【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動ジャイロ及び高検出感度を備えた圧電振動ジャイロ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１３に示すような圧電振動ジャイロが知られている。この圧電振動ジャイロ１６０は、その長手方向の中心軸が角速度Ωの検出軸となっている。
【０００３】
前記圧電振動ジャイロ１６０はともに四角枠状をなす励振用振動部１６４と検出用振動部１６７とを有する振動子１６１を備えている。同振動子１６１は折り曲げ加工された板材１６１ａと、３つのマス１６１ｂ〜１６１ｄとから形成されている。振動子１６１は、その長手方向にある検出軸方向での一方の端部が固定端とされ、同じく他方の端部が自由端とされている。
【０００４】
振動子１６１の固定端側は励振用振動部１６４とされ、貫通孔１６２を有している。同励振用振動部１６４は互いに相対して平行に配置された一対の励振用扁平部１６３を有している。各励振用扁平部１６３の外面には励振用圧電板１６８が設けられている。振動子１６１の自由端側は検出用振動部１６７とされ、貫通孔１６５を有している。同検出用振動部１６７は、前記励振用扁平部１６３に直交するとともに、互いに相対して平行に配置された一対の検出用扁平部１６６を有している。各検出用扁平部１６６の外面には検出用圧電板１６９が設けられている。
【０００５】
両励振用圧電板１６８の外面において、励振用振動部１６４の上部領域には励振用電極１７０ａが設けられ、励振用振動部１６４の下部領域には励振用電極１７０ｂが設けられている。両検出用圧電板１６９の外面において、検出用振動部１６７の上部領域には検出用電極１７１ａが設けられ、検出用振動部１６７の下部領域には検出用電極１７１ｂが設けられている。
【０００６】
前記励振用電極１７０ａと励振用電極１７０ｂは同じ面積で、かつ検出用電極１７１ａと検出用電極１７１ｂは同じ面積となっている。
そして、圧電振動ジャイロ１６０によって角速度Ωを検出する際には、励振用電極１７０ａ，１７０ｂに交流圧電信号を印加して、励振用圧電板１６８及び励振用扁平部１６３をＸ方向に弾性振動させる。
【０００７】
すると、検出軸（中心軸）回りに作用する角速度Ωによって検出用振動部１６７に対し検出軸（中心軸）及びＸ方向に垂直な方向、すなわちＹ方向に角速度Ωの大きさに比例したコリオリオ力が交番して作用する。このコリオリ力によって検出用扁平部１６６及び検出用圧電板１６９がＹ方向に弾性振動し、コリオリ力の大きさに比例した検出信号が検出用電極１７１ａ，１７１ｂに発生する。従って、この検出信号から角速度Ωを検出することができる。
【０００８】
前記励振用電極１７０ａ，１７０ｂは面積が広いほど、面積が狭い場合に比して、励振用圧電板１６８及び励振用扁平部１６３を振動させる際に低い電圧の圧電信号で振動できる。一方、前記検出用電極１７１ａ，１７１ｂは、検出用圧電板１６９における最も圧縮及び伸張変形する部分（応力集中部分）のみに設けるべく、その面積を励振用電極１７０ａ、１７０ｂの面積に比して狭くしている。これは、応力集中部分に対して検出用電極１７１ａ，１７１ｂを面積を狭くして設けた方が、面積を広くして設ける場合よりも検出感度を高くすることができるからである。
【０００９】
ところで、前記圧電振動ジャイロ１６０は、前記中心軸を中心とする回転対称性が良いほど、重量バランスがとれ良好な検出信号が得られる。しかし、圧電振動ジャイロ１６０の加工や組み付けを行う際、組み付け公差や、加工公差のため、前記対称性が微妙にずれることがある。この結果、高感度な検出を行う際には検出軸（中心軸）回りの角速度Ωが０になっていても、励振用振動部１６４のＸ方向の振動が、検出用振動部１６７へＹ方向の振動となってしまう漏れ振動が発生することがある。この現象は、メカニカルカップリングの影響により生ずる。この現象により検出用電極１７１ａ，１７１ｂに漏れ電圧が発生する。
【００１０】
前記漏れ電圧を抑制するために、検出用電極１７１ａの代わりに同検出用電極１７１ａと同じ位置に、検出用電極１７１ａと同面積の振動相殺用電極１８０を設けた圧電振動ジャイロが提案されている。この圧電振動ジャイロは、振動相殺用電極１８０（図１３参照）に最適な圧電信号を印加することで振動を発生させ、その振動で検出用振動部１６７に発生する漏れ振動を相殺し、検出用電極１７１ｂのみでコリオリ力の大きさに比例した検出信号を検出している。この結果、圧電振動ジャイロに加工公差や組み付け公差があっても、漏れ振動の影響が少ない高感度な検出を行うことができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、後者の圧電振動ジャイロは振動相殺用電極１８０の面積が検出用電極１７１ｂの面積と同じで、かつ励振用電極１７０ａ，１７０ｂの面積に比して狭くしていた。このため、振動相殺用電極１８０は、例えば振動相殺用電極１８０を前記励振用電極１７０ａと同面積にしたものと比べて、高い電圧の圧電信号を印加して漏れ振動を抑制する必要がある。これは、面積が狭いほど高い電圧を印加して振動させる必要があるからである。すると、検出用電極１７１ｂには振動相殺用電極１８０に印加される高い電圧の圧電信号の影響を受け、この結果、検出用電極１７１ｂからは、前記高い電圧の圧電信号に起因して生じたノイズを多く含んだ検出信号が出力されてしまう問題があった。
【００１２】
従って、本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は振動相殺用電極から発生するノイズを極力抑制して検出用電極からノイズが少ない検出信号を出力することができる圧電振動ジャイロ及び圧電振動ジャイロ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、互いに相対する一対の励振用平板部がその両端で連結された励振用振動部と、互いに相対する一対の検出用平板部がその両端で連結された検出用振動部とを備え、前記励振用平板部と前記検出用平板部とが直交するように連結され、前記両励振用平板部及び両検出用平板部にはそれぞれ圧電部を有し、前記両励振用平板部の各圧電部には同平板部に振動を加える励振用電極がそれぞれ設けられ、前記両検出用平板部の各圧電部には同平板部に加えられた振動を検出する検出用電極と、同平板部に発生する漏れ振動を抑制する振動相殺用電極がそれぞれ設けられた圧電振動ジャイロにおいて、前記振動相殺用電極の面積は、検出用平板部の面積に比して２分の１以下で、かつ検出用電極の面積より広いことを要旨とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記振動相殺用電極は、検出用平板部の圧電部と同じ幅を有するように設けられていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、励振用振動部の一端は固定端とし、他端は検出用振動部との連結端とし、検出用振動部の一端は自由端とし、他端は励振用振動部との連結端とすることを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、検出用振動部の一端は固定端とし、他端は励振用振動部との連結端とし、励振用振動部の一端は自由端とし、他端は検出用振動部との連結端とすることを要旨とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の圧電振動ジャイロを備えた装置であって、前記励振用電極は、第１励振用電極と第２励振用電極からなり、前記振動相殺用電極は、第１振動相殺用電極と第２振動相殺用電極とからなり、所定の周波数で発振信号を出力する発振回路と、入力した前記発振信号を反転し、第１励振用電極に対して発振信号に基づく圧電信号を印加する第１反転回路と、入力した前記発振信号を反転しないで、第２励振用電極に対して発振信号に基づく圧電信号を印加する第１非反転回路と、両検出用電極から検出信号の差を取り、両電極の検出信号の差に係る出力信号を出力する差動回路と、前記発振信号を入力し、発振信号の所定の位相補正に基づく補正信号を出力する位相補正回路と、入力した前記補正信号を反転し、第１振動相殺用電極に対して補正信号に基づく圧電信号を印加する第２反転回路と、入力した前記補正信号を反転しないで、第２振動相殺用電極に対して補正信号に基づく圧電信号を印加する第２非反転回路とを備えたことを要旨とする。
（作用）
従って、請求項１に記載の発明においては、振動相殺用電極に対して漏れ振動に応じた圧電信号を印加すると、検出用平板部に発生する漏れ振動が抑制される。この際、振動相殺用電極の面積は検出用平板部の面積に比して２分の１以下で、かつ検出用電極の面積より広いため、同振動相殺用電極の面積を検出用電極の面積と同じ面積にした場合と比べ以下の作用を奏する。振動相殺用電極と、「検出用電極の面積と同じ面積にした振動相殺用電極」とにそれぞれ同じ圧電信号を印加すると、前者の振動相殺用電極の方が検出用平板部を大きく振動させる。即ち、検出用平板部をある大きさに振動させる際に、振動相殺用電極の方が「検出用電極の面積と同じ面積にした振動相殺用電極」に比べ印加する圧電信号が小さくて済む。そして、振動相殺用電極に印加する圧電信号が小さいほど、その圧電信号が検出用電極に対してノイズとして検出されることが少なくなる。
【００１７】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の作用に加えて、振動相殺用電極は、検出用平板部の圧電部における幅一杯に設けられている。そのため、振動相殺用電極は、例えば「長さが同じで、かつ幅が検出用平板部の圧電部における幅一杯まで設けられていない振動相殺用電極」と比べて広い面積を確保できる。この結果、振動相殺用電極は、検出用平板部に発生する漏れ振動を抑制する際に、「長さが同じで幅が検出用平板部の圧電部における幅一杯まで設けられていない振動相殺用電極」と比べて、小さな圧電信号を印加することで漏れ振動を抑制する。
【００１８】
請求項３に記載の発明においては、請求項１又は請求項２に記載の作用に加えて、励振用振動部の一端は固定端とされ、他端は検出用振動部に連結される。検出用振動部の一端は自由端とされ、他端は励振用振動部に連結される。
【００１９】
請求項４に記載の発明においては、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の作用に加えて、検出用振動部の一端は固定端とされ、他端は励振用振動部に連結される。励振用振動部の一端は自由端とされ、他端は検出用振動部に連結される。
【００２０】
請求項５に記載の発明においては、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の作用に加えて、発振回路は所定の周波数で発振信号を出力する。第１反転回路は入力した前記発振信号を反転し、第１励振用電極に対して発振信号に基づく圧電信号を印加する。又、第１非反転回路は、入力した前記発振信号を反転しないで、第２励振用電極に対して発振信号に基づく圧電信号を印加する。この結果、駆動部である励振用平板部が振動する。
【００２１】
前記励振用平板部の振動時に、圧電振動ジャイロが軸心の回りに回転した場合、差動回路は両検出用電極から検出信号の差を取り、両電極の検出信号の差に係る出力信号を出力する。位相補正回路は、前記発振信号を入力し、発振信号の所定の位相補正に基づく補正信号を出力する。第２反転回路は、入力した前記補正信号を反転し、第１振動相殺用電極に対して補正信号に基づく圧電信号を印加する。第２非反転回路は、入力した前記補正信号を反転しないで、第２振動相殺用電極に対して補正信号に基づく圧電信号を印加する。両振動相殺用電極は圧電信号が印加されると検出用平板部を振動させ、その振動により検出用平板部の漏れ振動を相殺する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。
なお、図１〜図６及び後記する図７〜図１２は全て模式図であって、各部間の寸法関係は実際の寸法関係と異なる。
【００２３】
以下、説明の便宜上、図１における上下方向を圧電振動ジャイロの上下方向として説明する。
また、本実施形態では、励振用平板部３５Ｂから励振用平板部３５Ａへ向かう方向をＸ方向、検出用平板部３６Ａから検出用平板部３６Ｂへ向かう方向をＹ方向という。そして、第１マス１２から第３マス１４へ向かう方向をＺ方向という。前記Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は互いに直交している（第２〜第４及び他の実施形態においても同じ）。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧電振動ジャイロ１０は、枠体１１、第１マス１２、第２マス１３及び第３マス１４とからなる振動子１５を備えている。
【００２５】
図２に示すように、枠体１１は、互いに同一幅の帯状板材によって略四角枠状に形成された一対の励振用枠部１６と、互いに同一幅の帯状板材によって略四角枠状に形成された一対の検出用枠部１７とを備えている。励振用枠部１６及び検出用枠部１７は、励振用枠部１６の天部、及び検出用枠部１７の底部を形成する共通の連結部１８によって、水平方向に対して互いに直交する向きとなるように形成されている。
【００２６】
励振用枠部１６は、一対の垂直板部２０がその上側及び下側で連結されることで形成され、その底部には嵌合孔２１を備えている。検出用枠部１７は、一対の垂直板部２２がその上側及び下側で連結されることで形成され、その天部には嵌合孔２３を備えている。また、連結部１８には嵌合孔１８ａが形成されている。
【００２７】
枠体１１は、図２，３に示すように、弾性金属板材を十字状に打ち抜き加工した金属板部材２４を折り曲げ加工することで形成されている。弾性金属板材としては、厚さが２００μｍ未満のものが使用される。弾性金属としては恒弾性材料、低膨張材料である例えばＳＵＳ３０４、エリンバー等が使用されている。金属板部材２４は、２組の帯状材が十字状に、すなわち、直交して交差するように形成され、その交差部から互いに反対向きに延出する２組の延出片２４Ａ，２４Ｂを備えている。両延出片２４Ａ，２４Ｂの交差部には嵌合孔１８ａが形成されている。また、各延出片２４Ａの端には半円状の切り欠き部２１ａがそれぞれ形成され、各延出片２４Ｂの端には半円状の切り欠き部２３ａがそれぞれ形成されている。
【００２８】
そして、両延出片２４Ａを略四角枠状に閉じるように折り曲げ加工し、その各端同士を突き合わせて接合することで励振用枠部１６が形成される。このとき、折り曲げ加工によって、一対の垂直板部２０が互いに平行に且つ相対する位置に形成される。また、両延出片２４Ｂを前記両延出片２４Ａの折曲方向とは逆方向に、かつ略四角枠状に閉じるように折り曲げ加工し、その各端同士を突き合わせて接合することで検出用枠部１７が形成される。このとき、折り曲げ加工によって、一対の垂直板部２２が互いに平行に且つ相対する位置に形成される。そして、両延出片２４Ａ，２４Ｂの交差部によって連結部１８が形成される。また、両延出片２４Ａの切り欠き部２１ａによって嵌合孔２１が形成され、両延出片２４Ｂの各切り欠き部２３ａによって嵌合孔２３が形成される。
【００２９】
第１マス１２、第２マス１３及び第３マス１４はアルミニウム合金から鋳造で形成されている。図２に示すように、第１マス１２は、その下面から突出する円柱状の嵌合部１２ａを備え、この嵌合部１２ａが嵌合孔２１に嵌合することで励振用枠部１６の下部内側に位置決めされている。前記第１マス１２は励振用枠部１６に対して接着固定されている。また、第２マス１３は、その下面から突出する円柱状の嵌合部１３ａを備え、この嵌合部１３ａが嵌合孔１８ａに嵌合することで検出用枠部１７の下部内側に位置決めされている。前記第２マス１３は検出用枠部１７に対して接着固定されている。また、第３マス１４は、その上面から突出する円柱状の嵌合部１４ａを備え、この嵌合部１４ａが嵌合孔２３に嵌合することで検出用枠部１７の上部内側に位置決めされている。前記第３マス１４は検出用枠部１７に対して接着固定されている。
【００３０】
圧電振動ジャイロ１０は、図１に示すように、鉛直方向、即ちＺ方向に配置された長手方向における下部に励振用振動部２５を備え、同じく上部に検出用振動部２６を備えている。
【００３１】
なお、本実施形態では、枠体１１の下端が図示しない固定部材に固定される固定端、上端が自由端とされている。言い換えると、前記励振用振動部２５の下端は固定端に相当し、上端は検出用振動部２６に連結する連結端に相当する。検出用振動部２６の上端は自由端に相当し、下端は励振用振動部２５に連結する連結端に相当する。
【００３２】
励振用振動部２５は、励振用枠部１６、第１マス１２、検出用枠部１７の下部、及び第２マス１３によって形成されている。図１，２，３に示すように、励振用振動部２５は、励振用枠部１６の両垂直板部２０によって第１マス１２よりも上側に形成された一対の励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂを備えている。そして、両励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂは、励振用枠部１６の上部によってその上側で連結され、励振用枠部１６の下部及び第１マス１２によってその下側で連結されている。従って、両励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂは、互いに平行に且つ相対する位置に配置されている。
【００３３】
また、検出用振動部２６は、検出用枠部１７、第２マス１３及び第３マス１４によって形成されている。図１，２，３に示すように、検出用振動部２６は、検出用枠部１７の両垂直板部２２によって第２マス１３と第３マス１４との間に形成された一対の検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂを備えている。そして、両検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂは、検出用枠部１７の上部及び第３マス１４によってその上側で連結され、検出用枠部１７の下部及び第２マス１３によってその下側で連結されている。従って、検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂは、互いに平行に且つ相対する位置に配置されている。
【００３４】
図１に示すように、励振用振動部２５における励振用扁平部２７Ａ側の垂直板部２０には、その外側面に励振用圧電板２９Ａが接着されている。同様に、励振用扁平部２７Ｂ側の垂直板部２０には、その外側面に励振用圧電板２９Ｂが接着されている。前記励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂは圧電部に相当する。各励振用圧電板２９Ａ、２９Ｂは同一材質にて同一形状に形成され、励振用振動部２５の下端から励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂの上端までの範囲で励振用枠部１６の幅と同じ幅で形成されている。各励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂは、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の板材から形成されている。
【００３５】
励振用圧電板２９Ｂには、図２に示すように、その内側面全体に接地電極３０が形成されている。また、励振用圧電板２９Ａにも、同様にその内側面全体に接地電極３０が形成されている。各接地電極３０は、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたチタン、金等の電極膜からなる。
【００３６】
また、励振用圧電板２９Ａには、その外側面に上下一対の励振用電極としての励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂが形成されている。なお、前記励振用電極膜３１Ａは第１励振用電極に相当し、励振用電極膜３１Ｂは第２励振用電極に相当する。上側の励振用電極膜３１Ａは、励振用扁平部２７Ａの上部領域に対応する領域に形成され、下側の励振用電極膜３１Ｂは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。また、励振用圧電板２９Ｂにも、同様にその外側面に上下一対の励振用電極膜３１Ｂ，３１Ａが形成されている。そして、上側の励振用電極膜３１Ｂは、励振用扁平部２７Ｂの上部領域に対応する領域に形成され、下側の励振用電極膜３１Ａは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。なお、各励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂは、同一の面積となるように形成されており、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたアルミニウム等の電極膜からなる。
【００３７】
励振用圧電板２９Ａに形成された励振用電極膜３１Ａと励振用圧電板２９Ｂに形成された励振用電極膜３１Ｂとは、各励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂの上部領域間でＸ方向に沿って相対向するように形成されている。また、同様に、励振用圧電板２９Ａに形成された励振用電極膜３１Ｂと励振用圧電板２９Ｂに形成された励振用電極膜３１Ａとは、各励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂの下部領域間でＸ方向に沿って相対向するように形成されている。
【００３８】
そして、前記励振用扁平部２７Ａと、前記励振用圧電板２９Ａにおける励振用扁平部２７Ａに相対する部位とにより、励振用平板部３５Ａが構成されている。また、前記励振用扁平部２７Ｂと、前記励振用圧電板２９Ｂにおける励振用扁平部２７Ｂに相対する部位とにより、励振用平板部３５Ｂが構成されている。
【００３９】
前記検出用振動部２６における検出用扁平部２８Ａ側の垂直板部２２には、その外側面に検出用圧電板３２Ａが接着されている。また、検出用扁平部２８Ｂ側の垂直板部２２には、同様にその外側面に検出用圧電板３２Ｂが接着されている。前記検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂは圧電部に相当する。各検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂは同一材質にて同一形状に形成され、各検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの下端から検出用振動部２６の上端までの範囲で検出用枠部１７の幅と同じ幅で形成されている。各検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂは、励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂと同様にジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の板材から形成されている。
【００４０】
検出用圧電板３２Ｂには、図２に示すように、その内側面全体に接地電極３３が形成されている。また、検出用圧電板３２Ａにも、同様にその内側面全体に接地電極３３が形成されている。各接地電極３３は、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたチタン、金等の電極膜からなる。検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂには、その外側面の上下に振動相殺用電極膜３４Ａ及び検出用電極膜３４Ｂが形成されている。
【００４１】
前記振動相殺用電極膜３４Ａは振動相殺用電極に相当し、前記検出用電極膜３４Ｂは検出用電極に相当する。また、検出用圧電板３２Ａの振動相殺用電極膜３４Ａは第１振動相殺用電極に相当し、検出用圧電板３２Ｂの振動相殺用電極膜３４Ａは第２振動相殺用電極に相当する。
【００４２】
上側の振動相殺用電極膜３４Ａは、検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの上部領域に対応する領域に形成され、下側の検出用電極膜３４Ｂは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。
【００４３】
前記検出用電極膜３４Ｂは、検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂにおける最も圧縮及び伸張変形する部分（応力集中部分）のみに設けるべく、その面積を励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂの面積に比して狭くしている。これは、応力集中部分に対して検出用電極膜３４Ｂの面積を狭くして設けた方が、面積を広くして設ける場合よりも検出感度を高くすることができるからである。
【００４４】
前記振動相殺用電極膜３４Ａ及び検出用電極膜３４Ｂは、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたアルミニウム等の電極膜からなる。
検出用圧電板３２Ａに形成された振動相殺用電極膜３４Ａと検出用圧電板３２Ｂに形成された振動相殺用電極膜３４Ａとは、各検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの上部領域間でＹ方向に沿って相対向するように形成されている。また、同様に、検出用圧電板３２Ａに形成された検出用電極膜３４Ｂと検出用圧電板３２Ｂに形成された検出用電極膜３４Ｂとは各検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの下部領域間でＹ方向に沿って相対向するように形成されている。
【００４５】
これは、例えば検出用振動部２６が図４に示すようにＹ方向へ向け波形に変形した場合、検出用圧電板３２Ａにおいて、検出用扁平部２８Ａの上部領域に対応する部位は縮み、検出用扁平部２８Ａの下部領域に対応する部位は伸びる。一方、検出用圧電板３２Ｂにおいて、検出用扁平部２８Ｂの上部領域に対応する部位は伸び、検出用扁平部２８Ａの下部領域に対応する部位は縮む。この伸び・縮みが生ずるそれぞれに部位に対応して振動相殺用電極膜３４Ａ、及び検出用電極膜３４Ｂとが配置されている。なお、図４では、検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂ内において、矢印は検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂの分極方向を示し、右下がりのハッチング部分は伸びている部分を示し、左下がりのハッチング部分は縮み部分を示している。
【００４６】
そして、前記検出用扁平部２８Ａと、前記検出用圧電板３２Ａにおける検出用扁平部２８Ａに相対する部位とにより、検出用平板部３６Ａが構成されている。また、前記検出用扁平部２８Ｂと、前記検出用圧電板３２Ｂにおける検出用扁平部２８Ｂに相対する部位とにより、検出用平板部３６Ｂが構成されている。
【００４７】
図１に示すように、前記検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの長さをＬ、幅をＷとすると、振動相殺用電極膜３４Ａの長さは略「Ｌの５分の２」で、幅はＷとされている。検出用電極膜３４Ｂの長さは略「Ｌの７分の１」で、幅はＷとされている。即ち、振動相殺用電極膜３４Ａの面積は検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜３４Ｂの面積より広くされている。
【００４８】
そして、前記励振用平板部３５Ａ，３５Ｂと前記検出用平板部３６Ａ，３６Ｂは互いに直交した状態で配置され、前記励振用平板部３５Ａ，３５Ｂの振動が検出用平板部３６Ａ，３６Ｂに伝達するようにされている。
【００４９】
なお、本実施形態では、励振用平板部３５Ａ，３５Ｂの共振周波数と、検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの共振周波数が同一になるように設定されている。
次に、図５を参照して、上記圧電振動ジャイロ１０を採用した圧電振動ジャイロ装置７１を説明する。
【００５０】
なお、図５の圧電振動ジャイロ１０は模式図であり、説明の便宜上励振用振動部２５に対して検出用振動部２６を９０度回転させて図示している。
圧電振動ジャイロ装置７１は、発振回路７２を備えている。同発振回路７２は所定周波数の発振信号を発振し、反転増幅回路７３、非反転増幅回路７４、及び位相補正回路７５に出力する。反転増幅回路７３は、入力した発振信号を反転増幅し、圧電振動ジャイロ１０の励振用電極膜３１Ａに、反転増幅した発振信号に基づく圧電信号を印加する。又、非反転増幅回路７４は入力した発振信号を増幅し、圧電振動ジャイロ１０の励振用電極膜３１Ｂに、増幅した発振信号に基づく圧電信号を印加する。前記反転増幅回路７３は第１反転回路に相当し、非反転増幅回路７４は第１非反転回路に相当する。なお、圧電振動ジャイロ１０の振動子１５は接地電極３０，３３を介して接地されている。
【００５１】
位相補正回路７５は入力した発振信号に位相補正を行い、その位相補正を行った発振信号を補正信号として反転増幅回路７６及び非反転増幅回路７７に出力する。反転増幅回路７６は、入力した補正信号を反転増幅し、検出用平板部３６Ａの振動相殺用電極膜３４Ａに、反転増幅した補正信号に基づく圧電信号を印加する。又、非反転増幅回路７７は入力した補正信号を増幅し、検出用平板部３６Ｂの振動相殺用電極膜３４Ａに、増幅した補正信号に基づく圧電信号を印加する。前記反転増幅回路７６は第２反転回路に相当し、非反転増幅回路７７は第２非反転回路に相当する。
【００５２】
検出部である検出用振動部２６において、互いに反対側面同士に設けられた両検出用電極膜３４Ｂは差動回路７８に電気的に接続されている。同差動回路７８は、両検出用電極膜３４Ｂから検出信号を入力し、その差を取り、２倍の出力信号として出力する。
【００５３】
なお、前記位相補正回路７５の位相補正量の設定は、下記のようにして行う。角速度が働かない状態、すなわち、コリオリの力が発生しない状態において、圧電振動ジャイロ１０に位相補正をかけずに、励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂに対して、発振回路７２から前記反転増幅回路７３、非反転増幅回路７４を介して圧電信号を印加する。そして、検出用電極膜３４Ｂから、そのときの検出信号を差動回路７８を介して入力測定する。
【００５４】
このときの検出信号には、従来技術で説明したようにメカニカルカップリングによる漏れ振動によってオフセット電圧分も含んでいる。このオフセット電圧を解消、すなわち、０とするように、前記位相補正回路７５の回路定数等を設定することにより位相補正量が決定されている。
【００５５】
次に圧電振動ジャイロ装置７１の作用について説明する。
さて、上記のように構成された圧電振動ジャイロ装置７１を使用する場合、枠体１１（励振用振動部２５）の固定端を固定する。その状態で、励振用振動部２５の励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂに対して、前記発振回路７２、反転増幅回路７３、及び非反転増幅回路７４にてそれぞれ反対電位の交番電圧を同期して印加する。
【００５６】
すると、励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂの分極方向が励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂから垂直板部２０の方向に向いている場合、プラス電位側に印加された方の励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂは圧縮され、マイナス電位に印加された側の励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂは引き伸ばされる。そして、交番電圧による極性の変化によって、励振用圧電板２９Ａは、上下に配置された励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂの裏面側において圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。又、励振用圧電板２９Ｂは、上下に配置された励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂの裏面側において、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。
【００５７】
この結果、励振用振動部２５は、Ｘ、反Ｘ方向に駆動され、上部に位置する検出用振動部２６は同方向に振動する。
そして、この振動状態で、圧電振動ジャイロ１０に角速度Ωの回転が加わったときに、コリオリ力が交番して作用し、検出用振動部２６において検出用圧電板３２Ａ及び検出用圧電板３２Ｂは特に応力集中部で、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。
【００５８】
このとき、例えば、図４に示すように検出用振動部２６がＹ方向へ向け波形に変形した場合、検出用圧電板３２Ｂの上側は伸び、下側は縮む。一方、検出用圧電板３２Ａの上側は縮み、下側は伸びる。この伸び・縮みが生ずるそれぞれの部位に対応して配置された各検出用電極膜３４Ｂがそのときに検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂに発生した検出信号を差動回路７８に出力する。なお、検出用圧電板３２Ａ、及び検出用圧電板３２Ｂは互いに反対に作動（延び・縮み）するため、検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂで発生する圧電信号（検出信号）の極性は逆になる。
【００５９】
従って、差動回路７８では、両検出用電極膜３４Ｂの検出信号の差が取られるため、差動回路７８からの出力信号は、元の検出信号の２倍の電圧となる。この出力信号に基づいて角速度Ωが検出される。
【００６０】
上記圧電振動ジャイロ１０は励振用平板部３５Ａ，３５Ｂの共振周波数と、検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの共振周波数が同一になるように設定されている。このように共振周波数が同一になればなるほど、加工及び組み付け精度のバラツキによる対称性のずれ等の影響により、角速度Ωが０にもかかわらずメカニカルカップリングの影響を受け、検出用振動部２６がＹ、反Ｙ方向に振動することがある（以下、このような振動を漏れ振動という）。
【００６１】
この漏れ振動を抑制すべく、圧電振動ジャイロ装置７１は両振動相殺用電極膜３４Ａに対して前記発振回路７２、位相補正回路７５、反転増幅回路７６、及び非反転増幅回路７７にてそれぞれ反対電位の交番電圧を同期して印加する。そして、位相補正回路７５からの圧電信号は、オフセット電圧が０となるように位相補正されているため、前記両振動相殺用電極膜３４Ａに印加される圧電信号により、Ｙ方向及び反Ｙ方向に発生している漏れ振動が減少する。
【００６２】
ところで、両振動相殺用電極膜３４Ａの面積は検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜３４Ｂの面積より広くされている。そのため、各振動相殺用電極膜３４Ａに面した、すなわち各振動相殺用電極膜３４Ａに直接触れている部分の検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂは以下に示す作用を奏する。
【００６３】
図６には、板厚ｄ、長さＬ、幅Ｗの圧電板が示されている。この圧電板の電気容量Ｃは、
Ｃ＝（Ｓ・εo ・εr ）／ｄ ……（式１）
（εo は真空誘電率、εr は圧電板の比誘電率、Ｓ（振動相殺用電極膜３４Ａに直接触れている部分の圧電板の面積）＝Ｗ×Ｌ）
となる。
【００６４】
前記圧電板に圧電信号Ａを印加した際に、圧電板に発生する＋ΔＱ、−ΔＱの電荷は、
ΔＱ＝Ａ・Ｃ ……（式２）
となる。なお、前記（式２）中のＡは、圧電信号Ａの電圧である。
【００６５】
ところで、圧電板に＋ΔＱ、−ΔＱの電荷が発生すると、その電荷の大きさに比例して圧電板の長さの変量ΔＬも大きくなる。
そして、前記（式１）と前記（式２）より、
Ａ＝（ΔＱ・ｄ）／（Ｓ・εo ・εr ） ……（式３）
の関係式が導き出される。
【００６６】
前記（式３）より、圧電信号Ａの印加電圧及び板厚ｄが一定の場合において、圧電板の面積Ｓが広いほどΔＱ（ΔＬ）が大きくなることが導き出せる。即ち、前記板厚ｄ及びΔＬが一定の場合において、面積Ｓが広いほど、圧電信号Ａの電圧は低くなる。
【００６７】
従って、振動相殺用電極膜３４Ａによって、検出用振動部２６をある一定の大きさで振動させる場合、本実施形態の振動相殺用電極膜３４Ａは、「検出用電極膜３４Ｂの面積と同面積の振動相殺用電極膜３４Ａを使用して漏れ振動を減少させる場合」と比べ使用する圧電信号としての印加電圧は低くて済む。そして、振動相殺用電極膜３４Ａに印加する圧電信号の印加電圧が低いほど、その振動相殺用電極膜３４Ａに印加した圧電信号が検出用電極膜３４Ｂを介してノイズとして検出されることが少なくなる。
【００６８】
従って、上記第１実施形態の圧電振動ジャイロ１０及び圧電振動ジャイロ装置７１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の圧電振動ジャイロ１０は、互いに相対する一対の励振用平板部３５Ａ，３５Ｂがその両端で連結された励振用振動部２５を備えた。また、圧電振動ジャイロ１０は、互いに相対する一対の検出用平板部３６Ａ，３６Ｂがその両端で連結された検出用振動部２６を備えた。前記励振用平板部３５Ａ，３５Ｂと検出用平板部３６Ａ，３６Ｂとが直交するように連結した。励振用平板部３５Ａ，３５Ｂ及び検出用平板部３６Ａ，３６Ｂには、各平板部に振動を加える励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂ及び検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂをそれぞれ設けた。
【００６９】
検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂには前記平板部３６Ａ，３６Ｂに加えられた振動を検出する検出用電極膜３４Ｂと、前記平板部３６Ａ，３６Ｂに発生する漏れ振動を抑制する振動相殺用電極膜３４Ａを設けた。前記振動相殺用電極膜３４Ａの面積は、検出用平板部３６Ａの面積に比して２分の１以下で、かつ検出用電極膜３４Ｂの面積より広くした。
【００７０】
そのため、前記（式３）より、振動相殺用電極膜３４Ａに対して漏れ振動に応じた圧電信号を印加する際に、振動相殺用電極膜３４Ａに印加する圧電信号の印加電圧は、「検出用電極膜３４Ｂの面積と同面積の振動相殺用電極膜３４Ａ」と比べ、低く済む。そして、振動相殺用電極膜３４Ａに印加する圧電信号の印加電圧が低いほど、その振動相殺用電極膜３４Ａに印加した圧電信号が検出用電極膜３４Ｂを介してノイズとして検出されることが少なくできる。
【００７１】
従って、圧電振動ジャイロ１０は、振動相殺用電極膜３４Ａから発生するノイズを極力抑制して、検出用電極膜３４Ｂからノイズが少ない検出信号を出力することができる。
【００７２】
（２）本実施形態では、振動相殺用電極膜３４Ａの幅は、検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの幅と同じ幅に設けた。そのため、振動相殺用電極膜３４Ａは、例えば「電極膜の長さＬが同じで、かつ幅Ｗが検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの幅よりも狭く設けた振動相殺用電極膜３４Ａ」と比べて面積が大きくなる。この結果、振動相殺用電極膜３４Ａは、例えば「電極膜の長さＬが同じで、かつ幅Ｗが検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの幅よりも狭く設けた振動相殺用電極膜３４Ａ」と比べて振動相殺用電極膜３４Ａから発生するノイズを極力抑制して、検出用電極膜３４Ｂからノイズが少ない検出信号を出力することができる。
【００７３】
（３）本実施形態では、励振用振動部２５の下端を固定端とし、励振用振動部２５の上端と、検出用振動部２６の下端とを連結した。そして、検出用振動部２６の上端を自由端とした。従って、本実施形態では励振用振動部２５を固定した圧電振動ジャイロ１０として実現できる。
【００７４】
（４）本実施形態の圧電振動ジャイロ装置７１は圧電振動ジャイロ１０を備えた。加えて、圧電振動ジャイロ装置７１は所定の周波数で発振信号を出力する発振回路７２と、入力した発振信号を反転し励振用電極膜３１Ａに対して発振信号に基づく圧電信号を印加する反転増幅回路７３とを備えた。また、圧電振動ジャイロ装置７１は、入力した発振信号を反転しないで励振用電極膜３１Ｂに対して発振信号に基づく圧電信号を印加する非反転増幅回路７４と、両検出用電極膜３４Ｂから検出信号の差を取り、両検出用電極膜３４Ｂの検出信号の差に係る出力信号を出力する差動回路７８とを備えた。
【００７５】
前記圧電振動ジャイロ装置７１は、発振信号を入力し、発振信号の位相補正に基づく補正信号を出力する位相補正回路７５を備えた。圧電振動ジャイロ装置７１は、入力した前記補正信号を反転し検出用平板部３６Ａの振動相殺用電極膜３４Ａに対して補正信号に基づく圧電信号を印加する反転増幅回路７６を備えた。圧電振動ジャイロ装置７１は、入力した前記補正信号を反転しないで、検出用平板部３６Ｂの振動相殺用電極膜３４Ａに対して補正信号に基づく圧電信号を印加する非反転増幅回路７７とを備えた。
【００７６】
そして、両振動相殺用電極膜３４Ａは圧電信号が印加されると検出用平板部３６Ａ，３６Ｂを振動させ、その振動により検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの漏れ振動を相殺するようにした。従って、圧電振動ジャイロ１０における検出用電極膜３４Ｂが振動相殺用電極膜３４Ａのノイズの影響を受けることが少ない、圧電振動ジャイロ装置７１とすることができる。
【００７７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図７〜図１０に従って説明する。
なお、説明の便宜上、図７（ａ）における上下方向を圧電振動ジャイロの上下方向として説明する。
【００７８】
また、本実施形態では、検出用平板部６６Ｂから検出用平板部６６Ａへ向かう方向をＸ方向、励振用圧電板５９Ａから励振用圧電板５９Ｂへ向かう方向をＹ方向という。そして、第３マス４４から第２マス４３へ向かう方向をＺ方向という。
【００７９】
図７（ａ）及び図８に示すように、本実施形態の圧電振動ジャイロ４０は、枠体４１、第１マス４２、第２マス４３及び第３マス４４とからなる振動子４５を備えている。
【００８０】
枠体４１は、互いに同一幅の帯状板材によって略逆チャンネル形状に折り曲げ形成された一対の励振用屈曲部４６と、互いに同一幅の帯状板材によって略逆チャンネル形状に折り曲げ形成された一対の検出用屈曲部４７とを備えている。励振用屈曲部４６及び検出用屈曲部４７は、励振用屈曲部４６の天部、及び検出用屈曲部４７の天部を形成する共通の連結部４８によって、水平方向に対して互いに直交する向きとなるように形成されている。前記連結部４８には嵌合孔４８ａが形成されている。
【００８１】
枠体４１は、図１０に示すように、弾性金属板材を十字状に打ち抜き加工した金属板部材５４を折り曲げ加工することで形成されている。弾性金属板材としては、厚さが２００μｍ未満のものが使用される。弾性金属としては恒弾性材料、低膨張材料である例えばＳＵＳ３０４、エリンバー等が使用されている。金属板部材５４は、２組の帯状材が十字状に交差するように形成され、その交差部から互いに反対向きに延出する２組の延出片５４Ａ，５４Ｂを備えている。両延出片５４Ａ，５４Ｂの交差部には嵌合孔４８ａが形成されている。
【００８２】
そして、図８に示すように、両延出片５４Ａを略逆チャンネル形状に折り曲げ加工することで励振用屈曲部４６が形成される。このとき、折り曲げ加工によって、一対の垂直板部５０が互いに平行に且つ重なる位置に形成される。また、両延出片５４Ｂを前記両延出片５４Ａの折曲方向と同方向に略逆チャンネル形状に折り曲げ加工することで検出用屈曲部４７が形成される。このとき、折り曲げ加工によって、一対の垂直板部５２が互いに平行に且つ相対する位置に形成される。そして、両延出片５４Ａ，５４Ｂの交差部によって連結部４８が形成される。
【００８３】
図７（ａ），７（ｂ），８に示すように、前記両垂直板部５０の外側面には、圧電部としての励振用圧電板５９Ａ，５９Ｂが接着されている。各励振用圧電板５９Ａ、５９Ｂは同一材質にて同一形状に形成され、垂直板部５０の下端から上端までの範囲で、かつ垂直板部５０の幅と同じ幅で形成されている。同様に、図７（ａ），７（ｃ），８に示すように、垂直板部５２の外側面には圧電部としての検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂが接着されている。各検出用圧電板６２Ａ、６２Ｂは同一材質にて同一形状に形成され、垂直板部５２の下端から上端までの範囲で、かつ垂直板部５２の幅と同じ幅で形成されている。
【００８４】
各励振用圧電板５９Ａ，５９Ｂ、及び各検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂは、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）の板材から形成されている。図８に示すように、励振用圧電板５９Ａ，５９Ｂには、その内側面全体に接地電極６０が形成され、検出用圧電板６２Ａ、６２Ｂには、その内側面全体に接地電極６３が形成されている。各接地電極６０，６３は、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたチタン、金等の電極膜からなる。
【００８５】
第１マス４２、第２マス４３及び第３マス４４はアルミニウム合金から鋳造で形成されている。図７（ａ）及び図８に示すように、第１マス４２は略凹状に形成され、同第１マス４２の凹み部４２ａに前記垂直板部５０，５２の下端が配置されている。そして、前記第１マス４２の凹み部４２ａ内には、一対の係合段部４２ｂが形成されている。同係合段部４２ｂには前記励振用圧電板５９Ａ，５９Ｂをそれぞれ貼着した両垂直板部５０が当接した状態で接着固定され、前記枠体４１は第１マス４２に位置決めされている。
【００８６】
また、第２マス４３は、その上面から突出する円柱状の嵌合部４３ａを備え、この嵌合部４３ａが前記嵌合孔４８ａに嵌合されて、検出用屈曲部４７の上部内側に位置決めされて接着固定されている。また、第３マス４４は一対の係合段部４４ａ（図８において片方のみ図示）を備えている。この両係合段部４４ａには前記検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂをそれぞれ貼着した両垂直板部５２が当接した状態で接着固定され、前記第３マス４４は垂直板部５２の下端に対して位置決めされている。
【００８７】
圧電振動ジャイロ４０は、図７（ａ）に示すように、励振用振動部５５と検出用振動部５６とを備えている。前記励振用振動部５５は励振用振動部に相当し、前記検出用振動部５６は検出用振動部に相当する。
【００８８】
励振用振動部５５は、励振用屈曲部４６、第１マス４２、検出用屈曲部４７の上部、及び第２マス４３によって形成されている。なお、本実施形態では、第１マス４２の下端が図示しない固定部材に固定される固定端とされている。言い換えると、励振用振動部５５の下端は固定端に相当し、加えて、励振用振動部５５の上端は検出用振動部５６と連結する連結端に相当する。
【００８９】
図８，１０に示すように、励振用振動部５５は、励振用屈曲部４６の両垂直板部５０によって第１マス４２よりも上側に形成された一対の励振用扁平部５７Ａ，５７Ｂを備えている。そして、図７（ａ）に示すように、両励振用扁平部５７Ａ，５７Ｂは、励振用屈曲部４６の上部によってその上側で連結され、第１マス４２によってその下側で互いに連結されている。従って、両励振用扁平部５７Ａ，５７Ｂは、互いに平行に且つ相対する位置に配置されている。
【００９０】
図７（ａ）及び図８に示すように、前記励振用扁平部５７Ａと、前記励振用圧電板５９Ａにおける励振用扁平部５７Ａに相対する部位とにより、励振用平板部６５Ａが構成されている。また、前記励振用扁平部５７Ｂと、前記励振用圧電板５９Ｂにおける励振用扁平部５７Ｂに相対する部位とにより、励振用平板部６５Ｂが構成されている（図７（ｂ）参照）。
【００９１】
また、図７（ａ），７（ｂ）に示すように、励振用圧電板５９Ａには、その外側面に上下一対の励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂが形成されている。前記励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂは励振用電極に相当する。また、励振用電極膜６１Ａは第１励振用電極に相当し、励振用電極膜６１Ｂは第２励振用電極に相当する。上側の励振用電極膜６１Ａは、励振用扁平部５７Ａの上部領域に対応する領域に形成され、下側の励振用電極膜６１Ｂは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。一方、励振用圧電板５９Ｂには、その外側面に上下一対の励振用電極膜６１Ｂ，６１Ａが形成されている。上側の励振用電極膜６１Ｂは、励振用扁平部５７Ｂの上部領域に対応する領域に形成され、下側の励振用電極膜６１Ａは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。
【００９２】
なお、各励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂは同一の面積となるように形成されおり、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたアルミニウム等の電極膜からなる。
【００９３】
励振用平板部６５Ａに形成された励振用電極膜６１Ａと励振用平板部６５Ｂに形成された励振用電極膜６１Ｂとは、各励振用平板部６５Ａ，６５Ｂの上部領域間でＹ方向に沿って相対向するように形成されている。また、同様に、励振用平板部６５Ａに形成された励振用電極膜６１Ｂと励振用平板部６５Ｂに形成された励振用電極膜６１Ａとは、各励振用平板部６５Ａ，６５Ｂの下部領域間でＹ方向に沿って相対向するように形成されている。
【００９４】
一方、図７（ａ）及び図８に示すように、検出用振動部５６は検出用屈曲部４７、第２マス４３及び第３マス４４によって形成されている。なお、本実施形態では、第３マス４４の下端が自由端とされている。言い換えると、検出用振動部５６の下端は自由端に相当し、上端は励振用振動部５５と連結する連結端に相当する。
【００９５】
図８，１０に示すように、検出用振動部５６は、検出用屈曲部４７の両垂直板部５２によって第２マス４３と第３マス４４との間に形成された一対の検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂを備えている。そして、図７（ａ）に示すように、両検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂは、第３マス４４によってその下側で連結され、検出用屈曲部４７の上部及び第２マス４３によってその上側で連結されている。従って、検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂは、互いに平行に且つ相対する位置に配置されている。
【００９６】
前記検出用扁平部５８Ａと、前記検出用圧電板６２Ａにおける検出用扁平部５８Ａに相対する部位とにより、検出用平板部６６Ａが構成されている。また、前記検出用扁平部５８Ｂと、前記検出用圧電板６２Ｂにおける検出用扁平部５８Ｂに相対する部位とにより、検出用平板部６６Ｂが構成されている（図７（ｃ）参照）。前記検出用平板部６６Ａ，６６Ｂは検出用平板部に相当する。
【００９７】
図７（ａ），７（ｃ）に示すように、検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂには、その外側面に上下一対の検出用電極膜６４Ａ及び振動相殺用電極膜６４Ｂが形成されている。前記検出用電極膜６４Ａは検出用電極に相当し、振動相殺用電極膜６４Ｂは振動相殺用電極に相当する。また、検出用圧電板６２Ｂの振動相殺用電極膜６４Ｂは第１振動相殺用電極に相当し、検出用圧電板６２Ａの振動相殺用電極膜６４Ｂは第２振動相殺用電極に相当する。上側の検出用電極膜６４Ａは、検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの上部領域に対応する領域に形成され、下側の振動相殺用電極膜６４Ｂは、同じく下部領域に対応する領域に形成されている。両検出用電極膜６４Ａ及び両振動相殺用電極膜６４Ｂは、スパッタリング、真空蒸着等によって形成されたアルミニウム等の電極膜からなる。
【００９８】
検出用平板部６６Ａに形成された検出用電極膜６４Ａと検出用平板部６６Ｂに形成された検出用電極膜６４Ａとは、各検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの上部領域間でＸ方向に沿って相対向するように形成されている。また、同様に、検出用平板部６６Ａに形成された振動相殺用電極膜６４Ｂと検出用平板部６６Ｂに形成された振動相殺用電極膜６４Ｂとは各検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの下部領域間でＸ方向に沿って相対向するように形成されている。
【００９９】
これは、例えば検出用振動部５６がＸ方向へ向け波形に変形した場合、検出用圧電板６２Ａにおいて、検出用扁平部５８Ａの上部領域に対応する部位は縮み、検出用扁平部５８Ａの下部領域に対応する部位は伸びる。一方、検出用圧電板６２Ｂにおいて、検出用扁平部５８Ｂの上部領域に対応する部位は伸び、検出用扁平部５８Ａの下部領域に対応する部位は縮む。この伸び・縮みが生ずるそれぞれの部位に対応して検出用電極膜６４Ａ、及び振動相殺用電極膜６４Ｂとが配置されている。
【０１００】
図７（ａ）に示すように、前記検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの長さをＬ、幅をＷとすると、検出用電極膜６４Ａの長さは略「Ｌの７分の１」で、幅はＷとされている。振動相殺用電極膜６４Ｂの長さは略「Ｌの５分の２」で、幅はＷとされている。即ち、振動相殺用電極膜６４Ｂの面積は検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜６４Ａの面積より広くされている。
【０１０１】
そして、前記励振用平板部６５Ａ，６５Ｂと前記検出用平板部６６Ａ，６６Ｂは互いに直交した状態で配置されている。前記励振用平板部６５Ａ，６５Ｂの振動が検出用平板部６６Ａ，６６Ｂに伝達するようにされている。
【０１０２】
ところで、前記励振用平板部６５Ａ，６５Ｂ及び前記検出用平板部６６Ａ，６６Ｂは、励振用平板部６５Ａ，６５Ｂの共振周波数と、検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの共振周波数が同一になるように設定されている。
【０１０３】
次に、図９を参照して上記圧電振動ジャイロ４０を採用した圧電振動ジャイロ装置８１を説明する。
なお、圧電振動ジャイロ装置８１は前記第１実施形態の圧電振動ジャイロ装置７１における圧電振動ジャイロ１０を圧電振動ジャイロ４０に取り替えたものであるため、圧電振動ジャイロ装置７１と異なる部分を説明する。また、図９の圧電振動ジャイロ４０は模式図であり、説明の便宜上図５に示す圧電振動ジャイロ１０と同じ図にて示している。また、図９では図５と比べて反転増幅回路７６と非反転増幅回路７７との図示位置を逆にしている。
【０１０４】
反転増幅回路７３は励振用電極膜６１Ａに圧電信号を印加し、非反転増幅回路７４は励振用電極膜６１Ｂに圧電信号を印加する。反転増幅回路７６は検出用平板部６６Ｂの振動相殺用電極膜６４Ｂに圧電信号を印加し、非反転増幅回路７７は検出用平板部６６Ａの振動相殺用電極膜６４Ｂに圧電信号を印加する。差動回路７８は両検出用電極膜６４Ａに電気的に接続され、検出用電極膜６４Ａからの検出信号を入力する。
【０１０５】
次に、圧電振動ジャイロ装置８１の作用について説明する。
さて、上記のように構成された圧電振動ジャイロ装置８１を使用する場合、第１マス４２（励振用振動部５５）を固定する。その状態で、励振用振動部５５の励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂに対して、前記発振回路７２、反転増幅回路７３、及び非反転増幅回路７４にてそれぞれ反対電位の交番電圧を同期して印加する。すると、交番電圧による極性の変化によって、励振用圧電板５９Ａは、上下に配置された励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂの裏面側において圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。又、励振用圧電板５９Ｂは、上下に配置された励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂの裏面側において、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。この結果、励振用振動部５５は、Ｙ、反Ｙ方向に駆動され、検出用振動部５６は同方向に振動する。
【０１０６】
そして、この振動状態で、圧電振動ジャイロ４０に角速度Ωの回転が加わったときに、コリオリ力が交番して作用し、検出用振動部５６において検出用圧電板６２Ａ及び検出用圧電板６２Ｂは、特に応力集中部において、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返される。
【０１０７】
このとき、例えば、検出用振動部５６がＸ方向へ向け波形に変形した場合、検出用圧電板６２Ａの上側は縮み、下側は伸びる。一方検出用圧電板６２Ｂの上側は伸び、下側は縮む。この伸び・縮みが生ずるそれぞれの部位に対応して配置された各検出用電極膜６４Ａがそのときに検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂに発生した検出信号を差動回路７８に出力する。
【０１０８】
なお、検出用圧電板６２Ａ、及び検出用圧電板６２Ｂは互いに反対に作動（延び・縮み）するため、検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂで発生する圧電信号（検出信号）の極性は逆になる。
【０１０９】
従って、差動回路７８から第１実施形態と同様に元の検出信号の２倍の電圧の出力信号が出力される。この出力信号に基づいて角速度Ωが検出される。
上記圧電振動ジャイロ４０は励振用平板部６５Ａ，６５Ｂの共振周波数と、検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの共振周波数が同一になるように設定されている。そして、検出用振動部５６に漏れ振動が発生することを抑制すべく、圧電振動ジャイロ装置８１は両振動相殺用電極膜６４Ｂに対して前記発振回路７２、位相補正回路７５、反転増幅回路７６、及び非反転増幅回路７７にてそれぞれ反対電位の交番電圧を同期して印加する。そして、位相補正回路７５からの圧電信号は、オフセット電圧が０となるように位相補正されているため、前記両振動相殺用電極膜６４Ｂに印加される圧電信号により、Ｘ方向及び反Ｘ方向に発生している漏れ振動が減少する。
【０１１０】
ところで、両振動相殺用電極膜６４Ｂの面積は検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜６４Ａの面積より広くされている。そのため、各振動相殺用電極膜６４Ｂに面した、すなわち各各振動相殺用電極膜６４Ｂに直接触れている部分の検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂは、前記第１実施形態における「圧電振動ジャイロ装置７１の作用の説明」中の（式３）より以下の効果を奏する。
【０１１１】
従って、振動相殺用電極膜６４Ｂによって、検出用振動部５６をある一定の大きさで振動させる場合、本実施形態の振動相殺用電極膜６４Ｂは、「検出用電極膜６４Ａの面積と同面積の振動相殺用電極膜６４Ｂを使用して漏れ振動を減少させる場合」と比べ使用する圧電信号の印加電圧は低くて済む。そして、振動相殺用電極膜６４Ｂに印加する圧電信号の印加電圧が低いほど、その検出用電極膜６４Ａに印加した圧電信号が検出用電極膜６４Ａを介してノイズとして検出されることが少なくなる。
【０１１２】
従って、上記第２実施形態の圧電振動ジャイロ４０及び圧電振動ジャイロ装置８１によれば、前記第１実施形態の効果（１）、（２）、（４）と同様の効果を奏するとともに、以下の効果を奏する。
【０１１３】
（１）本実施形態では、励振用振動部５５の下端を固定端とし、励振用振動部５５の上端と、検出用振動部５６の上端とを連結した。そして、検出用振動部５６の下端を自由端とした。従って、本実施形態では励振用振動部５５を固定した圧電振動ジャイロ４０として実現できる。
【０１１４】
（２）本実施形態では、検出用振動部５６を励振用扁平部５７Ａ，５７Ｂの間に配置した。従って、検出用振動部５６が励振用振動部５５の上端より下方に位置するので、励振用振動部５５の慣性モーメントが小さくなる。このため、励振用振動部５５がＹ軸方向に弾性振動するとき、検出用振動部５６がＹ軸方向に撓み振動し難い。従って、検出する角速度Ωの大きさに応じて検出用振動部５６がＸ軸方向に効率よく弾性振動するので、両検出用電極膜６４Ａから取り出される検出信号に誤差が入り難い。その結果、角速度Ωの検出精度が向上する。
【０１１５】
（３）加えて本実施形態では、上記（２）の理由によって、振動子４５の検出軸方向の長さが垂直板部５０の同長さ程度となる。従って、圧電振動ジャイロ４０を圧電振動ジャイロ１０の約半分程度に小型化することができる。
【０１１６】
（４）加えて本実施形態では、上記（３）の理由によって、圧電振動ジャイロ４０の重心が前記圧電振動ジャイロ１０と比べ、固定端寄りとなるので、従来より強固でない固定程度で固定することができる。このため、固定が容易となる。
【０１１７】
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態を図１１に従って説明する。なお、第３実施形態の圧電振動ジャイロ８５及び圧電振動ジャイロ装置７１は、前記第１実施形態を変更したものであり、前記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なるところのみを説明する。
【０１１８】
前記第１実施形態では、固定端側を励振側、自由端側を検出側としていた。しかしながら、本実施形態の圧電振動ジャイロ８５は固定端側を検出側、自由端側を励振側としている。
【０１１９】
そのため、本実施形態の圧電振動ジャイロ８５では前記第１実施形態と比して、励振用平板部３５Ａ，３５Ｂ及び励振用電極膜３１Ａ，３１Ｂと、検出用平板部３６Ａ，３６Ｂ及び電極膜３４Ａ，３４Ｂとを入れ替えて設けている。
【０１２０】
この場合においても、前記検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの長さをＬ、幅をＷとすると、振動相殺用電極膜３４Ａの長さは略「Ｌの５分の２」で、幅はＷとされている。検出用電極膜３４Ｂの長さは略「Ｌの７分の１」で、幅はＷとされている。また、励振用枠部１６と検出用枠部１７、励振用振動部２５と検出用振動部２６、励振用扁平部２７Ａ，２７Ｂと検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂ、励振用圧電板２９Ａ，２９Ｂと検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂも入れ替えて設けている。
【０１２１】
なお、本実施形態においても、枠体１１の下端が図示しない固定部材に固定される固定端、上端が自由端とされている。そのため、本実施形態では、検出用振動部２６の下端は固定端に相当し、上端は励振用振動部２５に連結する連結端に相当する。励振用振動部２５の上端は自由端に相当し、下端は検出用振動部２６に連結する連結端に相当する。
【０１２２】
さらに、圧電振動ジャイロ装置７１において、各電極膜３１Ａ，３１Ｂ，３４Ａ，３４Ｂに対する各回路７３，７４，７６，７７，７８の電気的接続関係は前記第１実施形態と同様にする。
【０１２３】
従って、本実施形態の圧電振動ジャイロ８５及び圧電振動ジャイロ装置７１では、励振用振動部２５がＹ、反Ｙ方向に駆動し、検出用振動部２６がＸ、反Ｘ方向に振動すること以外は前記第１実施形態の作用と同様の作用を奏する。
【０１２４】
従って、本実施形態の圧電振動ジャイロ８５及び圧電振動ジャイロ装置７１では、前記第１実施形態の（１）、（２）、（４）と同様の効果を奏するとともに以下の効果を奏する。
【０１２５】
（１）本実施形態では、検出用振動部２６の下端を固定端とし、検出用振動部２６の上端と、励振用振動部２５の下端とを連結した。そして、励振用振動部２５の上端を自由端とした。従って、本実施形態では検出用振動部２６を固定した圧電振動ジャイロ１０として実現できる。
【０１２６】
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態を図１２に従って説明する。なお、第２実施形態の圧電振動ジャイロ９０及び圧電振動ジャイロ装置８１は、前記第２実施形態を変更したものであり、前記第２実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なるところのみを説明する。
【０１２７】
前記第４実施形態では、固定端側を励振側、自由端側を検出側としていた。しかしながら、本実施形態の圧電振動ジャイロ９０は固定端側を検出側、自由端側を励振側としている。
【０１２８】
そのため、本実施形態の圧電振動ジャイロ９０では前記第２実施形態と比して、励振用平板部６５Ａ，６５Ｂ及び励振用電極膜６１Ａ，６１Ｂと、検出用平板部６６Ａ，６６Ｂ及び電極膜６４Ａ，６４Ｂとを入れ替えて設けている。
【０１２９】
この場合においても、前記検出用平板部６６Ａ，６６Ｂの長さをＬ、幅をＷとすると、検出用電極膜６４Ａの長さは略「Ｌの７分の１」で、幅はＷとされている。振動相殺用電極膜６４Ｂの長さは略「Ｌの５分の２」で、幅はＷとされている。また、励振用屈曲部４６と検出用屈曲部４７、励振用振動部５５と検出用振動部５６、励振用扁平部５７Ａ，５７Ｂと検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂ、励振用圧電板５９Ａ，５９Ｂと検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂも入れ替えて設けている。
【０１３０】
なお、本実施形態においても、第１マス４２の下端が図示しない固定部材に固定される固定端とされ、第３マス４４の下端が自由端とされている。そのため、本実施形態では、検出用振動部５６の下端は固定端に相当し、上端は励振用振動部５５に連結する連結端に相当する。励振用振動部５５の下端は自由端に相当し、上端は検出用振動部５６に連結する連結端に相当する。
【０１３１】
さらに、圧電振動ジャイロ装置８１において、各電極膜６１Ａ，６１Ｂ，６４Ａ，６４Ｂに対する各回路７３，７４，７６，７７，７８の電気的接続関係は前記第２実施形態と同様にする。
【０１３２】
従って、本実施形態の圧電振動ジャイロ９０及び圧電振動ジャイロ装置８１では、励振用振動部５５がＸ、反Ｘ方向に駆動し、検出用振動部５６がＹ、反Ｙ方向に振動すること以外は前記第２実施形態の作用と同様の作用を奏する。
【０１３３】
従って、本実施形態の圧電振動ジャイロ９０及び圧電振動ジャイロ装置８１では、前記第１実施形態の（１）、（２）、（４）、及び前記第２実施形態の（２）〜（４）とほぼ同様の効果を奏するとともに以下の効果を奏する。
【０１３４】
（１）本実施形態では、検出用振動部５６の下端を固定端とし、検出用振動部５６の上端と、励振用振動部５５の上端とを連結した。そして、励振用振動部５５の下端を自由端とした。従って、本実施形態では検出用振動部５６を固定した圧電振動ジャイロ４０として実現できる。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【０１３５】
・前記第１，第３実施形態では、振動相殺用電極膜３４Ａは、検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂにおける検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの上部領域に対応する領域に形成されていた。検出用電極膜３４Ｂは、検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂにおける検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの下部領域に対応する領域に形成されていた。これに限らず、振動相殺用電極膜３４Ａを検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂにおける検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの下部領域に対応する領域に形成する。そして、検出用電極膜３４Ｂを検出用圧電板３２Ａ，３２Ｂにおける検出用扁平部２８Ａ，２８Ｂの上部領域に対応する領域に形成してもよい。この場合、圧電振動ジャイロ装置７１において、振動相殺用電極膜３４Ａと回路７６，７７との電気的接続関係、及び検出用電極膜３４Ｂと差動回路７８との電気的接続関係は前記第１，第３実施形態と同様にする。このようにしても前記第１，第３実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３６】
・前記第２，第４実施形態では、振動相殺用電極膜６４Ｂは、検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂにおける検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂの下部領域に対応する領域に形成されていた。検出用電極膜６４Ａは、検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂにおける検出用扁平部５８Ａ，５８Ｂの上部領域に対応する領域に形成されていた。これに限らず、振動相殺用電極膜６４Ｂを検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂにおける検出用扁平部５８Ａの上部領域に対応する領域に形成する。そして、検出用電極膜６４Ａを検出用圧電板６２Ａ，６２Ｂにおける検出用扁平部５８Ａの下部領域に対応する領域に形成してもよい。この場合、圧電振動ジャイロ装置８１において、振動相殺用電極膜６４Ｂと回路７６，７７との電気的接続関係、及び検出用電極膜６４Ａと差動回路７８との電気的接続関係は前記第２，第４実施形態と同様にする。このようにしても前記第２，第４実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３７】
・前記第１，第３実施形態では、前記検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの長さをＬ、幅をＷとした際に、振動相殺用電極膜３４Ａの長さは略「Ｌの５分の２」で、幅はＷとしていた。また、検出用電極膜３４Ｂの長さは略「Ｌの７分の１」で、幅はＷとしていた。この結果、振動相殺用電極膜３４Ａの面積を検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜３４Ｂの面積より広くしていた。これに限らず、振動相殺用電極膜３４Ａの面積は、検出用平板部３６Ａ，３６Ｂの２分の１以下の面積で、かつ検出用電極膜３４Ｂの面積より広くなるのならば、長さを略「Ｌの５分の２」及び幅をＷにしなくてもよい。このようにしても、前記第１，第３実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３８】
また、このような変更を第２，第４実施形態に採用してもよい。このようにしても、前記第２，第４実施形態と同様の効果を奏する。
【０１３９】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜５に記載の発明によれば、振動相殺用電極から発生するノイズを極力抑制して検出用電極からノイズが少ない検出信号を出力することができる。
【０１４０】
請求項２に記載の発明によれば、振動相殺用電極は検出用平板部に発生する漏れ振動を抑制する際に、「長さが同じで幅が検出用平板部の圧電部における幅一杯まで設けられていない振動相殺用電極」と比べて、小さな圧電信号を印加することで漏れ振動を抑制できる。
【０１４１】
請求項３に記載の発明によれば、励振用振動部を固定した圧電振動ジャイロとして実現できる。
請求項４に記載の発明によれば、検出用振動部を固定した圧電振動ジャイロとして実現できる。
【０１４２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の圧電振動ジャイロにおける検出用電極が振動相殺用電極から発生られるノイズの影響を受けることが少なく、かつ漏れ振動を各回路の制御にて抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態における圧電振動ジャイロの斜視図。
【図２】 第１実施形態における圧電振動ジャイロの分解斜視図。
【図３】 第１実施形態における枠体の展開図斜視図（金属板部材の斜視図）。
【図４】 圧電振動ジャイロの作用の説明のための模式図。
【図５】 第１実施形態における圧電振動ジャイロ装置の電気回路図。
【図６】 発生電圧の説明のための説明図。
【図７】 （ａ）は、第２実施形態における圧電振動ジャイロの斜視図。（ｂ）は励振用圧電板５９Ｂの正面図。（ｃ）は検出用圧電板６２Ｂの正面図。
【図８】 第２実施形態における圧電振動ジャイロの分解斜視図。
【図９】 第２実施形態における圧電振動ジャイロ装置の電気回路図。
【図１０】 第２実施形態における枠体の展開図斜視図（金属板部材の斜視図）。
【図１１】第３実施形態における圧電振動ジャイロの斜視図。
【図１２】第４実施形態における圧電振動ジャイロの斜視図。
【図１３】従来技術における圧電振動ジャイロの斜視図。
【符号の説明】
１０，４０，８５，９０…圧電振動ジャイロ、２５，５５…励振用振動部、２６，５６…検出用振動部、２９Ａ，２９Ｂ，５９Ａ，５９Ｂ…圧電部としての励振用圧電板、３１Ａ，６１Ａ…第１励振用電極としての励振用電極膜、３１Ｂ，６１Ｂ…第２励振用電極としての励振用電極膜、３２Ａ，３２Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ…圧電部としての検出用圧電板、３４Ａ…第１振動相殺用電極としての振動相殺用電極膜（検出用圧電板３２Ａ側）、３４Ａ…第２振動相殺用電極としての振動相殺用電極膜（検出用圧電板３２Ｂ側）、６４Ｂ…第１振動相殺用電極としての振動相殺用電極膜（検出用圧電板６２Ｂ側）、６４Ｂ…第２振動相殺用電極としての振動相殺用電極膜（検出用圧電板６２Ａ側）、３４Ｂ，６４Ａ…検出用電極としての検出用電極膜、３５Ａ，３５Ｂ，６５Ａ，６５Ｂ…励振用平板部、３６Ａ，３６Ｂ，６６Ａ，６６Ｂ…検出用平板部、７１，８１…圧電振動ジャイロ装置、７２…発振回路、７３…第１反転回路としての反転増幅回路、７４…第１非反転回路としての非反転増幅回路、７８…差動回路、７５…位相補正回路、７６…第２反転回路としての反転増幅回路、７７…第２非反転回路としての非反転増幅回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibration gyro and a piezoelectric vibration gyro apparatus having high detection sensitivity.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a piezoelectric vibration gyro as shown in FIG. 13 is known. The piezoelectric vibration gyro 160 has a longitudinal center axis serving as a detection axis with an angular velocity Ω.
[0003]
The piezoelectric vibration gyro 160 includes a vibrator 161 having an excitation vibration part 164 and a detection vibration part 167 both having a square frame shape. The vibrator 161 is formed of a bent plate material 161a and three masses 161b to 161d. One end of the transducer 161 in the detection axis direction in the longitudinal direction is a fixed end, and the other end is also a free end.
[0004]
The fixed end side of the vibrator 161 is an excitation vibration part 164 and has a through hole 162. The excitation vibration part 164 has a pair of excitation flat parts 163 arranged in parallel with each other. An excitation piezoelectric plate 168 is provided on the outer surface of each excitation flat portion 163. The free end side of the vibrator 161 is a detection vibrating portion 167 and has a through hole 165. The detection vibration unit 167 includes a pair of detection flat portions 166 that are orthogonal to the excitation flat portion 163 and are disposed in parallel with each other. A detection piezoelectric plate 169 is provided on the outer surface of each detection flat portion 166.
[0005]
On the outer surface of both excitation piezoelectric plates 168, an excitation electrode 170 a is provided in the upper region of the excitation vibration unit 164, and an excitation electrode 170 b is provided in the lower region of the excitation vibration unit 164. On the outer surfaces of both detection piezoelectric plates 169, a detection electrode 171 a is provided in the upper region of the detection vibration unit 167, and a detection electrode 171 b is provided in the lower region of the detection vibration unit 167.
[0006]
The excitation electrode 170a and the excitation electrode 170b have the same area, and the detection electrode 171a and the detection electrode 171b have the same area.
When the angular velocity Ω is detected by the piezoelectric vibration gyro 160, an AC piezoelectric signal is applied to the excitation electrodes 170a and 170b to elastically vibrate the excitation piezoelectric plate 168 and the excitation flat portion 163 in the X direction.
[0007]
Then, by the angular velocity Ω acting around the detection axis (center axis), the Coriolis force proportional to the magnitude of the angular velocity Ω in the direction perpendicular to the detection axis (center axis) and the X direction relative to the detection vibration unit 167, that is, the Y direction. Act alternately. Due to this Coriolis force, the detection flat portion 166 and the detection piezoelectric plate 169 elastically vibrate in the Y direction, and detection signals proportional to the magnitude of the Coriolis force are generated in the detection electrodes 171a and 171b. Therefore, the angular velocity Ω can be detected from this detection signal.
[0008]
The excitation electrodes 170a and 170b can be vibrated with a piezoelectric signal having a lower voltage when the excitation piezoelectric plate 168 and the excitation flat portion 163 are vibrated as the area is larger, as compared with the case where the area is smaller. On the other hand, the detection electrodes 171a and 171b have a smaller area than the excitation electrodes 170a and 170b so that the detection electrodes 171a and 171b are provided only in a portion (stress concentration portion) of the detection piezoelectric plate 169 that is most compressed and stretched. is doing. This is because the detection electrodes 171a and 171b provided with a reduced area for the stress concentration portion can provide higher detection sensitivity than the case where the electrodes are provided with a larger area.
[0009]
By the way, the piezoelectric vibrating gyroscope 160 can obtain a better detection signal with a better weight balance as the rotational symmetry about the central axis is better. However, when the piezoelectric vibrating gyroscope 160 is processed or assembled, the symmetry may be slightly shifted due to an assembly tolerance or a processing tolerance. As a result, when highly sensitive detection is performed, even if the angular velocity Ω around the detection axis (center axis) is 0, the vibration in the X direction of the excitation vibration unit 164 is transmitted to the detection vibration unit 167 in the Y direction. Leakage vibration may occur that would result in This phenomenon occurs due to the influence of mechanical coupling. Due to this phenomenon, leakage voltage is generated in the detection electrodes 171a and 171b.
[0010]
In order to suppress the leakage voltage, a piezoelectric vibration gyro has been proposed in which a vibration canceling electrode 180 having the same area as the detection electrode 171a is provided at the same position as the detection electrode 171a instead of the detection electrode 171a. . This piezoelectric vibration gyro generates vibration by applying an optimum piezoelectric signal to the vibration canceling electrode 180 (see FIG. 13), and cancels the leakage vibration generated in the detecting vibration part 167 by the vibration. A detection signal proportional to the magnitude of the Coriolis force is detected only by the electrode 171b. As a result, even if the piezoelectric vibration gyro has a processing tolerance or an assembly tolerance, it is possible to perform highly sensitive detection with less influence of leakage vibration.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the latter piezoelectric vibration gyro, the area of the vibration canceling electrode 180 is the same as the area of the detection electrode 171b and is smaller than the areas of the excitation electrodes 170a and 170b. For this reason, the vibration canceling electrode 180 needs to suppress leakage vibration by applying a high voltage piezoelectric signal as compared with, for example, the vibration canceling electrode 180 having the same area as the excitation electrode 170a. This is because it is necessary to vibrate by applying a higher voltage as the area is smaller. Then, the detection electrode 171b is affected by the high voltage piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode 180. As a result, the detection electrode 171b generates noise caused by the high voltage piezoelectric signal. There is a problem that a detection signal containing a large amount of is output.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to suppress the noise generated from the vibration canceling electrode as much as possible and to output a detection signal with less noise from the detecting electrode. A piezoelectric vibration gyro and a piezoelectric vibration gyro apparatus are provided.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention described in claim 1 includes an excitation vibration part in which a pair of mutually opposing excitation flat plate parts are connected at both ends, and a pair of detection flat plate parts opposite to each other. A vibration part for detection connected at both ends, the excitation flat plate part and the detection flat plate part are connected to be orthogonal to each other, and each of the excitation flat plate part and the two detection flat plate parts includes a piezoelectric part. Each piezoelectric portion of the two excitation flat plate portions is provided with an excitation electrode for applying vibration to the flat plate portion, and each piezoelectric portion of the two detection flat plate portions is added to the same flat plate portion. In a piezoelectric vibration gyro provided with a detection electrode for detecting vibration and a vibration canceling electrode for suppressing leakage vibration generated in the flat plate portion, the area of the vibration canceling electrode is equal to the area of the detection flat plate portion. Less than half of that of the detection electrode And summarized in that wider than a product.
[0014]
The invention according to claim 2 is summarized in that, in claim 1, the vibration canceling electrode is provided so as to have the same width as the piezoelectric portion of the detection flat plate portion.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, one end of the excitation vibration unit is a fixed end, the other end is a connection end with the detection vibration unit, and one end of the detection vibration unit is free. The gist is that it is an end, and the other end is a connection end with the vibration part for excitation.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, one end of the detection vibration unit is a fixed end, the other end is a connection end with the excitation vibration unit, and one end of the excitation vibration unit is free. The gist is that the other end is a connection end with the vibration part for detection.
[0016]
A fifth aspect of the present invention is an apparatus including the piezoelectric vibration gyro according to any one of the first to fourth aspects, wherein the excitation electrode includes a first excitation electrode and a second excitation electrode. The vibration canceling electrode is composed of a first vibration canceling electrode and a second vibration canceling electrode. The oscillation circuit outputs an oscillation signal at a predetermined frequency, and inverts the input oscillation signal. A first inverting circuit that applies a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the first excitation electrode, and a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the second excitation electrode without inverting the input oscillation signal. A first non-inverting circuit to be applied, a differential circuit for taking a difference between detection signals from both detection electrodes, and outputting an output signal related to the difference between the detection signals of both electrodes, and inputting the oscillation signal, Phase correction that outputs a correction signal based on a predetermined phase correction A second inverting circuit for inverting the input correction signal and applying a piezoelectric signal based on the correction signal to the first vibration canceling electrode, and without inverting the input correction signal. And a second non-inverting circuit that applies a piezoelectric signal based on the correction signal to the working electrode.
(Function)
Therefore, in the first aspect of the present invention, when a piezoelectric signal corresponding to the leakage vibration is applied to the vibration canceling electrode, the leakage vibration generated in the detection flat plate portion is suppressed. At this time, since the area of the vibration canceling electrode is less than or equal to half of the area of the detection flat plate portion and wider than the area of the detection electrode, the area of the vibration canceling electrode is set to the area of the detection electrode. Compared to the case where the same area is used, the following effects are exhibited. When the same piezoelectric signal is applied to the vibration canceling electrode and the “vibration canceling electrode having the same area as the detection electrode”, the former vibration canceling electrode vibrates the detection flat plate portion more greatly. That is, when the plate for detection is vibrated to a certain size, the vibration canceling electrode requires a smaller applied piezoelectric signal than the “vibration canceling electrode having the same area as the detection electrode”. The smaller the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode, the less the piezoelectric signal is detected as noise with respect to the detection electrode.
[0017]
In the invention described in claim 2, in addition to the operation described in claim 1, the vibration canceling electrode is provided to the full width in the piezoelectric portion of the detection flat plate portion. Therefore, the vibration canceling electrode can ensure a wider area than, for example, “the vibration canceling electrode having the same length and the width not provided to the full width of the piezoelectric portion of the detection flat plate portion”. As a result, when the vibration canceling electrode suppresses the leakage vibration generated in the detection flat plate portion, “the same length and the width is not provided to the full width of the piezoelectric portion of the detection flat plate portion. Compared with the “electrode”, leakage vibration is suppressed by applying a small piezoelectric signal.
[0018]
In the invention described in claim 3, in addition to the operation described in claim 1 or 2, one end of the excitation vibration part is a fixed end and the other end is connected to the detection vibration part. One end of the vibration part for detection is a free end, and the other end is connected to the vibration part for excitation.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the operation according to any one of the first to third aspects, one end of the detection vibration portion is a fixed end, and the other end is an excitation vibration portion. Connected to One end of the vibration part for excitation is a free end, and the other end is connected to the vibration part for detection.
[0020]
In the invention described in claim 5, in addition to the operation described in any one of claims 1 to 4, the oscillation circuit outputs an oscillation signal at a predetermined frequency. The first inversion circuit inverts the input oscillation signal and applies a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the first excitation electrode. The first non-inverting circuit applies a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the second excitation electrode without inverting the input oscillation signal. As a result, the excitation flat plate part which is a drive part vibrates.
[0021]
When the piezoelectric vibrating gyroscope rotates around the axis during vibration of the excitation flat plate portion, the differential circuit takes a difference between the detection signals from both detection electrodes and outputs an output signal related to the difference between the detection signals of both electrodes. Output. The phase correction circuit receives the oscillation signal and outputs a correction signal based on a predetermined phase correction of the oscillation signal. The second inversion circuit inverts the input correction signal and applies a piezoelectric signal based on the correction signal to the first vibration cancellation electrode. The second non-inverting circuit applies a piezoelectric signal based on the correction signal to the second vibration canceling electrode without inverting the input correction signal. Both vibration canceling electrodes vibrate the detection flat plate portion when a piezoelectric signal is applied, and cancel the leakage vibration of the detection flat plate portion by the vibration.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 to 6 and FIGS. 7 to 12 to be described later are all schematic views, and the dimensional relationship between the parts is different from the actual dimensional relationship.
[0023]
Hereinafter, for convenience of explanation, the vertical direction in FIG. 1 will be described as the vertical direction of the piezoelectric vibration gyro.
In this embodiment, the direction from the excitation flat plate portion 35B to the excitation flat plate portion 35A is referred to as the X direction, and the direction from the detection flat plate portion 36A to the detection flat plate portion 36B is referred to as the Y direction. A direction from the first cell 12 to the third cell 14 is referred to as a Z direction. The X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other (the same applies to the second to fourth and other embodiments).
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric vibrating gyroscope 10 of this embodiment includes a vibrator 15 including a frame 11, a first mass 12, a second mass 13, and a third mass 14.
[0025]
As shown in FIG. 2, the frame 11 is formed in a substantially rectangular frame shape by a pair of excitation frame portions 16 formed in a substantially rectangular frame shape by strip-shaped plate materials having the same width, and a strip-shaped plate material having the same width. And a pair of detection frame portions 17. The excitation frame portion 16 and the detection frame portion 17 are arranged in directions orthogonal to each other with respect to the horizontal direction by a common connecting portion 18 that forms the top portion of the excitation frame portion 16 and the bottom portion of the detection frame portion 17. It is formed to become.
[0026]
The excitation frame portion 16 is formed by connecting a pair of vertical plate portions 20 on the upper side and the lower side thereof, and has a fitting hole 21 on the bottom thereof. The detection frame portion 17 is formed by connecting a pair of vertical plate portions 22 on the upper side and the lower side thereof, and has a fitting hole 23 in the top portion thereof. The connecting portion 18 is formed with a fitting hole 18a.
[0027]
As shown in FIGS. 2 and 3, the frame 11 is formed by bending a metal plate member 24 obtained by punching an elastic metal plate into a cross shape. As the elastic metal plate, one having a thickness of less than 200 μm is used. As the elastic metal, a constant elastic material, a low expansion material such as SUS304, Elinvar, or the like is used. The metal plate member 24 includes two sets of extending pieces 24A and 24B that are formed so that two sets of strips cross in a cross shape, that is, orthogonally intersect, and extend in opposite directions from the intersecting portion. ing. A fitting hole 18a is formed at the intersection of both the extending pieces 24A, 24B. A semicircular cutout portion 21a is formed at the end of each extended piece 24A, and a semicircular cutout portion 23a is formed at the end of each extended piece 24B.
[0028]
Then, both the extending pieces 24A are bent so as to be closed in a substantially rectangular frame shape, and the respective ends thereof are butted and joined to form the excitation frame portion 16. At this time, the pair of vertical plate portions 20 are formed in parallel and opposite positions by bending. Further, the two extended pieces 24B are bent so as to be closed in a direction opposite to the bending direction of the two extended pieces 24A and in a substantially square frame shape, and the ends thereof are butted and joined for detection. A frame portion 17 is formed. At this time, the pair of vertical plate portions 22 are formed in parallel and opposite positions by bending. And the connection part 18 is formed of the cross | intersection part of both extension piece 24A, 24B. Further, the fitting hole 21 is formed by the cutout portions 21a of the two extending pieces 24A, and the fitting hole 23 is formed by the respective cutout portions 23a of the two extending pieces 24B.
[0029]
The first mass 12, the second mass 13, and the third mass 14 are formed from an aluminum alloy by casting. As shown in FIG. 2, the first mass 12 includes a columnar fitting portion 12 a that protrudes from the lower surface of the first mass 12, and the fitting portion 12 a is fitted into the fitting hole 21, whereby the excitation frame portion 16. It is positioned inside the lower part. The first mass 12 is bonded and fixed to the excitation frame 16. The second mass 13 includes a columnar fitting portion 13a protruding from the lower surface thereof, and the fitting portion 13a is positioned inside the lower portion of the detection frame portion 17 by fitting into the fitting hole 18a. ing. The second mass 13 is bonded and fixed to the detection frame portion 17. Further, the third mass 14 includes a cylindrical fitting portion 14 a protruding from the upper surface thereof, and the fitting portion 14 a is fitted into the fitting hole 23 so that the third mass 14 is positioned inside the upper portion of the detection frame portion 17. ing. The third mass 14 is bonded and fixed to the detection frame portion 17.
[0030]
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibration gyro 10 includes an excitation vibration unit 25 in the lower part in the longitudinal direction, that is, the longitudinal direction arranged in the Z direction, and also includes a detection vibration part 26 in the upper part.
[0031]
In the present embodiment, the lower end of the frame 11 is fixed to a fixing member (not shown), and the upper end is a free end. In other words, the lower end of the excitation vibration unit 25 corresponds to a fixed end, and the upper end corresponds to a connection end connected to the detection vibration unit 26. The upper end of the detection vibration part 26 corresponds to a free end, and the lower end corresponds to a connection end connected to the excitation vibration part 25.
[0032]
The excitation vibrating portion 25 is formed by the excitation frame portion 16, the first mass 12, the lower portion of the detection frame portion 17, and the second mass 13. As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the excitation vibrating portion 25 includes a pair of excitation flat portions 27 </ b> A and 27 </ b> B that are formed above the first mass 12 by both vertical plate portions 20 of the excitation frame portion 16. It has. The excitation flat portions 27 </ b> A and 27 </ b> B are connected on the upper side by the upper portion of the excitation frame portion 16, and are connected on the lower side by the lower portion of the excitation frame portion 16 and the first mass 12. Accordingly, the two flat portions 27A and 27B for excitation are arranged in parallel and opposite positions.
[0033]
Further, the detection vibration part 26 is formed by the detection frame part 17, the second mass 13 and the third mass 14. As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the detection vibrating unit 26 is a pair of detection units formed between the second mass 13 and the third mass 14 by both vertical plate portions 22 of the detection frame unit 17. Flat portions 28A and 28B are provided. The two detection flat portions 28A and 28B are connected to each other on the upper side of the detection frame portion 17 and the third mass 14 and on the lower side of the lower portion of the detection frame portion 17 and the second mass 13. ing. Accordingly, the detection flat portions 28A and 28B are arranged in parallel and opposite positions.
[0034]
As shown in FIG. 1, an excitation piezoelectric plate 29A is bonded to the outer surface of the vertical plate portion 20 on the excitation flat portion 27A side in the excitation vibration portion 25. Similarly, an excitation piezoelectric plate 29B is bonded to the outer surface of the vertical plate portion 20 on the excitation flat portion 27B side. The excitation piezoelectric plates 29A and 29B correspond to piezoelectric portions. Each of the excitation piezoelectric plates 29A and 29B is formed of the same material and in the same shape, and has the same width as the excitation frame portion 16 in the range from the lower end of the excitation vibration portion 25 to the upper end of the excitation flat portions 27A and 27B. It is formed with. Each of the excitation piezoelectric plates 29A and 29B is formed of a plate material of zircon / lead titanate (PZT).
[0035]
As shown in FIG. 2, a ground electrode 30 is formed on the entire inner surface of the excitation piezoelectric plate 29B. Similarly, the ground electrode 30 is formed on the entire inner surface of the excitation piezoelectric plate 29A. Each ground electrode 30 is made of an electrode film made of titanium, gold or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like.
[0036]
In addition, excitation electrode films 31A and 31B as a pair of upper and lower excitation electrodes are formed on the outer surface of the excitation piezoelectric plate 29A. The excitation electrode film 31A corresponds to a first excitation electrode, and the excitation electrode film 31B corresponds to a second excitation electrode. The upper excitation electrode film 31A is formed in a region corresponding to the upper region of the excitation flat portion 27A, and the lower excitation electrode film 31B is formed in a region corresponding to the lower region. Similarly, a pair of upper and lower excitation electrode films 31B and 31A are formed on the outer surface of the excitation piezoelectric plate 29B. The upper excitation electrode film 31B is formed in a region corresponding to the upper region of the excitation flat portion 27B, and the lower excitation electrode film 31A is also formed in a region corresponding to the lower region. Each of the excitation electrode films 31A and 31B is formed to have the same area, and is made of an electrode film made of aluminum or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like.
[0037]
The excitation electrode film 31A formed on the excitation piezoelectric plate 29A and the excitation electrode film 31B formed on the excitation piezoelectric plate 29B extend along the X direction between the upper regions of the respective excitation flat portions 27A and 27B. It is formed so as to face each other. Similarly, the excitation electrode film 31B formed on the excitation piezoelectric plate 29A and the excitation electrode film 31A formed on the excitation piezoelectric plate 29B are between the lower regions of the excitation flat portions 27A and 27B. It is formed so as to oppose each other along the X direction.
[0038]
An excitation flat plate portion 35A is constituted by the excitation flat portion 27A and a portion of the excitation piezoelectric plate 29A facing the flat excitation portion 27A. The excitation flat portion 27B and the portion of the excitation piezoelectric plate 29B facing the excitation flat portion 27B constitute an excitation flat plate portion 35B.
[0039]
The detection piezoelectric plate 32A is bonded to the outer surface of the vertical plate portion 22 on the detection flat portion 28A side in the detection vibration portion 26. Similarly, the detection piezoelectric plate 32B is bonded to the outer surface of the vertical plate portion 22 on the detection flat portion 28B side. The detection piezoelectric plates 32A and 32B correspond to piezoelectric portions. Each of the detection piezoelectric plates 32A and 32B is formed of the same material and in the same shape, and has the same width as the detection frame portion 17 in the range from the lower end of each of the detection flat portions 28A and 28B to the upper end of the detection vibration portion 26. It is formed with a width. Each of the detection piezoelectric plates 32A and 32B is formed of a plate material of zircon / lead titanate (PZT) similarly to the excitation piezoelectric plates 29A and 29B.
[0040]
As shown in FIG. 2, a ground electrode 33 is formed on the entire inner surface of the detection piezoelectric plate 32B. Similarly, a ground electrode 33 is formed on the entire inner surface of the detection piezoelectric plate 32A. Each ground electrode 33 is made of an electrode film made of titanium, gold or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like. On the detection piezoelectric plates 32A and 32B, a vibration canceling electrode film 34A and a detection electrode film 34B are formed above and below the outer surface.
[0041]
The vibration canceling electrode film 34A corresponds to a vibration canceling electrode, and the detection electrode film 34B corresponds to a detection electrode. Further, the vibration canceling electrode film 34A of the detecting piezoelectric plate 32A corresponds to a first vibration canceling electrode, and the vibration canceling electrode film 34A of the detecting piezoelectric plate 32B corresponds to a second vibration canceling electrode.
[0042]
The upper vibration canceling electrode film 34A is formed in an area corresponding to the upper area of the detection flat portions 28A and 28B, and the lower detection electrode film 34B is also formed in an area corresponding to the lower area. .
[0043]
The detection electrode film 34B is narrower than the area of the excitation electrode films 31A and 31B so that the detection electrode film 34B is provided only on the portions of the detection piezoelectric plates 32A and 32B that are most compressed and expanded (stress concentration portions). is doing. This is because the detection sensitivity can be made higher when the area of the detection electrode film 34B is provided narrower than the area where the stress is concentrated, compared to the case where the area is increased.
[0044]
The vibration canceling electrode film 34A and the detection electrode film 34B are made of an electrode film made of aluminum or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like.
The vibration cancellation electrode film 34A formed on the detection piezoelectric plate 32A and the vibration cancellation electrode film 34A formed on the detection piezoelectric plate 32B are arranged in the Y direction between the upper regions of the respective detection flat portions 28A and 28B. It is formed so as to face each other. Similarly, the detection electrode film 34B formed on the detection piezoelectric plate 32A and the detection electrode film 34B formed on the detection piezoelectric plate 32B are Y between the lower regions of the respective detection flat portions 28A and 28B. It is formed so as to face each other along the direction.
[0045]
This is because, for example, when the detection vibration part 26 is deformed into a waveform in the Y direction as shown in FIG. 4, the part corresponding to the upper region of the detection flat part 28A in the detection piezoelectric plate 32A shrinks. A portion corresponding to the lower region of the flat portion 28A extends. On the other hand, in the detection piezoelectric plate 32B, the part corresponding to the upper region of the detection flat part 28B expands and the part corresponding to the lower region of the detection flat part 28A contracts. A vibration canceling electrode film 34A and a detection electrode film 34B are arranged corresponding to the portions where the expansion and contraction occur. In FIG. 4, in the detection piezoelectric plates 32 </ b> A and 32 </ b> B, the arrows indicate the polarization directions of the detection piezoelectric plates 32 </ b> A and 32 </ b> B, the lower right hatched portion indicates the extended portion, and the lower left hatched portion indicates The shrinkage part is shown.
[0046]
A flat plate portion for detection 36A is constituted by the flat portion for detection 28A and a portion of the piezoelectric plate for detection 32A facing the flat portion for detection 28A. A flat plate portion 36B for detection is constituted by the flat portion for detection 28B and a portion of the detection piezoelectric plate 32B facing the flat portion for detection 28B.
[0047]
As shown in FIG. 1, when the length of the detection flat plate portions 36A and 36B is L and the width is W, the length of the vibration canceling electrode film 34A is approximately “2/5 of L” and the width is W. The length of the detection electrode film 34B is approximately “1/7 of L”, and the width is W. That is, the area of the vibration canceling electrode film 34A is less than half the area of the detection flat plate portions 36A and 36B and wider than the area of the detection electrode film 34B.
[0048]
The excitation flat plate portions 35A and 35B and the detection flat plate portions 36A and 36B are arranged orthogonal to each other so that vibrations of the excitation flat plate portions 35A and 35B are transmitted to the detection flat plate portions 36A and 36B. Has been.
[0049]
In the present embodiment, the resonance frequency of the excitation flat plate portions 35A and 35B and the resonance frequency of the detection flat plate portions 36A and 36B are set to be the same.
Next, a piezoelectric vibration gyro device 71 that employs the piezoelectric vibration gyro 10 will be described with reference to FIG.
[0050]
The piezoelectric vibration gyro 10 shown in FIG. 5 is a schematic diagram, and for convenience of explanation, the detection vibration unit 26 is rotated by 90 degrees with respect to the excitation vibration unit 25.
The piezoelectric vibration gyro device 71 includes an oscillation circuit 72. The oscillation circuit 72 oscillates an oscillation signal having a predetermined frequency and outputs it to the inverting amplifier circuit 73, the non-inverting amplifier circuit 74, and the phase correction circuit 75. The inverting amplifier circuit 73 inverts and amplifies the input oscillation signal, and applies a piezoelectric signal based on the oscillated and amplified oscillation signal to the excitation electrode film 31A of the piezoelectric vibration gyro 10. The non-inverting amplifier circuit 74 amplifies the input oscillation signal and applies a piezoelectric signal based on the amplified oscillation signal to the excitation electrode film 31B of the piezoelectric vibration gyro 10. The inverting amplifier circuit 73 corresponds to a first inverting circuit, and the non-inverting amplifier circuit 74 corresponds to a first non-inverting circuit. Note that the vibrator 15 of the piezoelectric vibration gyro 10 is grounded via ground electrodes 30 and 33.
[0051]
The phase correction circuit 75 corrects the phase of the input oscillation signal, and outputs the corrected oscillation signal to the inverting amplifier circuit 76 and the non-inverting amplifier circuit 77 as a correction signal. The inverting amplifier circuit 76 inverts and amplifies the input correction signal, and applies a piezoelectric signal based on the inverting and amplified correction signal to the vibration canceling electrode film 34A of the detection flat plate portion 36A. The non-inverting amplifier circuit 77 amplifies the input correction signal and applies a piezoelectric signal based on the amplified correction signal to the vibration canceling electrode film 34A of the detection flat plate portion 36B. The inverting amplifier circuit 76 corresponds to a second inverting circuit, and the non-inverting amplifier circuit 77 corresponds to a second non-inverting circuit.
[0052]
In the detection vibration part 26 that is a detection part, both detection electrode films 34 </ b> B provided on opposite side surfaces are electrically connected to a differential circuit 78. The differential circuit 78 receives detection signals from both detection electrode films 34B, calculates the difference between them, and outputs the result as a double output signal.
[0053]
The phase correction amount of the phase correction circuit 75 is set as follows. In a state where the angular velocity does not work, that is, in a state where no Coriolis force is generated, the oscillating circuit 72 to the inverting amplification circuit 73 are applied to the excitation electrode films 31A and 31B without applying phase correction to the piezoelectric vibrating gyroscope 10. A piezoelectric signal is applied via the non-inverting amplifier circuit 74. Then, the detection signal at that time is input and measured from the detection electrode film 34 </ b> B via the differential circuit 78.
[0054]
The detection signal at this time includes an offset voltage component due to leakage vibration due to mechanical coupling as described in the prior art. The phase correction amount is determined by setting the circuit constant of the phase correction circuit 75 so that the offset voltage is eliminated, that is, 0.
[0055]
Next, the operation of the piezoelectric vibration gyro device 71 will be described.
When the piezoelectric vibration gyro device 71 configured as described above is used, the fixed end of the frame body 11 (excitation vibration unit 25) is fixed. In this state, alternating voltages having opposite potentials are synchronously applied to the excitation electrode films 31A and 31B of the excitation vibration unit 25 by the oscillation circuit 72, the inverting amplification circuit 73, and the non-inverting amplification circuit 74, respectively. To do.
[0056]
Then, when the polarization directions of the excitation piezoelectric plates 29A and 29B are directed from the excitation electrode films 31A and 31B toward the vertical plate portion 20, the excitation piezoelectric plates 29A and 29B applied to the positive potential side are The piezoelectric plates 29A and 29B on the side that has been compressed and applied with a negative potential are stretched. Then, due to the change in polarity due to the alternating voltage, the excitation piezoelectric plate 29A is alternately compressed and stretched on the back side of the excitation electrode films 31A and 31B arranged above and below. The excitation piezoelectric plate 29B is alternately compressed and stretched on the back side of the excitation electrode films 31A and 31B arranged above and below.
[0057]
As a result, the excitation vibration unit 25 is driven in the X and anti-X directions, and the detection vibration unit 26 located at the top vibrates in the same direction.
In this vibration state, when rotation of the angular velocity Ω is applied to the piezoelectric vibrating gyroscope 10, the Coriolis force acts alternately, and the detecting piezoelectric plate 32A and the detecting piezoelectric plate 32B are particularly in the detecting vibrating portion 26. In the stress concentration part, compression and stretching are repeated alternately.
[0058]
At this time, for example, as shown in FIG. 4, when the detection vibration unit 26 is deformed into a waveform in the Y direction, the upper side of the detection piezoelectric plate 32 </ b> B extends and the lower side contracts. On the other hand, the upper side of the detection piezoelectric plate 32A contracts and the lower side extends. Each detection electrode film 34 </ b> B disposed corresponding to each portion where the expansion / contraction occurs generates a detection signal generated on the detection piezoelectric plates 32 </ b> A and 32 </ b> B to the differential circuit 78. The detection piezoelectric plate 32A and the detection piezoelectric plate 32B operate (extend / shrink) in the opposite directions, so that the polarities of the piezoelectric signals (detection signals) generated by the detection piezoelectric plates 32A and 32B are reversed.
[0059]
Accordingly, in the differential circuit 78, the difference between the detection signals of both the detection electrode films 34B is taken, and therefore the output signal from the differential circuit 78 has a voltage twice that of the original detection signal. An angular velocity Ω is detected based on this output signal.
[0060]
The piezoelectric vibration gyro 10 is set so that the resonance frequency of the excitation flat plate portions 35A and 35B is the same as the resonance frequency of the detection flat plate portions 36A and 36B. As the resonance frequency becomes the same in this manner, due to the influence of the deviation of symmetry due to variations in processing and assembly accuracy, the detection vibration unit 26 is affected by the mechanical coupling even though the angular velocity Ω is zero. The vibration may occur in the Y and anti-Y directions (hereinafter, such vibration is referred to as leakage vibration).
[0061]
In order to suppress this leakage vibration, the piezoelectric vibration gyro device 71 has opposite potentials to the vibration canceling electrode film 34A in the oscillation circuit 72, phase correction circuit 75, inverting amplification circuit 76, and non-inverting amplification circuit 77, respectively. The alternating voltage is applied in synchronization. Since the piezoelectric signal from the phase correction circuit 75 is phase-corrected so that the offset voltage becomes 0, the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A causes the piezoelectric signal in the Y direction and the anti-Y direction. The leakage vibration that occurs is reduced.
[0062]
By the way, the area of both the vibration canceling electrode films 34A is one-half or less of the detection flat plate portions 36A and 36B and wider than the area of the detection electrode film 34B. Therefore, the detection piezoelectric plates 32A and 32B facing the respective vibration canceling electrode films 34A, that is, the portions directly touching the respective vibration canceling electrode films 34A have the following effects.
[0063]
FIG. 6 shows a piezoelectric plate having a plate thickness d, a length L, and a width W. The capacitance C of this piezoelectric plate is
C = (S · εo · εr) / d (Formula 1)
(Εo is the vacuum dielectric constant, εr is the dielectric constant of the piezoelectric plate, S (area of the piezoelectric plate in direct contact with the vibration canceling electrode film 34A) = W × L)
It becomes.
[0064]
When a piezoelectric signal A is applied to the piezoelectric plate, the charges of + ΔQ and −ΔQ generated in the piezoelectric plate are
ΔQ = A · C (Formula 2)
It becomes. In addition, A in the above (Formula 2) is the voltage of the piezoelectric signal A.
[0065]
By the way, when charges of + ΔQ and −ΔQ are generated in the piezoelectric plate, the amount of variation ΔL of the length of the piezoelectric plate increases in proportion to the magnitude of the charges.
And from the (Formula 1) and the (Formula 2),
A = (ΔQ · d) / (S · εo · εr) (Formula 3)
The following relational expression is derived.
[0066]
From (Equation 3), it can be derived that ΔQ (ΔL) increases as the area S of the piezoelectric plate increases when the applied voltage of the piezoelectric signal A and the plate thickness d are constant. That is, when the plate thickness d and ΔL are constant, the voltage of the piezoelectric signal A is lower as the area S is larger.
[0067]
Therefore, in the case where the vibration canceling electrode film 34A is vibrated with a certain size by the vibration canceling electrode film 34A, the vibration canceling electrode film 34A of the present embodiment has the same area as the area of the detection electrode film 34B. The applied voltage as the piezoelectric signal to be used may be lower than in the case of using the vibration canceling electrode film 34A to reduce the leakage vibration. The lower the applied voltage of the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A, the less the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A is detected as noise via the detection electrode film 34B. .
[0068]
Therefore, according to the piezoelectric vibration gyro 10 and the piezoelectric vibration gyro apparatus 71 of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The piezoelectric vibration gyro 10 of the present embodiment includes the excitation vibration unit 25 in which a pair of excitation flat plate portions 35A and 35B opposed to each other are connected at both ends. In addition, the piezoelectric vibration gyro 10 includes a detection vibration part 26 in which a pair of detection flat plate parts 36A and 36B opposed to each other are connected at both ends thereof. The excitation flat plate portions 35A and 35B and the detection flat plate portions 36A and 36B are connected so as to be orthogonal to each other. The excitation plate portions 35A and 35B and the detection plate portions 36A and 36B are provided with excitation piezoelectric plates 29A and 29B and detection piezoelectric plates 32A and 32B, respectively, for applying vibrations to the respective plate portions.
[0069]
The detection piezoelectric plates 32A and 32B of the detection flat plate portions 36A and 36B have a detection electrode film 34B for detecting vibration applied to the flat plate portions 36A and 36B, and leakage vibration generated in the flat plate portions 36A and 36B. A vibration canceling electrode film 34A to be suppressed is provided. The area of the vibration canceling electrode film 34A is less than or equal to half the area of the detection flat plate portion 36A and larger than the area of the detection electrode film 34B.
[0070]
Therefore, from the above (Equation 3), when a piezoelectric signal corresponding to the leakage vibration is applied to the vibration canceling electrode film 34A, the applied voltage of the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A is “detection Compared with the vibration canceling electrode film 34A having the same area as the electrode film 34B, the area is lower. The lower the applied voltage of the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A is, the less the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 34A is detected as noise through the detection electrode film 34B. .
[0071]
Therefore, the piezoelectric vibration gyro 10 can suppress noise generated from the vibration canceling electrode film 34A as much as possible, and output a detection signal with less noise from the detection electrode film 34B.
[0072]
(2) In the present embodiment, the width of the vibration canceling electrode film 34A is set to be the same as the width of the detection flat plate portions 36A and 36B. Therefore, the vibration canceling electrode film 34A is compared with, for example, “the vibration canceling electrode film 34A having the same length L of the electrode film and the width W narrower than the width of the detection flat plate portions 36A and 36B”. Increases area. As a result, the vibration canceling electrode film 34A is compared with, for example, “the vibration canceling electrode film 34A having the same length L of the electrode film and the width W narrower than the width of the detection flat plate portions 36A and 36B”. Thus, noise generated from the vibration canceling electrode film 34A can be suppressed as much as possible, and a detection signal with less noise can be output from the detection electrode film 34B.
[0073]
(3) In the present embodiment, the lower end of the excitation vibration unit 25 is a fixed end, and the upper end of the excitation vibration unit 25 and the lower end of the detection vibration unit 26 are connected. And the upper end of the vibration part 26 for a detection was made into the free end. Therefore, in this embodiment, it can be realized as the piezoelectric vibration gyroscope 10 in which the excitation vibration section 25 is fixed.
[0074]
(4) The piezoelectric vibration gyro device 71 of this embodiment includes the piezoelectric vibration gyro 10. In addition, the piezoelectric vibration gyro device 71 includes an oscillation circuit 72 that outputs an oscillation signal at a predetermined frequency, and an inverting amplification circuit that inverts the input oscillation signal and applies a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the excitation electrode film 31A. 73. Further, the piezoelectric vibration gyro device 71 applies a detection signal from the non-inverting amplifier circuit 74 that applies a piezoelectric signal based on the oscillation signal to the excitation electrode film 31B without inverting the input oscillation signal, and the detection electrode film 34B. And a differential circuit 78 that outputs an output signal related to the difference between the detection signals of the two detection electrode films 34B.
[0075]
The piezoelectric vibration gyro device 71 includes a phase correction circuit 75 that inputs an oscillation signal and outputs a correction signal based on the phase correction of the oscillation signal. The piezoelectric vibration gyro device 71 includes an inverting amplifier circuit 76 that inverts the input correction signal and applies a piezoelectric signal based on the correction signal to the vibration canceling electrode film 34A of the detection flat plate portion 36A. The piezoelectric vibration gyro device 71 includes a non-inverting amplifier circuit 77 that applies a piezoelectric signal based on the correction signal to the vibration canceling electrode film 34A of the detection flat plate portion 36B without inverting the input correction signal. .
[0076]
Both the vibration canceling electrode films 34A vibrate the detection flat plate portions 36A and 36B when a piezoelectric signal is applied, and the vibrations of the detection flat plate portions 36A and 36B are canceled by the vibration. Therefore, the piezoelectric vibration gyro device 71 in which the detection electrode film 34B in the piezoelectric vibration gyro 10 is less affected by the noise of the vibration canceling electrode film 34A can be obtained.
[0077]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
For convenience of explanation, the vertical direction in FIG. 7A will be described as the vertical direction of the piezoelectric vibration gyro.
[0078]
In this embodiment, the direction from the detection flat plate portion 66B toward the detection flat plate portion 66A is referred to as the X direction, and the direction from the excitation piezoelectric plate 59A toward the excitation piezoelectric plate 59B is referred to as the Y direction. A direction from the third cell 44 to the second cell 43 is referred to as a Z direction.
[0079]
As shown in FIGS. 7A and 8, the piezoelectric vibration gyro 40 according to the present embodiment includes a vibrator 45 including a frame body 41, a first mass 42, a second mass 43, and a third mass 44. Yes.
[0080]
The frame body 41 includes a pair of excitation bent portions 46 that are bent and formed in a substantially reverse channel shape by strips of the same width, and a pair of detection members that are bent and formed in a substantially reverse channel shape by the strips of the same width. And a bent portion 47. The bending portion for excitation 46 and the bending portion for detection 47 are oriented perpendicular to each other in the horizontal direction by the common connecting portion 48 that forms the top portion of the bending portion for excitation 46 and the top portion of the bending portion for detection 47. It is formed to become. The connecting portion 48 is formed with a fitting hole 48a.
[0081]
As shown in FIG. 10, the frame body 41 is formed by bending a metal plate member 54 obtained by punching an elastic metal plate material into a cross shape. As the elastic metal plate, one having a thickness of less than 200 μm is used. As the elastic metal, a constant elastic material, a low expansion material such as SUS304, Elinvar, or the like is used. The metal plate member 54 includes two sets of extending pieces 54A and 54B that are formed so that two sets of belt-shaped members intersect in a cross shape and extend in opposite directions from the intersecting portion. A fitting hole 48a is formed at the intersection of both the extending pieces 54A and 54B.
[0082]
And as shown in FIG. 8, the bending part 46 for excitation is formed by bending both the extension pieces 54A to a substantially reverse channel shape. At this time, the pair of vertical plate portions 50 are formed in parallel and overlapping positions by bending. Further, the detection bent portion 47 is formed by bending both the extending pieces 54B into a substantially reverse channel shape in the same direction as the bending direction of the extending pieces 54A. At this time, the pair of vertical plate portions 52 are formed in parallel and opposite positions by bending. And the connection part 48 is formed of the cross | intersection part of both extension piece 54A, 54B.
[0083]
As shown in FIGS. 7A, 7B, and 8, excitation piezoelectric plates 59A and 59B serving as piezoelectric portions are bonded to the outer surfaces of the vertical plate portions 50, respectively. The respective excitation piezoelectric plates 59A and 59B are formed of the same material and in the same shape, and are formed in the range from the lower end to the upper end of the vertical plate portion 50 and the same width as the width of the vertical plate portion 50. Similarly, as shown in FIGS. 7A, 7 C, and 8, detection piezoelectric plates 62 </ b> A and 62 </ b> B as piezoelectric portions are bonded to the outer surface of the vertical plate portion 52. Each of the detection piezoelectric plates 62A and 62B is formed of the same material and in the same shape, and is formed in the range from the lower end to the upper end of the vertical plate portion 52 and with the same width as the width of the vertical plate portion 52.
[0084]
Each of the excitation piezoelectric plates 59A and 59B and each of the detection piezoelectric plates 62A and 62B is formed of a plate material of zircon lead titanate (PZT). As shown in FIG. 8, the grounding electrode 60 is formed on the entire inner surface of the excitation piezoelectric plates 59A and 59B, and the grounding electrode 63 is formed on the entire inner surface of the detection piezoelectric plates 62A and 62B. ing. Each ground electrode 60, 63 is made of an electrode film made of titanium, gold or the like formed by sputtering, vacuum deposition or the like.
[0085]
The first mass 42, the second mass 43, and the third mass 44 are formed from an aluminum alloy by casting. As shown in FIGS. 7A and 8, the first mass 42 is formed in a substantially concave shape, and the lower ends of the vertical plate portions 50 and 52 are arranged in the concave portion 42 a of the first mass 42. A pair of engaging stepped portions 42 b is formed in the recessed portion 42 a of the first mass 42. The vertical plate portions 50 to which the excitation piezoelectric plates 59A and 59B are attached are bonded and fixed to the engagement step portion 42b, and the frame body 41 is positioned on the first mass 42. .
[0086]
The second mass 43 includes a cylindrical fitting portion 43a protruding from the upper surface thereof, and the fitting portion 43a is fitted into the fitting hole 48a so as to be positioned inside the upper portion of the detection bent portion 47. Have been glued and fixed. Further, the third mass 44 includes a pair of engagement step portions 44a (only one of them is shown in FIG. 8). The two vertical plate portions 52 to which the detection piezoelectric plates 62A and 62B are attached are bonded and fixed to the engaging step portions 44a, and the third mass 44 is attached to the lower end of the vertical plate portion 52. It is positioned with respect to it.
[0087]
As shown in FIG. 7A, the piezoelectric vibration gyro 40 includes an excitation vibration unit 55 and a detection vibration unit 56. The excitation vibration unit 55 corresponds to an excitation vibration unit, and the detection vibration unit 56 corresponds to a detection vibration unit.
[0088]
The excitation vibration portion 55 is formed by the excitation bending portion 46, the first mass 42, the upper portion of the detection bending portion 47, and the second mass 43. In the present embodiment, the lower end of the first mass 42 is a fixed end that is fixed to a fixing member (not shown). In other words, the lower end of the excitation vibration unit 55 corresponds to a fixed end, and in addition, the upper end of the excitation vibration unit 55 corresponds to a connection end connected to the detection vibration unit 56.
[0089]
As shown in FIGS. 8 and 10, the excitation vibrating portion 55 includes a pair of excitation flat portions 57 </ b> A and 57 </ b> B formed above the first mass 42 by both vertical plate portions 50 of the excitation bending portion 46. ing. As shown in FIG. 7A, the excitation flat portions 57A and 57B are connected on the upper side by the upper portion of the bending portion 46 for excitation, and are connected to each other on the lower side by the first mass 42. . Therefore, the two flat portions 57A and 57B for excitation are arranged in parallel and opposite positions.
[0090]
As shown in FIGS. 7A and 8, an excitation flat plate portion 65A is constituted by the excitation flat portion 57A and a portion of the excitation piezoelectric plate 59A facing the excitation flat portion 57A. . Further, an excitation flat plate portion 65B is configured by the excitation flat portion 57B and the portion of the excitation piezoelectric plate 59B facing the excitation flat portion 57B (see FIG. 7B).
[0091]
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, the excitation piezoelectric plate 59A is formed with a pair of upper and lower excitation electrode films 61A and 61B on the outer surface thereof. The excitation electrode films 61A and 61B correspond to excitation electrodes. The excitation electrode film 61A corresponds to a first excitation electrode, and the excitation electrode film 61B corresponds to a second excitation electrode. The upper excitation electrode film 61A is formed in a region corresponding to the upper region of the excitation flat portion 57A, and the lower excitation electrode film 61B is also formed in a region corresponding to the lower region. On the other hand, a pair of upper and lower excitation electrode films 61B and 61A are formed on the outer surface of the excitation piezoelectric plate 59B. The upper excitation electrode film 61B is formed in a region corresponding to the upper region of the excitation flat portion 57B, and the lower excitation electrode film 61A is also formed in a region corresponding to the lower region.
[0092]
Each of the excitation electrode films 61A and 61B is formed to have the same area, and is made of an electrode film made of aluminum or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like.
[0093]
The excitation electrode film 61A formed on the excitation flat plate portion 65A and the excitation electrode film 61B formed on the excitation flat plate portion 65B extend along the Y direction between the upper regions of the respective excitation flat plate portions 65A and 65B. It is formed so as to face each other. Similarly, the excitation electrode film 61B formed on the excitation plate portion 65A and the excitation electrode film 61A formed on the excitation plate portion 65B are between the lower regions of the excitation plate portions 65A and 65B. It is formed so as to face each other along the Y direction.
[0094]
On the other hand, as shown in FIGS. 7A and 8, the detection vibrating portion 56 is formed by a detection bent portion 47, a second mass 43, and a third mass 44. In the present embodiment, the lower end of the third mass 44 is a free end. In other words, the lower end of the detection vibration part 56 corresponds to a free end, and the upper end corresponds to a connection end connected to the excitation vibration part 55.
[0095]
As shown in FIGS. 8 and 10, the detection vibrating portion 56 includes a pair of detection flat portions formed between the second mass 43 and the third mass 44 by both vertical plate portions 52 of the detection bent portion 47. 58A and 58B. Then, as shown in FIG. 7A, the two detection flat portions 58A and 58B are connected on the lower side by the third mass 44, and on the upper side by the upper portion of the detection bent portion 47 and the second mass 43. It is connected. Accordingly, the detection flat portions 58A and 58B are arranged in parallel and opposite positions.
[0096]
A flat plate portion for detection 66A is constituted by the flat portion for detection 58A and a portion of the piezoelectric plate for detection 62A facing the flat portion for detection 58A. Further, the flat plate portion for detection 66B is constituted by the flat portion for detection 58B and the portion of the piezoelectric plate for detection 62B facing the flat portion for detection 58B (see FIG. 7C). The detection flat plate portions 66A and 66B correspond to detection flat plate portions.
[0097]
As shown in FIGS. 7A and 7C, a pair of upper and lower detection electrode films 64A and a vibration canceling electrode film 64B are formed on the outer surfaces of the detection piezoelectric plates 62A and 62B. The detection electrode film 64A corresponds to a detection electrode, and the vibration cancellation electrode film 64B corresponds to a vibration cancellation electrode. The vibration canceling electrode film 64B of the detecting piezoelectric plate 62B corresponds to a first vibration canceling electrode, and the vibration canceling electrode film 64B of the detecting piezoelectric plate 62A corresponds to a second vibration canceling electrode. The upper detection electrode film 64A is formed in an area corresponding to the upper area of the detection flat plate portions 66A and 66B, and the lower vibration canceling electrode film 64B is also formed in an area corresponding to the lower area. . Both detection electrode films 64A and both vibration canceling electrode films 64B are made of an electrode film made of aluminum or the like formed by sputtering, vacuum deposition, or the like.
[0098]
The detection electrode film 64A formed on the detection flat plate portion 66A and the detection electrode film 64A formed on the detection flat plate portion 66B extend along the X direction between the upper regions of the detection flat plate portions 66A and 66B. It is formed so as to face each other. Similarly, the vibration canceling electrode film 64B formed on the detection flat plate portion 66A and the vibration canceling electrode film 64B formed on the detection flat plate portion 66B are between the lower regions of the detection flat plate portions 66A and 66B. And are formed to face each other along the X direction.
[0099]
This is because, for example, when the detection vibrating portion 56 is deformed into a waveform in the X direction, the portion corresponding to the upper region of the detection flat portion 58A in the detection piezoelectric plate 62A contracts, and the lower region of the detection flat portion 58A. The part corresponding to is elongated. On the other hand, in the detection piezoelectric plate 62B, the part corresponding to the upper region of the detection flat part 58B expands, and the part corresponding to the lower region of the detection flat part 58A contracts. A detection electrode film 64A and a vibration canceling electrode film 64B are arranged corresponding to the respective portions where the expansion and contraction occur.
[0100]
As shown in FIG. 7A, when the length of the detection flat plate portions 66A and 66B is L and the width is W, the length of the detection electrode film 64A is approximately “1/7 of L”. The width is W. The length of the vibration canceling electrode film 64B is approximately “2/5 of L” and the width is W. That is, the area of the vibration canceling electrode film 64B is one half or less of the detection flat plate portions 66A and 66B and wider than the area of the detection electrode film 64A.
[0101]
The excitation flat plate portions 65A and 65B and the detection flat plate portions 66A and 66B are arranged orthogonal to each other. The vibrations of the excitation flat plate portions 65A and 65B are transmitted to the detection flat plate portions 66A and 66B.
[0102]
By the way, the excitation flat plate portions 65A and 65B and the detection flat plate portions 66A and 66B are set so that the resonance frequency of the excitation flat plate portions 65A and 65B is the same as the resonance frequency of the detection flat plate portions 66A and 66B. Has been.
[0103]
Next, a piezoelectric vibration gyro device 81 employing the piezoelectric vibration gyro 40 will be described with reference to FIG.
The piezoelectric vibration gyro device 81 is obtained by replacing the piezoelectric vibration gyro device 10 in the piezoelectric vibration gyro device 71 of the first embodiment with the piezoelectric vibration gyro device 40, and therefore, different parts from the piezoelectric vibration gyro device 71 will be described. Further, the piezoelectric vibration gyro 40 in FIG. 9 is a schematic diagram, and is shown in the same diagram as the piezoelectric vibration gyro 10 shown in FIG. 5 for convenience of explanation. Further, in FIG. 9, the illustrated positions of the inverting amplifier circuit 76 and the non-inverting amplifier circuit 77 are reversed as compared with FIG.
[0104]
The inverting amplifier circuit 73 applies a piezoelectric signal to the excitation electrode film 61A, and the non-inverting amplifier circuit 74 applies a piezoelectric signal to the excitation electrode film 61B. The inverting amplifier circuit 76 applies a piezoelectric signal to the vibration canceling electrode film 64B of the detection flat plate portion 66B, and the non-inverting amplifier circuit 77 applies a piezoelectric signal to the vibration canceling electrode film 64B of the detecting flat plate portion 66A. The differential circuit 78 is electrically connected to both the detection electrode films 64A, and inputs a detection signal from the detection electrode film 64A.
[0105]
Next, the operation of the piezoelectric vibration gyro device 81 will be described.
When the piezoelectric vibration gyro device 81 configured as described above is used, the first mass 42 (excitation vibration unit 55) is fixed. In this state, alternating voltages having opposite potentials are synchronously applied to the excitation electrode films 61A and 61B of the excitation vibration unit 55 by the oscillation circuit 72, the inverting amplification circuit 73, and the non-inverting amplification circuit 74, respectively. To do. Then, due to the change in polarity due to the alternating voltage, the excitation piezoelectric plate 59A is repeatedly compressed and stretched alternately on the back surfaces of the excitation electrode films 61A and 61B arranged above and below. The excitation piezoelectric plate 59B is alternately compressed and stretched on the back surfaces of the excitation electrode films 61A and 61B arranged above and below. As a result, the excitation vibration unit 55 is driven in the Y and anti-Y directions, and the detection vibration unit 56 vibrates in the same direction.
[0106]
In this vibration state, when the rotation of the angular velocity Ω is applied to the piezoelectric vibration gyro 40, the Coriolis force acts alternately. In the detection vibration unit 56, the detection piezoelectric plate 62A and the detection piezoelectric plate 62B are: In particular, compression and stretching are repeated alternately in the stress concentration portion.
[0107]
At this time, for example, when the detection vibration unit 56 is deformed into a waveform in the X direction, the upper side of the detection piezoelectric plate 62A is contracted and the lower side is extended. On the other hand, the upper side of the detection piezoelectric plate 62B extends and the lower side contracts. Each detection electrode film 64A arranged corresponding to each part where the expansion and contraction occurs outputs a detection signal generated on the detection piezoelectric plates 62A and 62B to the differential circuit 78 at that time.
[0108]
Note that the detection piezoelectric plate 62A and the detection piezoelectric plate 62B operate (extend / shrink) in the opposite directions, so that the polarities of the piezoelectric signals (detection signals) generated by the detection piezoelectric plates 62A and 62B are reversed.
[0109]
Accordingly, an output signal having a voltage twice as high as the original detection signal is output from the differential circuit 78 as in the first embodiment. An angular velocity Ω is detected based on this output signal.
The piezoelectric vibration gyro 40 is set so that the resonance frequency of the excitation flat plate portions 65A and 65B is equal to the resonance frequency of the detection flat plate portions 66A and 66B. Then, in order to suppress the occurrence of leakage vibration in the detection vibration unit 56, the piezoelectric vibration gyro device 81 has the oscillation circuit 72, the phase correction circuit 75, the inverting amplification circuit 76, The non-inverting amplifier circuit 77 applies alternating voltages of opposite potentials synchronously. Since the piezoelectric signal from the phase correction circuit 75 is phase-corrected so that the offset voltage becomes 0, the piezoelectric signal applied to both the vibration canceling electrode films 64B in the X direction and the anti-X direction. The leakage vibration that occurs is reduced.
[0110]
By the way, the area of both the vibration canceling electrode films 64B is one-half or less of the detection flat plate portions 66A and 66B and larger than the area of the detection electrode film 64A. Therefore, the detection piezoelectric plates 62A and 62B facing the vibration canceling electrode films 64B, that is, the portions directly touching the respective vibration canceling electrode films 64B are provided with the “piezoelectric vibration gyro device 71 in the first embodiment”. The following effects can be obtained from (Formula 3) in "Explanation of the action of".
[0111]
Therefore, when the vibration canceling electrode film 64B vibrates the detection vibrating portion 56 with a certain size, the vibration canceling electrode film 64B of the present embodiment has the same area as the area of the detection electrode film 64A. The applied voltage of the piezoelectric signal to be used can be lower than in the case of using the vibration canceling electrode film 64B to reduce the leakage vibration. The lower the applied voltage of the piezoelectric signal applied to the vibration canceling electrode film 64B, the less the piezoelectric signal applied to the detection electrode film 64A is detected as noise through the detection electrode film 64A.
[0112]
Therefore, according to the piezoelectric vibration gyro 40 and the piezoelectric vibration gyro device 81 of the second embodiment, the same effects as the effects (1), (2), and (4) of the first embodiment can be obtained, and the following There is an effect.
[0113]
(1) In this embodiment, the lower end of the excitation vibration unit 55 is a fixed end, and the upper end of the excitation vibration unit 55 and the upper end of the detection vibration unit 56 are connected. And the lower end of the vibration part 56 for a detection was made into the free end. Therefore, this embodiment can be realized as the piezoelectric vibration gyro 40 in which the excitation vibration portion 55 is fixed.
[0114]
(2) In this embodiment, the detection vibration part 56 is disposed between the excitation flat parts 57A and 57B. Accordingly, since the detection vibration unit 56 is positioned below the upper end of the excitation vibration unit 55, the moment of inertia of the excitation vibration unit 55 is reduced. For this reason, when the excitation vibration part 55 elastically vibrates in the Y-axis direction, the detection vibration part 56 is bent in the Y-axis direction and hardly vibrates. Therefore, the detection vibration unit 56 efficiently elastically vibrates in the X-axis direction in accordance with the magnitude of the angular velocity Ω to be detected, so that it is difficult for an error to occur in the detection signals extracted from both the detection electrode films 64A. As a result, the detection accuracy of the angular velocity Ω is improved.
[0115]
(3) In addition, in the present embodiment, the length in the detection axis direction of the vibrator 45 is about the same length as the vertical plate portion 50 for the reason of (2) above. Therefore, the piezoelectric vibration gyro 40 can be downsized to about half of the piezoelectric vibration gyro 10.
[0116]
(4) In addition, in the present embodiment, the center of gravity of the piezoelectric vibrating gyroscope 40 is closer to the fixed end than the piezoelectric vibrating gyroscope 10 for the reason of (3) above, and therefore, the fixing is performed with a fixing degree that is not firmer than before. Can do. For this reason, fixation becomes easy.
[0117]
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric vibration gyro 85 and the piezoelectric vibration gyro device 71 of the third embodiment are modifications of the first embodiment. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment, and The detailed description is omitted, and only different points are described.
[0118]
In the first embodiment, the fixed end side is the excitation side, and the free end side is the detection side. However, the piezoelectric vibration gyro 85 of the present embodiment has the fixed end side as the detection side and the free end side as the excitation side.
[0119]
Therefore, in the piezoelectric vibration gyro 85 according to the present embodiment, the excitation flat plate portions 35A and 35B and the excitation electrode films 31A and 31B, the detection flat plate portions 36A and 36B, and the electrode film 34A are compared with the first embodiment. 34B is replaced and provided.
[0120]
Also in this case, if the length of the detection flat plate portions 36A and 36B is L and the width is W, the length of the vibration canceling electrode film 34A is substantially “2/5 of L” and the width is W. Has been. The length of the detection electrode film 34B is approximately “1/7 of L”, and the width is W. Also, the excitation frame 16 and the detection frame 17, the excitation vibration 25 and the detection vibration 26, the excitation flats 27A and 27B, the detection flats 28A and 28B, and the excitation piezoelectric plates 29A and 29B The detection piezoelectric plates 32A and 32B are also replaced.
[0121]
In this embodiment, the lower end of the frame 11 is fixed to a fixing member (not shown), and the upper end is a free end. Therefore, in the present embodiment, the lower end of the detection vibration unit 26 corresponds to a fixed end, and the upper end corresponds to a connection end connected to the excitation vibration unit 25. The upper end of the excitation vibration unit 25 corresponds to a free end, and the lower end corresponds to a connection end connected to the detection vibration unit 26.
[0122]
Further, in the piezoelectric vibration gyro device 71, the electrical connection relationship of the circuits 73, 74, 76, 77, and 78 to the electrode films 31A, 31B, 34A, and 34B is the same as that in the first embodiment.
[0123]
Therefore, in the piezoelectric vibration gyro 85 and the piezoelectric vibration gyro apparatus 71 according to the present embodiment, the excitation vibration unit 25 is driven in the Y and anti-Y directions, and the detection vibration unit 26 vibrates in the X and anti-X directions. The same operation as that of the first embodiment is achieved.
[0124]
Therefore, the piezoelectric vibration gyro 85 and the piezoelectric vibration gyro apparatus 71 according to the present embodiment have the same effects as (1), (2), and (4) of the first embodiment, and the following effects.
[0125]
(1) In this embodiment, the lower end of the detection vibration unit 26 is a fixed end, and the upper end of the detection vibration unit 26 and the lower end of the excitation vibration unit 25 are connected. And the upper end of the vibration part 25 for excitation was made into the free end. Therefore, this embodiment can be realized as the piezoelectric vibration gyro 10 in which the detection vibration unit 26 is fixed.
[0126]
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric vibration gyro 90 and the piezoelectric vibration gyro device 81 of the second embodiment are modifications of the second embodiment, and the same reference numerals are given to the same configurations as those of the second embodiment, The detailed description is omitted, and only different points are described.
[0127]
In the fourth embodiment, the fixed end side is the excitation side, and the free end side is the detection side. However, the piezoelectric vibration gyro 90 according to the present embodiment has the fixed end side as the detection side and the free end side as the excitation side.
[0128]
Therefore, in the piezoelectric vibration gyro 90 according to the present embodiment, the excitation flat plate portions 65A and 65B and the excitation electrode films 61A and 61B, the detection flat plate portions 66A and 66B, and the electrode films 64A and 64B are compared with the second embodiment. 64B is replaced and provided.
[0129]
Also in this case, if the length of the detection flat plate portions 66A and 66B is L and the width is W, the length of the detection electrode film 64A is approximately “1/7 of L” and the width is W. ing. The length of the vibration canceling electrode film 64B is approximately “2/5 of L” and the width is W. Also, the excitation bending portion 46 and the detection bending portion 47, the excitation vibration portion 55 and the detection vibration portion 56, the excitation flat portions 57A and 57B, the detection flat portions 58A and 58B, and the excitation piezoelectric plates 59A and 59B The detection piezoelectric plates 62A and 62B are also replaced.
[0130]
Also in this embodiment, the lower end of the first mass 42 is a fixed end fixed to a fixing member (not shown), and the lower end of the third mass 44 is a free end. Therefore, in the present embodiment, the lower end of the detection vibration unit 56 corresponds to a fixed end, and the upper end corresponds to a connection end connected to the excitation vibration unit 55. The lower end of the excitation vibration unit 55 corresponds to a free end, and the upper end corresponds to a connection end connected to the detection vibration unit 56.
[0131]
Further, in the piezoelectric vibration gyro device 81, the electrical connection relationship of the circuits 73, 74, 76, 77, 78 to the electrode films 61A, 61B, 64A, 64B is the same as that of the second embodiment.
[0132]
Therefore, in the piezoelectric vibration gyro 90 and the piezoelectric vibration gyro apparatus 81 according to the present embodiment, the excitation vibration unit 55 is driven in the X and anti-X directions, and the detection vibration unit 56 vibrates in the Y and anti-Y directions. The same effect as that of the second embodiment is achieved.
[0133]
Therefore, in the piezoelectric vibration gyro 90 and the piezoelectric vibration gyro apparatus 81 of the present embodiment, (1), (2), (4) of the first embodiment and (2) to (4) of the second embodiment. As well as the same effects, the following effects.
[0134]
(1) In the present embodiment, the lower end of the detection vibration unit 56 is a fixed end, and the upper end of the detection vibration unit 56 and the upper end of the excitation vibration unit 55 are connected. And the lower end of the vibration part 55 for excitation was made into the free end. Therefore, this embodiment can be realized as the piezoelectric vibration gyro 40 in which the detection vibration unit 56 is fixed.
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be embodied by changing to the following other embodiments.
[0135]
In the first and third embodiments, the vibration canceling electrode film 34A is formed in a region corresponding to the upper region of the detection flat portions 28A and 28B in the detection piezoelectric plates 32A and 32B. The detection electrode film 34B is formed in a region corresponding to the lower region of the detection flat portions 28A and 28B in the detection piezoelectric plates 32A and 32B. Not limited to this, the vibration canceling electrode film 34A is formed in a region corresponding to the lower region of the detection flat portions 28A and 28B in the detection piezoelectric plates 32A and 32B. The detection electrode film 34B may be formed in a region corresponding to the upper region of the detection flat portions 28A and 28B in the detection piezoelectric plates 32A and 32B. In this case, in the piezoelectric vibration gyro device 71, the electrical connection relationship between the vibration canceling electrode film 34A and the circuits 76 and 77, and the electrical connection relationship between the detection electrode film 34B and the differential circuit 78 are the first and the second. The same as in the third embodiment. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said 1st, 3rd embodiment.
[0136]
In the second and fourth embodiments, the vibration canceling electrode film 64B is formed in a region corresponding to the lower region of the detection flat portions 58A and 58B in the detection piezoelectric plates 62A and 62B. The detection electrode film 64A is formed in a region corresponding to the upper region of the detection flat portions 58A and 58B in the detection piezoelectric plates 62A and 62B. Not limited to this, the vibration canceling electrode film 64B is formed in a region corresponding to the upper region of the detection flat portion 58A in the detection piezoelectric plates 62A and 62B. Then, the detection electrode film 64A may be formed in a region corresponding to a lower region of the detection flat portion 58A in the detection piezoelectric plates 62A and 62B. In this case, in the piezoelectric vibration gyro device 81, the electrical connection relationship between the vibration canceling electrode film 64B and the circuits 76 and 77, and the electrical connection relationship between the detection electrode film 64A and the differential circuit 78 are the second and second described above. The same as in the fourth embodiment. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said 2nd, 4th embodiment.
[0137]
In the first and third embodiments, when the length of the detection flat plate portions 36A and 36B is L and the width is W, the length of the vibration canceling electrode film 34A is approximately “5 minutes of L 2 ”and the width was W. Further, the length of the detection electrode film 34B was approximately “1/7 of L”, and the width was W. As a result, the area of the vibration canceling electrode film 34A is less than half the area of the detection flat plate portions 36A and 36B and larger than the area of the detection electrode film 34B. The area of the vibration canceling electrode film 34A is not limited to this, and the length of the vibration canceling electrode film 34A is less than half the area of the detection flat plate portions 36A and 36B and wider than the area of the detection electrode film 34B. It is not necessary to set the width to about “2/5 of L” and the width. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said 1st, 3rd embodiment.
[0138]
Such a change may be adopted in the second and fourth embodiments. Even if it does in this way, there exists an effect similar to the said 2nd, 4th embodiment.
[0139]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to suppress the noise generated from the vibration canceling electrode as much as possible and output a detection signal with less noise from the detecting electrode.
[0140]
According to the second aspect of the present invention, when the vibration canceling electrode suppresses the leakage vibration generated in the detection flat plate portion, the “length is the same and the width is the full width of the piezoelectric portion of the detection flat plate portion. Compared with the “vibration canceling electrode that is not provided”, leakage vibration can be suppressed by applying a small piezoelectric signal.
[0141]
According to the third aspect of the present invention, it can be realized as a piezoelectric vibration gyro in which the vibration part for excitation is fixed.
According to the fourth aspect of the invention, it can be realized as a piezoelectric vibration gyro in which the detection vibration part is fixed.
[0142]
According to the fifth aspect of the present invention, the detection electrode in the piezoelectric vibration gyro according to any one of the first to fourth aspects is less affected by noise generated from the vibration canceling electrode. In addition, leakage vibration can be suppressed by controlling each circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to a first embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibration gyro according to the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a frame body according to the first embodiment (a perspective view of a metal plate member).
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of a piezoelectric vibration gyro.
FIG. 5 is an electric circuit diagram of the piezoelectric vibration gyro device in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a generated voltage.
FIG. 7A is a perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to a second embodiment. FIG. 6B is a front view of the excitation piezoelectric plate 59B. (C) is a front view of the detection piezoelectric plate 62B.
FIG. 8 is an exploded perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to a second embodiment.
FIG. 9 is an electric circuit diagram of the piezoelectric vibration gyro device in the second embodiment.
FIG. 10 is an exploded perspective view of a frame body according to a second embodiment (perspective view of a metal plate member).
FIG. 11 is a perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to a third embodiment.
FIG. 12 is a perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a perspective view of a piezoelectric vibration gyro according to the prior art.
[Explanation of symbols]
10, 40, 85, 90... Piezoelectric vibration gyro, 25, 55... Excitation vibration part, 26, 56... Detection vibration part, 29A, 29B, 59A, 59B ... Excitation piezoelectric plate as piezoelectric part, 31A, 61A ... excitation electrode film as first excitation electrode, 31B, 61B ... excitation electrode film as second excitation electrode, 32A, 32B, 62A, 62B ... detection piezoelectric plate as piezoelectric part, 34A ... first Vibration cancellation electrode film (detection piezoelectric plate 32A side) as a vibration cancellation electrode, 34A... Vibration cancellation electrode film (detection piezoelectric plate 32B side) as a second vibration cancellation electrode, 64B. Vibration canceling electrode film as detection electrode (detection piezoelectric plate 62B side), 64B... Vibration cancellation electrode film as detection vibration canceling electrode (detection piezoelectric plate 62A side), 34B, 64A. Detection electrode 35A, 35B, 65A, 65B: Excitation flat plate portion, 36A, 36B, 66A, 66B ... Detection flat plate portion, 71, 81 ... Piezoelectric vibration gyro device, 72 ... Oscillation circuit, 73 ... Inversion as first inversion circuit Amplifier circuit 74: Non-inverting amplifier circuit as first non-inverting circuit 78: Differential circuit 75: Phase correction circuit 76: Inverting amplifier circuit as second inverting circuit 77: Second non-inverting circuit Non-inverting amplifier circuit.