JPH11173853A

JPH11173853A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH11173853A
Application number: JP9361800A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Kotani; 谷勝重小
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的な信号と振動体の機械的な振動との変
換効率がよく、感度の良好な振動ジャイロを得る。【解決手段】振動ジャイロ１０は、ベース１４と振動
柱１６ａ，１６ｂからなる音叉型の振動体１２を含む。
振動体１２の内部において、振動柱１６ａの根元部分に
駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂを形成し、振動柱１６ｂ
の根元部分に検出用圧電素子２０ａ，２０ｂを形成す
る。駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂは、振動柱１６ａ，
１６ｂを結ぶ向きに沿って並ぶように配置され、検出用
圧電素子２０ａ，２０ｂは、駆動用圧電素子１８ａ，１
８ｂが並ぶ方向と直交する向きに並ぶように配置され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロに関
し、特にたとえば、カーナビゲーションシステム、車両
の姿勢制御、カメラの手振れ補正などのために回転角速
度を検出するための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２１および図２２は、従来の音叉型の
振動ジャイロの一例を示す斜視図である。振動ジャイロ
１は、振動体２を含む。振動体２は、直方体状のベース
２ａと、ベース２ａから同じ方向に延びる２本の振動柱
２ｂとで、音叉型に形成される。振動体２は、たとえば
金属などで形成され、その側面に圧電素子３が形成され
る。また、振動体２を圧電体で形成し、その側面に電極
を形成してもよい。振動体２を圧電体で形成する場合、
図２３に示すように、振動体側面に電極４を形成すると
ともに、電極４に対向する内部電極５が形成されてもよ
い。このような振動ジャイロ１では、圧電素子３や電極
４などは、振動柱２ｂの側面全体に形成されたり、振動
柱２ｂのベース２ａへの付け根部分の側面に形成された
りしていた。

【０００３】これらの振動ジャイロ１では、駆動用とし
て用いられる圧電素子や電極に駆動信号を入力すること
により、振動柱２ｂが開閉するように屈曲振動する。こ
の状態で、振動柱２ｂと平行な軸を中心として回転角速
度が加わると、コリオリ力によって振動柱２ｂの振動方
向が変わる。この振動柱２ｂの振動方向の変化に対応し
た信号が、検出用の圧電素子または電極から出力され
る。したがって、検出用の圧電素子または電極から出力
された信号を測定することにより、コリオリ力に対応し
た振動柱の振動の変化、つまり加わった回転角速度に対
応した信号を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような振動ジャイ
ロでは、駆動信号によって圧電素子に歪みを生じさせて
振動体に屈曲振動を励振し、さらに振動体の振動による
歪みを信号に変換し、その出力を測定することにより回
転角速度を検出している。したがって、振動体の歪みの
大きい部分に圧電素子や電極を形成することにより、大
きい出力を得ることができ、感度の良好な振動ジャイロ
にすることができる。しかしながら、従来の振動ジャイ
ロでは、振動体の側面に圧電素子や電極を形成するた
め、振動体内部の最も歪みの大きい部分で振動体を駆動
したり、その歪みを検出することができなかった。その
ため、電気的な信号と機械的な振動との変換効率が悪
く、感度の良好な振動ジャイロを得ることができなかっ
た。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、電
気的な信号と機械的な振動との変換効率がよく、良好な
感度を有する振動ジャイロを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、ベースとベ
ースから延びるように形成される振動柱とからなる振動
体、振動柱を屈曲振動させるための駆動用圧電素子、お
よび駆動用圧電素子によって励振される振動柱の屈曲振
動と直交する向きの屈曲振動を検出するための検出用圧
電素子を含み、駆動用圧電素子および検出用圧電素子
は、振動柱の根元部分において振動体内に形成される、
振動ジャイロである。この振動ジャイロにおいて、振動
柱はベースの一方側に複数形成することができる。ま
た、駆動用圧電素子および検出用圧電素子は、圧電体層
と圧電体層の両面に形成される電極とからなり、圧電体
層は任意の方向に分極することができる。さらに、駆動
用圧電素子または検出用圧電素子は、複数の圧電体層と
複数の電極とを積層して形成することができる。

【０００７】駆動用の圧電素子が、振動柱の根元部分に
おいて振動体内に形成され、駆動用の圧電素子に駆動信
号を与えることによって振動柱に屈曲振動が励振され
る。また、検出用の圧電素子が、振動柱の根元部分にお
いて振動体内に形成され、振動体の歪みが信号に変換さ
れる。ベースと振動柱とからなる振動体では、振動柱が
屈曲振動する場合における歪みは、振動体内の振動柱の
根元部分において最大となる。そのため、振動体内にお
いて、振動柱の根元部分に駆動用の圧電素子を形成する
ことにより、圧電素子の変位を最も効率よく振動柱の屈
曲振動に変換することができる。また、振動体内におい
て、振動柱の根元部分に検出用の圧電素子を形成するこ
とにより、振動柱の屈曲振動を最も効率よく信号に変換
することができる。

【０００８】また、ベースの一方側に複数の振動柱を形
成することにより、これらの振動柱の根元部分に、駆動
用の圧電素子と検出用の圧電素子とを別々に形成するこ
とができる。さらに、圧電素子は、圧電層とその両面に
形成された電極とで形成されるが、駆動信号や出力信号
の位相を考慮すれば、圧電素子の分極方向は任意に設定
することができる。また、複数の圧電層と電極とを積層
して圧電素子を形成することにより、駆動信号による圧
電素子の全体としての変位を大きくすることができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロの
一例を示す斜視図である。振動ジャイロ１０は、振動体
１２を含む。振動体１２は、たとえば直方体状のベース
１４を含む。ベース１４の一方側には、互いに間隔を隔
てて、２本の振動柱１６ａ，１６ｂが形成される。これ
らのベース１４および振動柱１６ａ，１６ｂは、たとえ
ば圧電体材料などで一体的に形成される。したがって、
振動体１２は、全体として音叉型に形成される。

【００１１】振動体１２の内部には、図２に示すよう
に、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂおよび検出用圧電素
子２０ａ，２０ｂが形成される。駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂは、一方の振動柱１６ａの根元部分におい
て、振動体１２の内部に形成される。駆動用圧電素子１
８ａ，１８ｂは、振動柱１６ａ，１６ｂを結ぶ向きに沿
って、並ぶように配置される。これらの駆動用圧電素子
１８ａ，１８ｂは、それぞれ圧電層２２ａ，２２ｂを含
む。そして、圧電層２２ａの両面に電極２４ａ，２６ａ
が形成され、圧電層２２ｂの両面に電極２４ｂ，２６ｂ
が形成される。駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂは、それ
らの面が振動柱１６ａの延びる向きとなるように形成さ
れる。これらの駆動用圧電素子１８ａの電極２２ａ，２
４ａおよび駆動用圧電素子１８ｂの電極２４ｂ，２６ｂ
は、振動体１２の少なくとも一方の側面に引き出され
る。

【００１２】また、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは、
他方の振動柱１６ｂの根元部分において、振動体１２の
内部に形成される。検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは、
振動柱１６ａ，１６ｂを結ぶ向きと直交する向きに沿っ
て、並ぶように配置される。これらの検出用圧電素子２
０ａ，２０ｂは、それぞれ圧電層２８ａ，２８ｂを含
む。そして、圧電層２８ａの両面に電極３０ａ，３２ａ
が形成され、圧電層２８ｂの両面に電極３０ｂ，３２ｂ
が形成される。これらの検出用圧電素子２０ａの電極３
０ａ，３２ａおよび検出用圧電素子２０ｂの電極３０
ｂ，３２ｂは、振動体１２の少なくとも１つの側面に引
き出される。検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは、それら
の面が振動柱１６ｂの延びる向きとなるように形成され
る。

【００１３】なお、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂの圧
電層２２ａ，２２ｂおよび検出用圧電素子２０ａ，２０
ｂの圧電層２８ａ，２８ｂは、同じ向きに分極される。
たとえば、本実施例では、ベース１４側から振動柱１６
ａ，１６ｂ側に向かって厚み方向に分極される。

【００１４】また、本実施例では、振動体１２が圧電体
材料からなり、圧電体材料からなるセラミックシートを
複数枚積層して形成されるものである。このセラミック
シートを積層する過程において、電極層を積層すること
により電極２４ａ，２６ａ，２４ｂ，２６ｂ，３０ａ，
３２ａ，３０ｂ，３２ｂが形成される。そして、電極２
４ａ，２６ａ，２４ｂ，２６ｂ，３０ａ，３２ａ，３０
ｂ，３２ｂに挟まれたセラミックシートの積層体部分が
圧電層２２ａ，２２ｂ，２８ａ，２８ｂとして用いられ
る。

【００１５】そして、電極２４ａ，２６ａ，２４ｂ，２
６ｂ，３０ａ，３２ａ，３０ｂ，３２ｂおよび圧電層２
２ａ，２２ｂ，２８ａ，２８ｂを含めて駆動用圧電素子
１８ａ，１８ｂおよび検出用圧電素子２０ａ，２０ｂと
規定しているが、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂおよび
検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは、振動体１２を形成す
る際に振動柱１６ａ，１６ｂやベース１４と一体に形成
されるものである。

【００１６】なお、振動体１２は、圧電体材料に限ら
ず、金属その他の振動を生じる材料で形成することがで
きる。この場合、圧電層２２ａ，２２ｂ，２８ａ，２８
ｂは、それぞれ別に形成する必要はなく、圧電層２２
ａ，２２ｂを１つの圧電層とし、その異なる部分で対向
する電極２４ａ，２６ａおよび電極２４ｂ，２６ｂを形
成してもよい。同様に、圧電層２８ａ，２８ｂを１つの
圧電層とし、その異なる部分で対向する電極３０ａ，３
２ａおよび電極３０ｂ，３２ｂを形成してもよい。さら
に、１つの圧電層の異なる部分において、対向する電極
２４ａ，２６ａ、電極２４ｂ，２６ｂ、電極３０ａ，３
２ａおよび電極３０ｂ，３２ｂを形成してもよい。つま
り、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂと検出用圧電素子２
０ａ，２０ｂは、１つの圧電層を共有させることができ
る。

【００１７】この振動ジャイロ１０を用いるために、図
３に示すような回路が用いられる。ここでは、回路の接
続関係をわかりやすくするために、駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂの電極２４ａ，２６ａ，２４ｂ，２６ｂおよ
び検出用圧電素子２０ａ，２０ｂの電極３０ａ，３２
ａ，３０ｂ，３２ｂのみを示してある。なお、図３の中
の矢印Ｐは、各圧電素子の分極方向を示す。駆動用圧電
素子１８ａ，１８ｂには、駆動回路４０が接続される。
この場合、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂの電極２６
ａ，２６ｂは基準電位に接続され、電極２４ａに駆動回
路４０からの駆動信号が入力される。また、電極２４ｂ
には、反転回路４２を介して、駆動回路４０からの駆動
信号が入力される。さらに、検出用圧電素子２０ａ，２
０ｂの電極３２ａ，３２ｂは基準電位に接続され、電極
３０ａ，３０ｂは差動増幅回路４４に接続される。

【００１８】一方の駆動用圧電素子１８ａには、駆動回
路４０から駆動信号が与えられる。また、他方の駆動用
圧電素子１８ｂには、駆動回路４０からの駆動信号が、
反転回路４２で位相反転したのちに与えられる。したが
って、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂには、互いに逆位
相の駆動信号が与えられる。ここで与えられる駆動信号
は、振動体１２の共振周波数に相当する信号である。こ
の駆動信号によって、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂに
は、厚み振動が生じる。このとき、駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂは、互いに同じ向きに分極され、かつ互いに
逆位相の駆動信号が与えられるため、これらの駆動用圧
電素子１８ａ，１８ｂには逆向きの変位が発生する。つ
まり、一方の駆動用圧電素子１８ａが厚み方向に伸びる
とき、他方の駆動用圧電素子１８ｂは厚み方向に縮む。
逆に、一方の駆動用圧電素子１８ａが厚み方向に縮むと
き、他方の駆動用圧電素子１８ｂは厚み方向に伸びる。
そのため、振動柱１６ａ，１６ｂは、図４の実線の矢印
および点線の矢印に示すように、開閉するように屈曲振
動する。

【００１９】無回転時においては、検出用圧電素子２０
ａ，２０ｂは、振動柱１６ｂの振動方向の両側に並んで
形成されているため、これらの検出用圧電素子２０ａ，
２０ｂの屈曲状態は同じとなる。そのため、検出用圧電
素子２０ａ，２０ｂから出力される信号は同じであり、
差動増幅回路４４からは信号が出力されない。

【００２０】振動柱１６ａ，１６ｂが開閉するように振
動している状態で、振動柱１６ａ，１６ｂが延びる向き
の軸を中心として回転角速度Ωが加わると、図５に示す
ように、無回転時の振動方向に直交する向きにコリオリ
力Ｆｃが働く。したがって、振動柱１６ａ，１６ｂは、
開閉する向きに加わる駆動力とコリオリ力Ｆｃとが合成
された向きに振動する。コリオリ力Ｆｃによって、振動
柱１６ａ，１６ｂは、検出用の圧電素子２０ａ，２０ｂ
が並んだ向きに変位する。このような振動柱１６ａ，１
６ｂの変位により、一方の検出用圧電素子２０ａが厚み
方向に伸びたとき、他方の検出用圧電素子２０ｂは厚み
方向に縮む。逆に、一方の検出用圧電素子２０ａが縮ん
だとき、他方の検出用圧電素子２０ｂが伸びる。そのた
め、無回転時に比べて、一方の検出用圧電素子２０ａの
出力が増加したとき、他方の検出用圧電素子２０ｂの出
力が減少する。また、無回転時に比べて、一方の検出用
圧電素子２０ａの出力が減少したとき、他方の検出用圧
電素子２０ｂの出力が増加する。したがって、差動増幅
回路４４からは、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂの出力
信号の差に対応した信号が出力される。差動増幅回路４
４の出力信号は、たとえば検波回路で検波されたのち、
平滑回路で平滑されて、コリオリ力に対応した直流信号
として出力される。

【００２１】この振動ジャイロ１０では、駆動用圧電素
子１８ａ，１８ｂおよび検出用圧電素子２０ａ，２０ｂ
が、振動柱１６ａ，１６ｂの屈曲振動によって最も歪み
の大きくなる部分、すなわち振動柱１６ａ，１６ｂの根
元部分に形成されている。そのため、振動体の側面に圧
電素子を形成した従来の振動ジャイロに比べて、駆動用
の圧電素子１８ａ，１８ｂに駆動信号を与えたときの振
動柱１６ａ，１６ｂの振幅を大きくすることができる。
また、従来の振動ジャイロに比べて、振動柱１６ａ，１
６ｂの振動による検出用圧電素子２０ａ，２０ｂの歪み
が大きく、同じ大きさのコリオリ力に対して、発生する
電荷量が多くなる。したがって、この振動ジャイロ１０
では、従来の振動ジャイロに比べて、回転角速度の検出
感度を良好にすることができる。

【００２２】なお、図６に示すように、４本の振動柱１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを形成した振動体１２を
用いてもよい。この振動ジャイロ１０では、たとえば図
７に示すように、振動柱１６ａ，１６ｂ，１６ｃの根元
部分における振動体１２内に、３角形状の駆動用圧電素
子１８ａ，１８ｂ，１８ｃが形成される。これらの駆動
用圧電素子１８ａ〜１８ｃは、同じ向きに分極されてい
る。さらに、振動柱１６ｄの根元部分に、３角形状の２
つの検出用圧電素子２０ａ，２０ｂが形成される。これ
らの検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは、振動柱１６ａ，
１６ｃを結ぶ向きに並んで配置される。

【００２３】この振動ジャイロ１０では、図８に示すよ
うに、駆動回路４０からの駆動信号が、駆動用圧電素子
１８ａ，１８ｃに与えられる。また、駆動回路４０から
の駆動信号は、反転回路４２で位相反転したのち、駆動
用圧電素子１８ｂに与えられる。この駆動信号によっ
て、駆動用圧電素子１８ａ，１８ｃと駆動用圧電素子１
８ｂとは、互いに逆向きに変位する。それにより、図９
の実線の矢印に示すように、振動柱１６ａ，１６ｃが内
側に閉じるように変位するとき、振動柱１６ｂ，１６ｄ
は外側に開くように変位する。逆に、図９の点線の矢印
に示すように、振動柱１６ａ，１６ｃが外側に開くよう
に変位するとき、振動柱１６ｂ，１６ｄは内側に閉じる
ように変位する。

【００２４】このとき、振動柱１６ｄは、２つの検出用
圧電素子２０ａ，２０ｂが並ぶ向きと直交するように振
動するため、これらの検出用圧電素子２０ａ，２０ｂは
同じように変位する。そのため、検出用圧電素子２０
ａ，２０ｂから出力される信号は同じであり、差動増幅
回路４４からは信号が出力されない。この状態で、振動
柱１６ａ〜１６ｄが伸びる向きの軸を中心として回転角
速度Ωが加わると、図１０に示すように、無回転時にお
ける振動柱１６ａ〜１６ｄの振動方向と直交する向きに
コリオリ力Ｆｃが働く。このコリオリ力によって、振動
柱１６ａ〜１６ｄの振動方向が変わる。それによって、
検出用圧電素子２０ａ，２０ｂに異なる向きの歪みが加
わり、これらの検出用圧電素子２０ａ，２０ｂから異な
る信号が出力される。そのため、差動増幅回路４４か
ら、コリオリ力に対応した信号が出力され、これを検波
および平滑などによって処理することにより、回転角速
度に対応した直流信号を得ることができる。

【００２５】また、図１１に示すように、振動柱１６
ａ，１６ｄの両方に重なるように駆動用圧電素子１８ａ
を形成し、振動柱１６ｂ，１６ｃの両方に重なるように
駆動用圧電素子１８ｂを形成してもよい。この場合、振
動柱１６ｄに検出用圧電素子２０ａが形成され、振動柱
１６ｃに検出用圧電素子２０ｂが形成される。この振動
ジャイロ２０では、図１２に示すように、駆動用圧電素
子１８ａ，１８ｂに同位相の信号が与えられ、検出用圧
電素子２０ａ，２０ｂは、差動増幅回路４４に接続され
る。

【００２６】この振動ジャイロ１０では、対向して配置
された駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂに同位相の駆動信
号を与えることにより、これらの駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂは同じように変位する。そのため、図１３の
矢印に示すように、振動柱１６ａ，１６ｂが開閉するよ
うに屈曲振動し、同時に振動柱１６ｃ，１６ｄが開閉す
るように屈曲振動する。このとき、検出用圧電素子２０
ａ，２０ｂは、互いに同じように変位するため、これら
の検出用圧電素子２０ａ，２０ｂから同じ信号が出力さ
れる。そのため、差動増幅回路４４からは、信号が出力
されない。

【００２７】この状態で、振動柱１６ａ〜１６ｄが伸び
る向きの軸を中心として回転角速度Ωが加わると、図１
４に示すように、無回転時における振動柱１６ａ〜１６
ｄの振動方向と直交する向きのコリオリ力Ｆｃが働く。
それにより、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂに異なる向
きの歪みが加わり、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂから
異なる信号が出力される。したがって、差動増幅回路４
４からは、コリオリ力に対応した信号が出力される。こ
のように、圧電素子の形成位置によって、振動体１２の
振動状態を調整することができ、それによっても回転角
速度を検出することができる。

【００２８】さらに、図１５に示すように、９本の振動
柱１６ａ〜１６ｉを有する振動体１２を用いることもで
きる。この振動ジャイロ１０においても、図７に示すの
と同様の圧電素子が形成される。つまり、図１６に示す
ように、駆動用圧電素子１８ａ〜１８ｃが振動柱１６
ａ，１６ｃ，１６ｉの根元部分に形成され、検出用圧電
素子２０ａ，２０ｂが振動柱１６ｇの根元部分に形成さ
れる。そして、駆動回路４０，反転回路４２および差動
増幅回路４４も、図８に示すように接続される。この振
動ジャイロ１０では、駆動用圧電素子１８ａ〜１８ｃに
駆動信号を与えることにより、図１７の実線の矢印に示
すように、振動柱１６ａ，１６ｉが内側に閉じるように
変位したとき、振動柱１６ｃ，１６ｇが外側に開くよう
に変位する。また、振動柱１６ｂ，１６ｆは振動柱１６
ｃに向かって変位し、振動柱１６ｄ，１６ｈは振動柱１
６ｇに向かって変位する。そして、駆動信号の位相が逆
になったときには、図１７の点線の矢印に示すように、
実線の矢印と逆向きに各振動柱が変位する。なお、中央
部の振動柱１６ｅについては、その周囲における各部の
変位が相殺されるため、振動することなく安定してい
る。

【００２９】この状態で、振動柱１６ａ〜１６ｉが延び
る向きの軸を中心として回転角速度Ωが加わると、図１
８に示すように、無回転時における振動柱１６ａ〜１６
ｉの振動方向と直交する向きにコリオリ力Ｆｃが働く。
それにより、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂに、異なる
向きの歪みが加わる。そのため、これらの検出用圧電素
子２０ａ，２０ｂから異なる信号が出力され、差動増幅
回路４４からは、コリオリ力に対応した信号が出力され
る。

【００３０】このように、振動体１２の振動柱の数は、
任意に変更可能であり、振動柱の数に応じて駆動用圧電
素子および検出用圧電素子の配置を考慮すれば、振動ジ
ャイロ１０に加わった回転角速度を検出することができ
る。これらの振動ジャイロ１０においても、振動柱の屈
曲振動により、最も歪みの大きくなる部分に各圧電素子
を配置することにより、良好な感度を得ることができ
る。

【００３１】なお、図３において、駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂの分極方向を逆にしてもよい。この場合、反
転回路４２は不要であり、２つの駆動用圧電素子１８
ａ，１８ｂに同位相の駆動信号を与えることにより、振
動柱１６ａ，１６ｂに開閉するような屈曲振動を励振す
ることができる。同様に、図７において、駆動用圧電素
子１８ａ，１８ｃと駆動用圧電素子１８ｂの分極方向を
逆にすれば、反転回路４２を省略することができる。ま
た、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂについても、分極方
向を逆にすることができ、この場合、差動回路の代わり
に和動回路を用いればよい。このように、各圧電素子の
分極方向は任意に変更可能であり、それに応じて回路を
変更すればよい。

【００３２】さらに、音叉型の振動体１２を用いた場
合、図１９に示すように、駆動用圧電素子１８ａ，１８
ｂおよび検出用圧電素子２０ａ，２０ｂを、圧電体層と
電極とを交互に複数積層した積層構造としてもよい。こ
の場合、たとえば隣接する圧電体層は、互いに逆向きと
なるように分極される。そして、１つおきの電極が互い
に接続され、接続された一方の電極が一方の端子に接続
され、接続された他方の電極が他方の端子に接続され
る。そして、これらの２つの端子間に信号が入力され、
または２つの端子から信号が出力される。

【００３３】駆動用圧電素子１８ａ，１８ｂでは、駆動
信号が与えられることにより、隣接する圧電体層に、互
いに逆向きの電界が印加される。隣接する圧電体層は互
いに逆向きに分極されているため、逆向きの電界が印加
されることにより、全ての圧電体層が同一方向に変位す
る。つまり、全ての圧電体層が、同時に伸びたり、同時
に縮んだりする。そのため、駆動用圧電素子１８ａ，１
８ｂ全体としては、１層の圧電体層を用いた圧電素子に
比べて、全体の変位量を大きくすることができ、振動柱
１６ａ，１６ｂの振幅を大きくすることができる。した
がって、回転角速度が加わることによって発生する振動
柱１６ａ，１６ｂの振動方向の変化による変位量も大き
くなり、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂから大きい信号
を得ることができる。

【００３４】また、検出用圧電素子２０ａ，２０ｂで
は、圧電体層と電極とを積層することにより、各圧電体
層に電荷が発生し、電極から取り出される。そのため、
振動柱の変位量が同じであれば、１層の圧電体層を用い
た圧電素子に比べて、発生する電荷量を多くすることが
できる。したがって、差動増幅回路４４として電流増幅
回路を用いれば、回転角速度に対応した大きい信号を得
ることができる。

【００３５】このように、駆動用圧電素子１８ａ，１８
ｂを多層にすることにより、振動柱１６ａ，１６ｂの振
幅を大きくすることができ、その結果、回転角速度に対
応した大きい信号を得ることができるため、振動ジャイ
ロ１０の感度を良好にすることができる。この場合、差
動増幅回路４４として、電圧増幅回路を用いてもよい
し、電流増幅回路を用いてもよい。また、検出用圧電素
子２０ａ，２０ｂを多層にすることにより、振動柱１６
ａ，１６ｂの変位量が同じであっても、１層の圧電素子
に比べて、発生する電荷量を多くすることができる。そ
のため、差動増幅回路４４として電流増幅回路を用いる
ことにより、振動ジャイロ１０の感度を良好にすること
ができる。

【００３６】また、図２０に示すように、４本または９
本の振動柱を有する振動体１２を用いた振動ジャイロ１
０においても、駆動用圧電素子１８ａ〜１８ｃおよび検
出用圧電素子２０ａ，２０ｂを多層にすることができ
る。この場合でも、振動柱の変位量を大きくすることが
でき、また、振動柱の同じ変位量に対して発生する電荷
量を多くすることができる。それにより、振動ジャイロ
１０の感度を良好にすることができる。なお、駆動用の
圧電素子および検出用の圧電素子を多層にした場合で
も、各圧電素子の分極方向を調整することにより、反転
回路４２を省略することができる。

【００３７】また、上述の各振動ジャイロでは、駆動回
路４０を用いて振動体１２を励振したが、たとえば検出
用の圧電素子の出力を帰還信号とした発振回路を用いて
自励振駆動としてもよい。また、図８や図２０に示す回
路において、駆動用圧電素子１８ａ〜１８ｃの全てに駆
動信号を与える必要はなく、たとえば１つの駆動用圧電
素子１８ａのみに駆動信号を与えてもよい。この場合、
直接的には振動柱１６ａが励振されるが、共振により、
他の振動柱も図９または図１７に示すように振動する。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば、振動柱の根元部分に
おいて、振動体内に駆動用圧電素子および検出用圧電素
子を形成することにより、振動柱に大きい振幅を与える
ことができ、また、振動柱の振動による歪みの最も大き
い部分で信号を発生させることができる。そのため、振
動体の側面に圧電素子を形成した従来の振動ジャイロに
比べて、感度を良好にすることができる。このような効
果は、振動柱の数に関係なく得ることができる。さら
に、圧電素子を多層にすることにより、振動柱の振幅を
大きくすることができ、また、回転角速度に対応して多
量の電荷を発生させることができる。そのため、振動ジ
ャイロの感度をさらに良好にすることができる。また、
駆動用および検出用の圧電素子の分極方向を適当に選択
することにより、反転回路を省略することができ、回路
を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロの一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１に示す振動ジャイロの内部を示す図解図で
ある。

【図３】図１に示す振動ジャイロ内部の圧電素子と外部
回路との接続を示す回路図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロの無回転時における振
動状態を示す図解図である。

【図５】図４に示す振動ジャイロに回転角速度が加わっ
たときのコリオリ力を示す図解図である。

【図６】この発明の振動ジャイロの他の例を示す斜視図
である。

【図７】図６に示す振動ジャイロの圧電素子の配置を示
す図解図である。

【図８】図７に示す圧電素子と外部回路との接続を示す
回路図である。

【図９】図８に示す回路を用いたときの無回転時におけ
る振動状態を示す図解図である。

【図１０】図９に示す振動ジャイロに回転角速度が加わ
ったときのコリオリ力を示す図解図である。

【図１１】図６に示す振動ジャイロの圧電素子の別の配
置を示す図解図である。

【図１２】図１１に示す圧電素子と外部回路との接続を
示す回路図である。

【図１３】図１２に示す回路を用いたときの無回転時に
おける振動状態を示す図解図である。

【図１４】図１３に示す振動ジャイロに回転角速度が加
わったときのコリオリ力を示す図解図である。

【図１５】この発明の振動ジャイロのさらに他の例を示
す斜視図である。

【図１６】図１５に示す振動ジャイロの圧電素子の配置
を示す図解図である。

【図１７】図１５に示す振動ジャイロにおいて、図８に
示す回路を用いたときの無回転時における振動状態を示
す図解図である。

【図１８】図１７に示す振動ジャイロに回転角速度が加
わったときのコリオリ力を示す図解図である。

【図１９】音叉型の振動体を用いた振動ジャイロにおい
て、各圧電素子を多層にしたときの外部回路との接続を
示す回路図である。

【図２０】４本または９本の振動柱を有する振動体を用
いた振動ジャイロにおいて、各圧電素子を多層にしたと
きの外部回路との接続を示す回路図である。

【図２１】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。

【図２２】従来の振動ジャイロの他の例を示す斜視図で
ある。

【図２３】従来の振動ジャイロのさらに他の例を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動体１４ベース１６ａ〜１６ｉ振動柱１８ａ〜１８ｃ駆動用圧電素子２０ａ，２０ｂ検出用圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースと、前記ベースから延びるように
形成される振動柱とからなる振動体、前記振動柱を屈曲振動させるための駆動用圧電素子、お
よび前記駆動用圧電素子によって励振される前記振動柱
の屈曲振動と直交する向きの屈曲振動を検出するための
検出用圧電素子を含み、前記駆動用圧電素子および前記検出用圧電素子は、前記
振動柱の根元部分において前記振動体内に形成される、
振動ジャイロ。
【請求項２】前記振動柱は前記ベースの一方側に複数
形成される、請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】前記駆動用圧電素子および前記検出用圧
電素子は、圧電体層と前記圧電体層の両面に形成される
電極とからなり、前記圧電体層は任意の方向に分極され
る、請求項１または請求項２に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】前記駆動用圧電素子または前記検出用圧
電素子は、複数の圧電体層と複数の電極とが積層して形
成される、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
振動ジャイロ。