央の弾性腕だけを
駆動し、両側の弾性腕がその反力により逆位相にて振動
する場合などである。

【００２４】また中央の弾性腕が振動せずに中立状態と
なり、両側の弾性腕だけが互いに逆の位相にて振動する
振動モードが採用される場合には、振動子の溝が形成さ
れていない基部の長さのみを変えることにより共振周波
数の調整ができる。このように全ての弾性腕をトリミン
グすることなく共振周波数の調整ができるため、調整作
業が簡単であり、また調整の結果、振動の非対称性が生
じなくなる。

【００２５】また前記第４の手段のように、振動子を平
板状とし、この平板の厚さ方向に貫通する溝を形成して
弾性腕を分離した構造とすることにより、振動子を製造
する際に使用される恒弾性金属または圧電材料の部留ま
りがよくなる。また共振周波数の調整の際、平板状の振
動子をトリミングすることが容易であり、周波数調整作
業も簡単になる。よって振動子を低コストにて量産する
ことが可能になる。

【００２６】第６の手段のように、両側の弾性腕と中央
の弾性腕とが互いに逆の位相にて振動する場合には、振
動子の溝が形成されていない基端の振幅がきわめて小さ
くなるため、基端を剛性支持することが可能となる。例
えば前記基端の少なくとも溝の延長線部分を剛体により
挟持することにより高い強度にて振動子を支持できるよ
うになる。振動子の基端を剛体支持できることにより、
振動子の支持を安定させることが可能になる。

【００２７】また振動子を剛体支持する場合、溝の深さ
寸法をＬ３、溝が形成されておらず且つ剛体支持されて
いない範囲での前記Ｌ３と同じ方向の長さをＬ０とした
ときに、好ましくはＬ０／Ｌ３が０．６以上であり、さ
らに好ましくは、Ｌ０／Ｌ３が０．８以上で１．０以下
である。この範囲内の寸法を選ぶことにより振動子の電
気・機械結合係数（ｋvn）を向上させることができる。
Ｌ０／Ｌ３をこの範囲に選ぶことにより、平板状の振動
子の各弾性腕の幅寸法が同じであり、しかも弾性腕の前
記ｙ方向への共振振動がｘ方向の共振振動よりも高次で
ある場合に、特にｘ方向の共振振動において、電気・機
械結合係数を良くしまた安定させることが可能になる。

【００２８】ここで電気・機械結合係数とは、電気・機
械変換の性能を表わし、動的状態で振動子に与えた電気
的エネルギーとこれによる機械的出力エネルギーの比の
平方根で与えられる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１０は本発明の第１実施例による振動型ジャイロ
スコープの斜視図、図１１はその振動子の平面図、図１
２はその駆動手段と検出手段および回路構成を示す振動
子の端面図、図１３（Ａ）は第１実施例の振動子の他の
構造を示す平面図、図１３（Ｂ）はその側面図、図１４
は図１３に示す構造での駆動手段と検出手段および回路
構成を示す振動子の端面図、図１５は図１３に示す構造
での駆動および検出特性を示す線図、図１６ないし図１
９は図１３に示す構造での電気・機械結合係数の特性を
示す線図、図２０は図１３に示す構造をさらに簡素化し
て形成した場合の振動子の構造を示す斜視図、図２１は
第２実施例による振動型ジャイロスコープの斜視図、図
２２（Ａ）はその振動子の平面図、同図（Ｂ）は駆動手
段と検出手段を示すための振動子の端面図、図２４は本
発明の第３実施例による振動型ジャイロスコープの斜視
図、図２５は本発明の第４実施例による振動型ジャイロ
スコープの振動子を表裏両面から示した斜視図、図２６
はその振動子の駆動と振動検出のための回路構成を示す
端面図、図２７は第４実施例の振動子の振動状態を示す
斜視図である。また、図１ないし図９および図２３は、
振動型ジャイロスコープを構成する振動子の基本的な構
造と機能を説明し、併せて前記各実施例が最適であるこ
とを説明するためのものである。

【００３０】本発明の発明者は、図１（Ａ）（平面図）
および（Ｂ）（側面図）に示す平板状の三脚音叉型の振
動子１０を使用して振動型ジャイロスコープを構成する
ことを検討した。この振動子１０は、恒弾性金属（エリ
ンバ）を平板状に形成したものである。この恒弾性金属
（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、例えばＮｉ（ニッ
ケル）とＣｒ（クロム）とＭｎ（マンガン）との合金、
またはＣｏ（コバルト）とＦｅ（鉄）とＣｒ（クロム）
との合金あるいはこれにＮｉ（ニッケル）を加えた合金
などである。以下の各実施例においては、平板状の振動
子の板厚方向をｙで示し、この板厚方向ｙと直交する方
向で平板の面に沿う方向をｘで表わす。また図２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。

【００３１】図１に示すように、振動子１０は、恒弾性
金属の板材の一端から同じ長さの２つの溝１１，１１が
切り込まれている。溝１１，１１は平板の板厚方向（ｙ
方向）へ貫通して形成されたものであり、これにより中
央の弾性腕１０ａと、その左右両側の弾性腕１０ｂ，１
０ｃとがｘ方向へ分離されて形成されている。図１で
は、振動子１０の全長をＬ、中央弾性腕１０ａの長さを
Ｌ１、溝が形成されていない基部１０ｄの全長をＬ２、
両溝１１，１１の深さをＬ３で示している。それぞれの
弾性腕１０ａと１０ｂ，１０ｃあるいは１個の弾性腕ま
たは２個の弾性腕を、例えば板面方向（ｘ方向）へ所定
の周波数にて共振振動させ、この振動子１０を回転させ
ると、各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、コリオリ力
により板厚方向（ｙ方向）へ変形して共振振動する。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、各弾性腕のｙ方向への振動による変形量
を例えば圧電素子により電圧に変換することにより角速
度（ω）を検出することができる。

【００３２】ここで、コリオリ力により各弾性腕がｙ方
向へ変形振動する際の振動モード（振幅位相）として
は、図２に示すモード（以下、Ａモードと呼ぶ）と、図
４に示すモード（以下、Ｂモードと呼ぶ）がある。図２
に示すＡモードは、両側の弾性腕１０ｂと１０ｃのある
時点で振幅方向が共に＋ｘ方向となり、このときの中央
の弾性腕１０ａの振幅方向が−ｘ方向となるように共に
駆動する場合である。このとき振動子１０をＯ軸を中心
として角速度ωにて回転させると、コリオリ力が生じ、
弾性腕１０ｂと１０ｃの振幅方向が共に＋ｙ方向で、中
央の弾性腕１０ａの振幅方向が逆の−ｙ方向となるよう
に変形振動する。図２では、両側の弾性腕１０ｂ，１０
ｃと中央の弾性腕１０ａを共に逆の振動位相となるよう
に±ｘ方向へ振動駆動させているが、次のような駆動を
行った場合にも同様にＡモードの振動となる。

【００３３】まず、中央の弾性腕１０ａを駆動すること
なく、両側の弾性腕１０ｂと１０ｃ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。このとき弾性腕１０ｂと１０ｃの＋ｘ方向への振
動の反力により中央の弾性腕１０ａが前記弾性腕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Ｏ軸を中心として角速度ωにて回転させる
と、コリオリ力が生じ弾性腕１０ｂと１０ｃの振動方向
がある時点で共に＋ｙ方向で、このときに中央の弾性腕
１０ａの振幅方向が逆に−ｙ方向となる振動が発生す
る。このような場合も、Ａモードとなる。図４に示すＢ
モードは、中央の弾性腕１０ａを駆動せずに中立状態と
し、左右両側の弾性腕１０ｂと１０ｃを逆の位相にて振
動させるものである。すなわち、ある時点における駆動
による振幅方向が、一方の弾性腕１０ｂにおいて＋ｘ方
向で、他方の弾性腕１０ｃにおいて−ｘ方向となる場合
である。このときコリオリ力により、同じ時点において
弾性腕１０ｂの振幅方向が＋ｙ方向で弾性腕１０ｃの振
幅方向が−ｙ方向となるように変形振動する。なお中央
の弾性腕１０ａは中立状態となりｙ方向へ振動しない。

【００３４】上記のＡモードとＢモードにおいて、振動
子の弾性腕をｘ方向へ駆動して共振振動させ、この振動
子を回転させると、コリオリ力により弾性腕にｙ方向へ
の共振振動が得られるため、このｙ方向への振動を検出
することにより角速度を求めることができる。あるいは
逆に、振動子の弾性腕をｙ方向へ駆動して共振させ、こ
の振動子を回転させ、コリオリ力により弾性腕にｘ方向
の振動を発生させる。この振動を検出することにより角
速度を検出することができる。ここで、上記Ａモードと
Ｂモードのそれぞれにおいて、各弾性腕のｙ方向への共
振振動の周波数の調整について検討する。図６は、Ａモ
ードとＢモードとで、それぞれ中央の弾性腕１０ａの長
さ寸法Ｌ１のみを変化させた場合の無支持状態での共振
周波数の変化を示している。Ｂモードでは、中央の弾性
腕１０ａが振動していないため、この弾性腕１０ａの長
さＬ１は共振周波数と無関係であるが、Ａモードでは、
中央の弾性腕１０ａの長さＬ１のみを変化させれば、共
振周波数が比例的に変化することが解る。すなわち、図
２に示すＡモードでは、中央の弾性腕１０ａの先端を切
断してその長さＬ１を変化させるだけで、共振周波数を
自由に調整できることになる。Ｌ１を長くすれば共振周
波数が低く、中央の弾性腕１０ａの先端を切ってＬ１を
短くすれば共振周波数が高くなる。

【００３５】図７は、溝１１が形成されていない基部１
０ｄの長さＬ２とｙ方向への共振振動の周波数との関係
を示している。図２に示すＡモードでは、基部１０ｄの
長さが共振周波数の変化と無関係であるのに対し、図４
に示すＢモードでは、基部１０ｄの長さＬ２を変えると
共振周波数が比例的に変化する。このＢモードについて
説明すると、図４に示すように、Ｂモードではｙ方向へ
の振動の際の節線が（イ）と（ロ）で示す位置にある。
ここで図５（Ａ）に示す基部１０ｄの寸法Ｌ２が長いも
のと同図（Ｂ）に示すＬ２が短いものとを対比すると、
節線（ロ）は基部１０ｄの寸法Ｌ２が短くなるにしたが
って先端方向（図の右方向）へ移動する。節線（ロ）が
先端方向へ移動すると、弾性腕１０ｂと１０ｃの実質的
な振動部分の寸法が短くなり共振周波数が高くなる。す
なわちＢモードでは、振動子１０を後端から切断しある
いは溝１１，１１の深さを変えて、基部１０ｄの寸法Ｌ
２を変化させるだけで共振周波数を調整できることにな
る。

【００３６】以上のように、振幅がｙ方向となる振動の
共振周波数の調整作業としては、図２に示すＡモードで
は中央の弾性腕１０ａの先端を切断するだけでよく、ま
た図４に示すＢモードでは振動子１０の基端を切断する
だけでよいため、調整作業が非常に簡単である。またこ
れらの作業により振動子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ねじり振動など
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、それぞれの弾性腕１
０ａ，１０ｂ，１０ｃのｘ方向への共振振動の周波数に
は影響がない。このため弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
のｙ方向の共振振動とｘ方向の共振振動の周波数を近づ
けることが可能になる。

【００３７】次に振動子１０の支持条件について検討す
る。図２に示すＡモードでは、ｙ方向の振動に着目した
場合、中央の弾性腕１０ａと、両側の弾性腕１０ｂ，１
０ｃ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＋Δ
ｙおよび−Δｙはきわめて小さな値である（図３参
照）。例えば溝１１，１１の深さＬ３が４０ｍｍの場合
で基部１０ｄの寸法Ｌ２が１０ｍｍないし３０ｍｍの範
囲のものでは、弾性腕の先端の振幅ｙと、基部１０ｄの
基端の振幅Δｙとの比が、±１．０に対して±０〜１０
^-3程度である。

【００３８】したがって両側の弾性腕１０ｂ，１０ｃと
中央の弾性腕１０ａとを逆の位相で振動させるＡモード
の場合、溝１１，１１の深さＬ３に対して基部１０ｄの
長さＬ２がどのような寸法であっても、基部１０ｄを剛
体により挟持して支持したときに、各弾性腕１０ａ，１
０ｂ，１０ｃの振動モードに大きな影響は与えない。し
たがって図１０に示すように、振動子１０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。ただし、剛体支持された場合に基部１
０ｄの剛体支持されていない部分の長さ寸法Ｌ０（図１
３参照）は、振動子のｘ方向の共振振動の電気・機械結
合係数および共振尖鋭度（Ｑ値）に影響を与える。この
点については図１６ないし図１９に基づいて後の実施例
にて説明する。また必ずしも基部１０ｄの幅方向全体を
剛体１２ａと１２ｂとで挟持する必要はない。図２のＡ
モードでは振動の節線（イ）が溝１１，１１の延長線上
にあるため、この溝１１，１１の延長線の２箇所におい
て基部１０ｄを剛体で挟持するだけでも、振動子１０を
充分に安定した状態で剛性保持することができる。

【００３９】次に、図４に示すＢモードの場合には、図
４と図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、節線（イ）と
（ロ）が振動子の中心線に対して対称形状となるため、
常に基部１０ｄ全体を図１０に示すように剛体支持する
ことはできない。この場合には、図２１に示すように基
部１０ｄの基端中央部を支持棒１３により支持する構造
が好ましい。ただし上記支持棒１３の長さＬａおよび直
径Ｄａの寸法が、弾性腕のｙ方向の振動の共振周波数の
変化に影響を与える。図２３において（ａ）は直径Ｄａ
がそれぞれ０．５ｍｍと０．８ｍｍの支持棒１３の長さ
Ｌａと、振動子の共振周波数との関係を示したものであ
る。この線図によれば、支持棒１３の寸法Ｌａが長くな
ればなるほど、このＬａの変化が振動子の共振周波数に
影響を与えなくなり、また支持棒１３の直径Ｄａが小さ
いほど、Ｄａの変化が共振周波数に影響を与えなくな
る。よって支持棒１３の長さはある程度長くすることが
必要であり例えば１５ｍｍ以上が好ましい。また支持棒
１３の直径Ｄａはある程度小さくすることが必要であ
り、例えば０．５ｍｍ以下が好ましい。

【００４０】しかし、図２１に示すように振動子１０の
一端のみを支持棒１３により支持した構造では、機械的
な支持強度が弱く、振動子の各弾性腕が外部振動の影響
を受けやすくなる。そのため、図２４に示すように振動
子１０の基部１０ｄと中央の弾性腕１０ａのそれぞれの
端部の中央を支持棒１３と１４とで両側から支持する構
造にすれば、機械的強度を格段と向上させることができ
る。この場合でも、それぞれの支持棒１３と１４の長さ
寸法と直径が共振周波数に影響を与えるため、これらの
寸法を最適なものに設定することが必要である。ただ
し、図４に示すＢモードであっても、溝１１，１１の深
さ寸法Ｌ３が全長Ｌの１／３以下であれば、基部１０ｄ
の基端の振幅は極めて小さくほとんど０となる。したが
って溝の深さＬ３が全長Ｌの１／３以下であれば、Ｂモ
ードであっても、図１０に示すのと同様に、剛体１２ａ
と１２ｂとで保持した支持構造が可能である。

【００４１】次に、振動型ジャイロスコープにおいて、
弾性腕のｙ方向の振動を検出する際の検出精度は、弾性
腕のｙ方向への振動の共振尖鋭度（Ｑ値）に関係する。
そこでＡモードとＢモードにおいて、各弾性腕がｙ方向
へ振動する際の共振尖鋭度について検討する。まず図２
に示すＡモードでは、中央の弾性腕１０ａの幅寸法Ｄ１
と両側の弾性腕１０ｂ，１０ｃのそれぞれの幅寸法Ｄ２
との関係が共振尖鋭度に大きく影響を与える。これは、
ｙ方向へ互いに逆位相で振動する弾性腕１０ａの質量ま
たは慣性モーメントと弾性腕１０ｂと１０ｃの質量また
は慣性モーメントの差が共振尖鋭度に深く関係している
ことを意味している。そこで前記Ｄ１とＤ２が同じ幅寸
法の振動子と、Ｄ１がＤ２の幅寸法の２倍の振動子とを
作成し、それぞれの振動子の弾性腕をＡモードにてｙ方
向へ振動させて共振尖鋭度（Ｑ値）を測定した。その結
果、Ｄ１がＤ２の２倍とした振動子では、Ｄ１とＤ２が
等しい振動子に対し尖鋭度（Ｑ値）がほぼ２倍に向上さ
れることが解った。すなわち、図２に示すＡモードでは
中央の弾性腕１０ａの幅寸法Ｄ１を両側の弾性腕１０
ｂ，１０ｃの幅寸法Ｄ２のほぼ２倍にすることが好まし
い。

【００４２】ただし、Ａモードにおいて、中央の弾性腕
１０ａの幅寸法と両側の弾性腕１０ｂ，１０ｃの幅寸法
を共に同じ寸法Ｄとした場合（図１３参照）、ｘ方向の
共振周波数とｙ方向への共振周波数を近づけることが可
能である。すなわち中央の弾性腕１０ａと両側の弾性腕
１０ｂ，１０ｃの幅寸法を同じＤとし、各弾性腕を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
ードにて共振させると、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。この場合に、振動子１
０の溝１１が形成されていない部分で且つ剛体支持され
ていない部分の長さ寸法Ｌ０と、溝１１の深さ寸法Ｌ３
とを、ある範囲の比率にて設定すると振動子のｘ方向の
共振振動の電気・機械結合係数および共振尖鋭度（Ｑ
値）が向上しまたは安定する。図１３はこの場合の振動
子を使用したものを好ましい実施例として示したもので
あり、図１６ないし図１９は、上記の寸法の比率と電気
・機械結合係数との関係について説明したものである。

【００４３】次に、図４に示すＢモードの場合には、図
２３の（ｂ）に示すように、振動子の弾性腕がｙ方向に
振動する際の共振尖鋭度（Ｑ値）が、支持棒１３の長さ
Ｌａと直径Ｄａとに影響される。図２３の（ｂ）は支持
棒１３の直径Ｄａが０．５ｍｍと０．８ｍｍの場合にお
いて、支持棒１３の長さＬａとＱ値との関係を示したも
のである。この図２３の（ｂ）によれば、支持棒１３の
長さＬａを例えば１５ｍｍ以上、直径Ｄａを例えば０．
５ｍｍ以下とすることにより、尖鋭度（Ｑ値）の劣化を
抑えることができる。これは図２４に示すように両端か
ら支持棒１３と１４と支持したものにおいても同様の傾
向となる。

【００４４】次に、各弾性腕の一次または二次などの振
動モードについて説明する。図８は、前記Ａモードにお
けるある時点での各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃのｘ
方向への変形状態を点線で示し、図９（Ａ）（Ｂ）は各
弾性腕がｙ方向へ振動したときの変形状態を示してい
る。各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、圧電素子など
の駆動手段によりそれぞれｘ方向へ駆動されるが、この
ときには図８に示すように一次振動モードにて共振させ
る。そしてコリオリ力によりｙ方向へ振動する際の弾性
腕は、図９（Ａ）に示す二次振動モードあるいは同図
（Ｂ）に示す三次振動モード、あるいはそれ以上の高次
の振動モードにて共振することになる。また、圧電素子
などの駆動手段により弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃを
ｙ方向へ振動駆動し、コリオリ力により弾性腕がｘ方向
へ振動する場合においても同じである。

【００４５】このようにｙ方向の共振がｘ方向の共振よ
りも高次になるのは、平板状の振動子を使用することの
特徴のひとつである。平板状の振動子を使用することに
より材料の部留まりがよく、また調整の際のトリミング
が行いやすく、振動子を安価にて量産できる。また、弾
性腕の幅寸法を設定することなどにより、ｙ方向の所定
の次数の共振振動の周波数と、これよりも低次の共振モ
ードとなるｘ方向の共振振動の周波数を近づけることも
可能である。また、弾性腕をｘ方向へ２次あるいはそれ
以上の共振モードにて振動させ、ｙ方向へ３次または４
次などの共振振動モードにて振動させても同じである。
また、平板状の振動子ではＢモードにおいても、同様に
ｘ方向への共振振動よりもｙ方向の共振振動の方が高次
となる。

【００４６】図１０ないし図１２は、上記の検討結果に
基づいて振動モードが図２に示すＡモードとなる振動型
ジャイロスコープの第１実施例を示したものである。図
１１と図１２に示すように、中央の弾性腕１０ａには、
駆動手段として駆動用の圧電素子２６が表裏両面に二対
設けられ、両側の弾性腕１０ｂ，１０ｃには、同じく駆
動手段として駆動用の圧電素子２７，２８が表裏両面か
ら一対ずつ取付けられている。各圧電素子の分極方向
は、図１２にて図示右方向の場合を（＋）、図示左方向
の場合を（−）にて示している。各圧電素子２６，２
７，２８はそれぞれ表裏面に電極が設けられており、一
方の電極は各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃの表面に密
着して導通され、振動子１０を経てアースされている。
そして図１２に示すように、各圧電素子２６，２７，２
８の表面の電極に駆動用交流電源から電力が与えられ
る。

【００４７】駆動用の圧電素子２６，２７，２８の分極
方向が図１２に示すように設定された結果、図２に示す
ように、中央の弾性腕１０ａと、左右の弾性腕１０ｂ，
１０ｃとは逆の位相（ある時点での振幅がｘ方向の±逆
方向）となるように振動する。中央の弾性腕１０ａに
は、検出手段として表裏一対の検出用の圧電素子２１が
取付けられ、左右の弾性腕１０ｂと１０ｃにも、検出手
段としてそれぞれ表裏一対ずつの検出用の圧電素子２２
と２３が取付けられている。これらの圧電素子２１，２
２，２３の分極方向も図１２にて（＋）（−）で示すと
おりである。それぞれの圧電素子２１，２２，２３の一
方の電極は弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃの表面に密着
してアースされており、表面側の電極からの出力が集め
られて検出電圧Ｖが得られる。

【００４８】各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃを、ある
時点での振幅方向が＋ｘ方向および−ｘ方向となるよう
に例えば１次共振モードにて振動駆動し、この状態の振
動子１０を回転させると、各弾性腕にコリオリ力が作用
する。このコリオリ力はある時点での各弾性腕１０ａ，
１０ｂ，１０ｃのｘ方向への振動速度ｖ（ベクトル値）
に比例したものとなり、各弾性腕はｙ方向へ例えば２次
共振モードにて振動する。各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１
０ｃのコリオリ力によるｙ方向への振動の際、弾性腕の
表面の歪みが前記検出用の圧電素子２１，２２，２３に
より電圧に変換され、交流電力として出力される。ジャ
イロスコープでは、上記の各検出用の圧電素子２１，２
２，２３により検出される交流電力の和に基づいて角速
度ωが算出される。

【００４９】前記の検討によれば、Ａモードでは、溝１
１，１１が形成されていない基部１０ｄの振幅が非常に
小さいため、振動の節線（イ）の部分あるいは基部１０
ｄの幅方向全体を剛体１２ａ，１２ｂで挟持することが
可能であり、機械的支持が非常に安定する。また共振尖
鋭度（Ｑ値）を向上するためには、中央の弾性腕１０ａ
の幅寸法Ｄ１を左右の弾性腕１０ｂ，１０ｃの幅寸法Ｄ
２の２倍にすることが好ましい。また図６に示したよう
に、Ａモードでは中央の弾性腕１０ａの長さＬ１を変え
ることにより共振周波数を調整できる。よって周波数調
整作業は、中央の弾性腕１０ａの先端をトリミングする
だけでよい。

【００５０】図１３と図１４は、上記第１実施例におけ
る振動子の他の構造を示し、図１３（Ａ）は振動子の平
面図、図１３（Ｂ）は振動子の側面図、図１４は振動子
の端面図である。この振動子１０は、厚さ寸法がｔ0の
平板状の恒弾性金属（エリンバ）により形成されてお
り、溝１１，１１により分離された弾性腕１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの幅が全て同じ寸法Ｄである。溝１１の深さ
寸法はＬ３であり、溝１１が形成されていない基部１０
ｄにおいて、剛体１２ａ，１２ｂにより支持されていな
い部分の前記Ｌ３と同じ方向の長さ寸法がＬ０である。
この振動子１０の振動は、図１０の実施例と同様にＡモ
ードである。図１４に示すように、それぞれの弾性腕１
０ａ，１０ｂ，１０ｃには、駆動手段としての圧電素子
２６，２７，２８が設けられ、また各弾性腕１０ａ，１
０ｂ，１０ｃには、検出手段として圧電素子２１，２
２，２３が設けられている。各圧電素子の分極方向
（＋）（−）は図１４にて矢印で示す通りである。

【００５１】上記各圧電素子２６，２７，２８により、
振動子１０の弾性腕は図２に示すｘ方向へ駆動され１次
共振にて振動する。振動子１０が図２に示すように中心
線Ｏに対して回転すると各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０
ｃにはコリオリ力によりｙ方向へのＡモードによる２次
共振の振動が生じる。この振動が検出手段としての圧電
素子２１，２２，２３により検出され、検出出力が得ら
れる。図１３では、各圧電素子の厚さ寸法がｔ1で示さ
れ、さらに圧電素子の長さ寸法と幅寸法とがＬｓとｄと
で示されている。以下の表１は、振動子１０の前記寸法
Ｄ，Ｌ3，ｔ0および各圧電素子の寸法Ｌｓ，ｄ，ｔ1の
具体的な組み合せを示している。ＩないしＩＶはそれぞ
れの寸法の振動子の試料番号である。

【００５２】

【表１】

【００５３】図１５は、上記表１に各寸法が示された試
料ＩＩＩの振動子において、基部１０ｄの剛性支持され
ていない部分の長さ寸法Ｌ０を１８０ｍｍとした場合
の、角速度ωの検出精度を示している。駆動用の各圧電
素子２６，２７，２８に対して、ピークツーピークが５
ボルトの交流電圧を駆動周波数８１１６Ｈｚにて与えて
各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃをｘ方向へ駆動して１
次共振にて振動させた。各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０
ｃを同じ幅寸法Ｄとすることにより、Ａモードの共振に
て、ｘ方向への１次共振振動の周波数とｙ方向への２次
共振振動の周波数とが近い値になる。前記駆動周波数８
１１６Ｈｚは、各弾性腕１０ａ，１０ｂ，１０ｃのｘ方
向への１次共振周波数と、ｙ方向への２次共振周波数の
中間の周波数に設定したものである。

【００５４】この振動子１０を中心線Ｏに対しｘ−ｙ平
面で角速度ωを変化させて回転させ、各弾性腕をｙ方向
へ２次共振にて振動させて、このとき検出用の圧電素子
２１，２２，２３から得られた出力を測定した。図１５
は横軸に角速度ω（deg/sec）を示し、縦軸に圧電素子
からの検出出力（Ｖout／Ｖin）を示している。ただ
し、出力Ｖoutは実効値で示されている。図１５では、
前記試料ＩＩＩの振動子を回転させた際に、所定の角速
度のときの検出出力をそれぞれ５回ずつ測定し、その平
均値をとって線図中に示している。図１５に示すよう
に、検出出力は、角速度に比例して直線性に変化してい
る。よって検出出力により角速度を比例的に算出するこ
とが可能であることが解る。

【００５５】次に、図１３と図１４に示す構造の振動子
において、基部１０ｄの剛性支持されていない部分の長
さ寸法Ｌ０と溝１１の深さ寸法ｌ３との比が、振動子の
電気・機械結合係数に与える影響について調べた。図１
６ないし図１９は、それぞれ表１に示した寸法の試料
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶにおいて、Ｌ０／Ｌ３の比を
０．１から１．０まで変化させたときの電気・機械結合
係数を示している。各図において白丸を結んだ線は、各
弾性腕のｘ方向の１次共振振動での電気・機械結合係数
（ｋvn）を示し、黒丸を結んだ線は、各弾性腕のｙ方向
の２次共振振動での電気・機械結合係数（ｋvn）を示し
ている。

【００５６】この各図において、白丸で示したｘ方向へ
の１次共振振動では、ｙ方向の２次共振振動に比べて電
気系と機械系との間の変換の効率が低下し、またｘ方向
への１次共振振動では、Ｌ０／Ｌ３の比率が電気系と機
械系との間の変換の効率に大きく影響を与えることが解
る。各試料ＩないしＩＶにおいて、ｘ方向の１次共振振
動での電気・機械結合係数がある程度安定した値となる
ためには、Ｌ０／Ｌ３が０．６以上であることが好まし
い。さらに好ましくはＬ０／Ｌ３が０．８以上である。
すなわち溝１１の深さ寸法Ｌ３（弾性腕１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの長さ）に対し、基部１０ｄの剛性支持され
ていない部分の寸法Ｌ０が長いほうがｘ方向の１次共振
での電気系と機械系との間の変換の効率がよく、共振の
尖鋭度（Ｑ値）を向上させ且つ安定させることができ
る。また図１６ないし図１９ではＬ０／Ｌ３が１に近づ
くと、さらに電気・機械結合係数が増加するが、１を越
えると振動子全体の振動バランスがくずれるおそれがあ
る。よってＬ０／Ｌ３の好ましい範囲は０．６以上で、
同様に好ましい範囲は０．６以上で１．０以下、さらに
好ましい範囲は０．８以上１．０以下である。なお、図
１０に示す実施例および図１３に示す実施例において、
各弾性腕を圧電素子によりｙ方向へ２次共振振動にて駆
動し、振動子が回転した際のコリオリ力により各弾性腕
に発生するｘ方向の１次共振振動を圧電素子により検出
し、この出力から角速度を検出することが可能である。

【００５７】図２１と図２２に示す第２実施例は、振動
子１０の振動モードが図４に示すＢモードとなるように
構成された振動型ジャイロスコープである。図２２に示
すように、Ｂモードでは、左右の弾性腕１０ｂと１０ｃ
のみが振動するため、両弾性腕１０ｂと１０ｃに表裏そ
れぞれ一対ずつの駆動手段としての圧電素子３６と３７
が取付けられている。そして各弾性腕１０ｂと１０ｃに
検出手段としての圧電素子３１と３２がそれぞれ表裏一
対ずつ取付けられている。各圧電素子の分極方向は、図
２２（Ｂ）にて図示右方向を（＋）で左方向を（−）で
示している。それぞれの圧電素子の一方の電極は弾性腕
１０ｂと１０ｃの表面に密着してアースされている。そ
して図１２と同様に、駆動用の圧電素子３６と３７の表
面の電極に交流電力が与えられ、また検出用の圧電素子
３１と３２の表面の電極から検出出力が取り出される。

【００５８】図４に示すように、Ｂモードでは、駆動用
の圧電素子３６と３７とにより弾性腕１０ｂと１０ｃが
ある時点にて振幅が＋ｘ方向と−ｘ方向となるように駆
動され、これにより生じる両弾性腕１０ｂと１０ｃのｙ
方向の変形振動の表面歪みが検出用の圧電素子３１と３
２とで電圧に変換される。この交流電力の和をとること
により、角速度ωを検出できる。このＢモードの振動子
を用いる場合には、図２１に示すように、支持棒１３に
より基部１０ｄの基端中央を支持する構造とするのが一
般的であるが、図２４に示すように基部１０ｄの基端中
央と弾性腕１０ａの先端中央部をそれぞれ支持棒１３と
１４とで支持することにより、機械的な支持が安定す
る。図２１に示す支持構造の場合には、支持棒１３の長
さＬａを例えば１５ｍｍ以上とし、且つ直径Ｄａを０．
５ｍｍ以下とすることにより、共振周波数を安定させ、
またＱ値を高くできる。また図２４に示す両端支持の場
合にも、それぞれの支持棒１３と１４の長さと直径を選
択することにより共振周波数を安定させ、且つＱ値を高
くできる。

【００５９】さらにＢモードの場合であっても、溝１１
の深さ寸法Ｌ３が全長Ｌの１／３以下であれば、基部１
０ｄの基端の振幅をほとんど０にできるため、溝１１の
寸法をこのように設定することにより、図１０に示した
のと同様に、基部１０ｄを剛体１２ａ，１２ｂで保持す
る構造が可能である。このＢモードでは、図７に示すよ
うに基部１０ｄの寸法Ｌ２を変えることにより、共振周
波数を変化させることが可能であるため、基部１０ｄの
基端をトリミングし、あるいは溝１１，１１の深さを変
えることにより、共振周波数の調整作業を簡単にでき
る。また、この実施例においても弾性腕１０ｂと１０ｃ
を±ｙ方向へ互いに逆位相となるように駆動して振動さ
せ、振動子１０を回転させた際にコリオリ力により生じ
る±ｘ方向の振動を検出し、この検出出力から角速度ω
を求めてもよい。

【００６０】次に、図２５から図２７は、本発明の第４
実施例の振動型ジャイロスコープの振動子４０を示して
いる。この実施例では、振動子４０全体が圧電材料によ
り構成されている。そして先端から溝４１，４１が切り
込まれて、３つの弾性腕４０ａ，４０ｂ，４０ｃが形成
されている。各弾性腕４０ａ，４０ｂ，４０ｃにおける
分極方向は、図２６にて白抜きの矢印で示す通りであ
る。この振動子４０では、両側の弾性腕４０ｂ，４０ｃ
が駆動専用で、中央の弾性腕４０ａが検出専用である。
図２６に示すように、駆動用の弾性腕４０ｂ，４０ｃの
表面には駆動用電極５１ａ，５１ｂないし５４ａ，５４
ｂが積層されて設けられている。駆動用電極のうち５１
ａ，５２ｂ，５３ａ，５４ｂがそれぞれアース接続さ
れ、５１ｂ，５２ａ，５３ｂ，５４ａに交流電力が与え
られる。その結果、図２７に示すように、ある時点で弾
性腕４０ｂと４０ｃが例えば−ｘで示すように同じ振幅
方向へ振動する。この振動子を軸Ｏを中心として回転さ
せると、弾性腕４０ｂと４０ｃにコリオリ力が作用し、
弾性腕４０ｂと４０ｃが同じ方向例えば−ｙ方向へ変形
振動する。

【００６１】両弾性腕４０ｂと４０ｃがｘ方向へ同じ位
相にて振動すると、その反力により中央の弾性腕４０ａ
が両弾性腕４０ｂ，４０ｃと逆の位相で振動する。例え
ばある時点での弾性腕４０ｂと４０ｃの振幅方向−ｘ方
向の場合、中央の弾性腕４０ａの振幅方向が＋ｘ方向と
なる。すなわちｘ方向へ駆動される弾性腕４０ｂ，４０
ｃに対し中央の弾性腕４０ａは力学的なバランスをとる
ように逆向きに変形して振動する。このとき、中央の弾
性腕４０ａはコリオリ力により＋ｙ方向に振動する。そ
のため、図２６に示すように、中央の弾性腕４０ａの表
面にはそれぞれ検出用の電極６１ａないし６３ｂが設け
られている。検出用の電極のうち６１ｂ，６２ａ，６３
ｂはアースされ、６１ａ，６２ｂ，６３ａとアースとの
間で交流電力が検出される。

【００６２】この第４実施例でのｙ方向の振動状態は、
図１０などの実施例に示したのと同じＡモードである。
よって振動子４０の基端を剛体により挟持して支持する
ことが可能であり、また中央の弾性腕４０ａの長さを変
えることにより共振周波数を変えることができるなど、
Ａモードとしての効果を発揮できる。また図１３に示す
基部１０ｄの剛性支持されていない部分の寸法Ｌ０と溝
の深さＬ３（弾性腕の長さ）との比の好ましい範囲も、
図１３の実施例で説明したのと同じである。また、図２
５の実施例において、両側の弾性腕４０ｂ，４０ｃを駆
動する場合、その駆動振動方向をｙ方向とし、その反力
により中央の弾性腕４０ａを逆方向へ振動させ、コリオ
リ力により生じるｘ方向の振動を検出用電極により検出
するようにしてもよい。

【００６３】なお、上記の各実施例では、３個の弾性腕
１０ａ，１０ｂ，１０ｃまたは４０ａ，４０ｂ，４０ｃ
のうちの２個または３個をｘ方向またはｙ方向へ共振振
動させるように駆動し、コリオリ力により生じた各弾性
腕のｙ方向またはｘ方向への共振振動を検出して角速度
ωを求めるようにしているが、３個の弾性腕１０ａ，１
０ｂ，１０ｃまたは４０ａ，４０ｂ，４０ｃのうちの１
個の弾性腕のみを駆動してもよい。例えば中央の弾性腕
１０ａまたは４０ａのみをｘ方向またはｙ方向へ共振振
動するように駆動し、回転時のコリオリ力により生じる
中央の弾性腕１０ａまたは４０ａのｙ方向またはｘ方向
の振動を検出し、これにより角速度ωを求めてもよい。
この場合も、共振周波数の調整は板材となる弾性腕１０
ａまたは４０ａのみをトリミングすればよく、調節作業
が簡単である。

【００６４】また図１０と図１１の実施例、図１３の実
施例、図２１と図２２の実施例において、コリオリ力に
より共振振動する３個または２個の弾性腕のうちの１個
のみから振動を検出し、角速度ωを求めるようにしても
よい。また、以上の各実施例において、振動子はｘ方向
の振動が１次共振のときにｙ方向の振動が２次共振とな
るような薄板形状のものとなっているが、振動子は例え
ば図２６に示すようにある程度の厚さを有する平板材で
あってもよい。あるいは各弾性腕の断面が正方形となる
ような三脚音叉型の振動子であってもよい。また、図２
０に示すように、平板状の二脚音叉型の振動子１０Ａと
１０Ｂを剛体のスペーサ１０Ｄにより剛性接合し、中央
の２枚の板片により弾性腕１０ａを形成し、両側の板片
により弾性腕１０ｂ，１０ｃを構成してもよい。この簡
易型の三脚音叉型の振動子は、前記それぞれの実施例で
の振動子の代わりに使用することができ、ＡモードとＢ
モードのそれぞれの振動にて動作させることが可能であ
る。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明では、振動子に３個
の弾性腕が設けられているが、共振周波数の調整の際に
必ずしも全ての弾性腕をトリミングなどする必要がな
く、中央の弾性腕の長さを変えるだけでよいし、あるい
は溝が形成されていない基部の長さを変えることにより
簡単に周波数調整ができるようになる。また調整の結
果、振動子が非対称振動となるおそれもほとんど無くな
る。

【００６６】振動子を平板状にすることにより、材料の
部留まりをよくし、安価にて量産することが可能にな
る。また、振動子を圧電材料により形成することも可能
である。

【００６７】両側の弾性腕と中央の弾性腕とが逆の位相
にて振動する構造にすることにより、振動子の基部を剛
体により支持することが可能になり、安定した支持の振
動型ジャイロスコープを構成できる。

【００６８】上記において、溝が形成されておらず剛性
支持されていない部分の長さ寸法と溝の深さあるいは弾
性腕の長さとの比を前記の好ましい範囲に設定すること
により、電気系と機械系との間の変換の効率を向上さ
せ、共振尖鋭度を向上させまたは安定させることが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は振動子の構造を示す平面図、（Ｂ）は
その側面図、

【図２】隣接する弾性腕が逆位相の振動となるＡモード
を示す振動子の斜視図、

【図３】Ａモードの振動における振動子の基部の振幅を
説明する模式説明図、

【図４】中央の弾性腕が振動しないＢモードを示す振動
子の斜視図、

【図５】（Ａ）（Ｂ）はＢモードにおいて基部の長さを
変えたときの節線の位置の変化を説明する振動子の平面
図、

【図６】中央の弾性腕の長さを変えたときの共振周波数
の変化を示す線図、

【図７】基部の長さを変えたときの共振周波数の変化を
示す線図、

【図８】弾性腕がｘ方向へ一次振動モードにて駆動され
る状態を示す模式説明図、

【図９】（Ａ）は弾性腕がｙ方向へ二次振動モードにて
駆動される状態を示す模式説明図、（Ｂ）は三次振動モ
ードにて駆動される状態を示す模式説明図、

【図１０】Ａモード振動の振動型ジャイロスコープとな
る第１実施例の斜視図、

【図１１】第１実施例の振動子の平面図、

【図１２】第１実施例の駆動手段と検出手段および回路
構成を示す振動子の端面図、

【図１３】第１実施例の他の構造の振動子を示すもので
あり（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、

【図１４】駆動手段と検出手段および回路構成を示す図
１３（Ａ）の端面図、

【図１５】図１３に示す振動型ジャイロスコープの検出
特性線図、

【図１６】表１に示した試料Ｉの電気・機械結合係数の
特性を示す線図、

【図１７】表１に示した試料ＩＩの電気・機械結合係数
の特性を示す線図、

【図１８】表１に示した試料ＩＩＩの電気・機械結合係
数の特性を示す線図、

【図１９】表１に示した試料ＩＶの電気・機械結合係数
の特性を示す線図、

【図２０】振動子を簡易型の構造とした場合の斜視図、

【図２１】Ｂモード振動の振動型ジャイロスコープとな
る第２実施例の斜視図、

【図２２】（Ａ）は第２実施例の振動子の平面図、
（Ｂ）はその端面図、

【図２３】Ｂモードにおける支持棒の長さおよび直径と
共振周波数との関係を示す線図、

【図２４】振動子の中心部を両端支持したＢモードのジ
ャイロスコープとなる第３実施例を示す斜視図、

【図２５】圧電材料により形成された第４実施例の振動
子を表裏両面から示す斜視図、

【図２６】第４実施例での駆動用電極と検出用電極の配
置を示す振動子の端面図、

【図２７】第４実施例の振動子のある時点での変形状態
を示す斜視図、

【図２８】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２９】板材による二脚音叉型の振動子を示す斜視
図、

【図３０】（Ａ）は図２９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】

１０振動子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ弾性腕１０ｄ基部１１溝１２ａ，１２ｂ剛体１３，１４支持棒２１，２２，２３Ａモードでの検出用圧電素子２６，２７，２８Ａモードでの駆動用圧電素子３１，３２Ｂモードでの検出用圧電素子３６，３７Ｂモードでの駆動用圧電素子４０振動子４０ａ，４０ｂ，４０ｃ弾性腕５１ａ〜５４ｂ駆動用電極６１ａ〜６３ｂ検出用電極

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

【特許請求の範囲】

【請求項１】２箇所の溝により分離された３個の弾性
腕を有する振動子と、少なくとも１個の弾性腕に振動を
発生させる駆動手段と、振動子が回転したときに弾性腕
に生じる前記振動方向と交叉する方向への振動成分を検
出する検出手段とが設けられていることを特徴とする振
動型ジャイロスコープ。
【請求項２】振動子が恒弾性金属により形成され、駆
動手段および検出手段として、この恒弾性金属に圧電素
子が接合されている請求項１記載の振動型ジャイロスコ
ープ。
【請求項３】圧電材料により形成されて２箇所の溝に
より分離された３個の弾性腕を有する振動子と、少なく
とも１個の弾性腕に振動を発生させる駆動用電極と、振
動子が回転したときに弾性腕に生じる前記振動方向と交
叉する方向への振動成分を検出する検出用電極とが設け
られていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
【請求項４】振動子が平板状であり、平板の厚さ方向
をｙ方向、板面に沿う方向をｘ方向としたときに、前記
溝はｙ方向に貫通して形成されて、各弾性腕がｘ方向に
分離されている請求項１ないし３のいずれかに記載の振
動型ジャイロスコープ。
【請求項５】弾性腕のｙ方向への振動が、ｘ方向の振
動よりも高次の共振振動である請求項４記載の振動型ジ
ャイロスコープ。
【請求項６】３個の弾性腕のうちの、両側の弾性腕
と、中央の弾性腕とが逆方向に変形して振動する場合
に、振動子は、少なくとも各溝の延長線上の基部にて剛
体支持されている請求項４または５記載の振動型ジャイ
ロスコープ。
【請求項７】溝の深さ寸法をＬ３、溝が形成されてお
らず且つ剛体支持されていない範囲での前記Ｌ３と同じ
方向の長さをＬ０としたときに、Ｌ０／Ｌ３が０．６以
上である請求項４または５記載の振動型ジャイロスコー
プ。
【請求項８】溝の深さ寸法をＬ３、溝が形成されてお
らず且つ剛体支持されていない範囲での前記Ｌ３と同じ
方向の長さをＬ０としたときに、Ｌ０／Ｌ３が０．８以
上で１．０以下である請求項４または５記載の振動型ジ
ャイロスコープ。