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WO2013108804A1 - 振動ジャイロ - Google Patents

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WO2013108804A1
WO2013108804A1 PCT/JP2013/050717 JP2013050717W WO2013108804A1 WO 2013108804 A1 WO2013108804 A1 WO 2013108804A1 JP 2013050717 W JP2013050717 W JP 2013050717W WO 2013108804 A1 WO2013108804 A1 WO 2013108804A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection
axis
beams
vibration
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/050717
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
持田洋一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of WO2013108804A1 publication Critical patent/WO2013108804A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion

Definitions

  • the present invention relates to a vibrating gyroscope that can detect angular velocities around two or three axes of an orthogonal coordinate system.
  • it is driven to vibrate (drive vibration) in the in-plane direction of the substrate that supports the vibrator, and an angular velocity acts around two axes in the substrate surface, so that an axis orthogonal to the two axes that detect the angular velocity Vibration (detection vibration) due to the Coriolis force occurs along the axis, and vibration (drive) in the in-plane direction of the support gyro that can detect angular velocities around the two axes of the Cartesian coordinate system and the support substrate
  • vibration (detection vibration) due to Coriolis force is generated along an axis orthogonal to the two axes for detecting the angular velocity.
  • the axis along the normal direction (thickness direction) of the substrate supporting the vibrating gyroscope is the Z axis of the orthogonal coordinate system
  • the two axes of the orthogonal coordinate system orthogonal to the Z axis are the X axis and the Y axis explain.
  • FIG. 11A is an XY plane plan view of the vibrating gyroscope 101 according to the first conventional example (see, for example, Patent Document 1).
  • the vibration gyro 101 includes a substrate 102, a support unit 103, drive mass units 104 to 107, a connecting beam 108, vibration generation units 109 to 112, detection units 113 to 116, detection beams 117 to 120, and displacement detection. Parts 121 to 124 and vibration monitor parts 129 to 132 are provided.
  • the substrate 102 is formed in a rectangular flat plate shape in plan view with a material such as glass, and extends horizontally along the X-axis and Y-axis directions.
  • the supporting portion 103 On the substrate 102, for example, by etching a conductive low resistance silicon substrate or the like, the supporting portion 103, the driving mass portions 104 to 107, the connecting beam 108, the detecting portions 113 to 116, and the detecting beams 117 to 116 are performed. 120 etc. are formed.
  • the support part 103 is fixed to the surface of the substrate 102.
  • driving mass portions 104 to 107, a connecting beam 108, detection portions 113 to 116, and detection beams 117 to 120 are provided in a state of floating from the substrate 102.
  • the vibration monitor units 129 to 132 detect displacements of the drive mass units 104 to 107 in the vibration direction.
  • the driving mass units 104 to 107 are opposed to the surface of the substrate 102 with a gap, and are point-symmetric with respect to the central part where the support part 103 is provided, every 90 ° with respect to the circumferential direction surrounding the central part. They are arranged at equal intervals. For this reason, the driving mass units 104 and 105 are arranged in a first driving axis direction inclined by 45 ° from the X axis (along a diagonal line passing through two corners on the side where the driving mass units 104 and 105 of the substrate 102 are arranged). And are opposed to each other across the center.
  • the driving mass units 106 and 107 are inclined by ⁇ 45 ° from the X axis in the second driving axis direction perpendicular to the first driving axis (on the side where the driving mass units 106 and 107 of the substrate 102 are arranged). Are arranged along a diagonal line passing through the two corners) and face each other across the center.
  • the drive mass units 104 to 107 are formed in a substantially square shape, and the square corner portions of the drive mass units 104 to 107 are connected to the connecting beam 108 and the drive mass units 104 to 107 are driven to vibrate. It has become a fulcrum of.
  • the connecting beam 108 is formed in a substantially rectangular elongated frame shape, and connects the corner portions of the driving mass portions 104 to 107 to each other.
  • the connecting beam 108 is adjusted so that the drive amplitudes and phases of the drive mass units 104 to 107 are the same.
  • the vibration generators 109 to 112 are constituted by a movable drive electrode formed on the outer edge side of the drive mass units 104 to 107 and a fixed drive electrode formed on the substrate 102.
  • the movable drive electrode and the fixed drive electrode are constituted by comb-like electrodes. Therefore, the vibration generating units 109 to 112 drive and vibrate the driving mass units 104 to 107, respectively, by an electrostatic force generated between the movable side driving electrode and the fixed side driving electrode. Due to the vibration generators 109 and 110, the drive mass units 104 and 105 vibrate in the second drive axis direction in mutually opposite phases. Due to the vibration generators 111 and 112, the drive mass units 106 and 107 vibrate in the first drive axis direction in opposite phases.
  • the vibration generators 109 to 112 vibrate the four drive mass units 104 to 107 in the circumferential direction surrounding the central portion in a state where the drive mass units 104 to 107 adjacent in the circumferential direction are in opposite phases. For this reason, when the drive mass units 104 and 106 approach each other, the drive mass units 105 and 107 approach each other, and the drive mass units 104 and 106 and the drive mass units 105 and 107 move away from each other. On the other hand, when the driving mass units 104 and 107 approach, the driving mass units 105 and 106 approach each other, and the driving mass units 104 and 107 and the driving mass units 105 and 106 move away from each other.
  • the detecting units 113 to 116 are respectively positioned between the driving mass units 104 to 107 and connected to the connecting beam 108.
  • the detectors 113 to 116 have a point-symmetric shape with the center portion as the center, and face the surface of the substrate 102 with a gap.
  • a midway portion in the length direction is connected to an intermediate portion of the side of the connecting beam 108, and a base end side portion is connected to the detection beams 117 to 120.
  • the detection beams 117 to 120 are connected to the support portion 103 and the base end portions of the detection portions 113 to 116, and connect the support portion 103 and the connection beam 108 via the detection portions 113 to 116. .
  • the detection beams 117 to 120 support the connecting beam 108, the driving mass units 104 to 107, and the detection units 113 to 116 in a vibrable state around two axes of the X axis and the Y axis.
  • the vibrating gyroscope 101 when an angular velocity around the X axis is applied, components around the first drive axis among the angular velocities around the X axis act on the drive mass units 104 and 105 that vibrate in the second drive axis direction. In response to this component, a Coriolis force is generated in the Z-axis direction (substrate thickness direction). At this time, a component around the second drive axis among the angular velocities around the X axis acts on the drive mass units 106 and 107 that vibrate in the first drive axis direction. Coriolis force toward (thickness direction) is generated.
  • the detection units 113 to 116 vibrate in the Z-axis direction at both ends in the Y-axis direction with the X axis passing through the center as the center. That is, the detection units 115 and 116 are displaced in the Z-axis direction of the substrate 102.
  • the angular velocity around the Y axis acts, the components around the first drive axis among the angular velocities around the Y axis act on the drive mass units 104 and 105 that vibrate in the second drive axis direction. Coriolis force is generated in the Z-axis direction (substrate thickness direction) according to the component.
  • a component around the second drive axis among the angular velocities around the Y axis acts on the drive mass units 106 and 107 that vibrate in the first drive axis direction. Coriolis force toward (thickness direction) is generated.
  • the detection units 113 to 116 vibrate in the Z-axis direction at both ends in the X-axis direction around the Y-axis passing through the center. That is, the detection units 113 and 114 are displaced in the Z-axis direction of the substrate 102.
  • the displacement detectors 121 to 124 detect that the detectors 113 to 116 are displaced in the thickness direction of the substrate 102 when the detectors 113 to 116 vibrate around the X axis and the Y axis, respectively.
  • the displacement detectors 121 to 124 are configured by a movable side detection electrode provided in the detectors 113 to 116 and a fixed side detection electrode fixed to a cover plate (not shown).
  • the cover plate is disposed above the substrate 102, and the fixed detection electrode is displaced in the thickness direction of the substrate 102 with respect to the movable detection electrode.
  • the movable side detection electrode and the fixed side detection electrode are constituted by comb-like electrodes.
  • the displacement detectors 121 to 124 when the detectors 113 to 116 are displaced in the Z-axis direction by the angular velocity around the X-axis or Y-axis, the displacement amount between the movable-side detection electrode and the fixed-side detection electrode. Detect by the change in capacitance between.
  • the vibration gyro 101 uses an electrostatic force as a driving force
  • the driving electrodes of the vibration generators 109 to 112 need to be configured by a large number of comb-like electrodes in order to obtain a desired driving force.
  • the vibration gyro 101 uses a capacitance for detecting the angular velocity, in order to obtain high sensitivity, the detection electrodes of the displacement detectors 121 to 124 need to be composed of a large number of comb-like electrodes. There is. For this reason, it is difficult to reduce the size of the vibration gyro 101.
  • the vibration gyro 101 when the detection units 113 to 116 are displaced in the Z-axis direction by the angular velocity around the X-axis or the Y-axis, the amount of displacement is determined between the movable detection electrode and the fixed detection electrode. Since detection is performed based on a change in capacitance, the fixed-side detection electrode and the movable-side detection electrode constituting the displacement detection units 121 to 124 need to be displaced in the thickness direction of the substrate 102. For this reason, a complicated manufacturing process is required to form the fixed detection electrode and the movable detection electrode.
  • FIG. 11B is a perspective view of a vibrating gyroscope 201 according to a second conventional example (for example, see Patent Document 2).
  • the vibration gyro 201 includes a base 202, detection beams 203a to 203d, and a frame 206.
  • the base 202 is located at the center of the vibration gyro 201.
  • Each of the detection beams 203a to 203d extends in a cross shape from the base portion 202.
  • One end of each of the detection beams 203 a to 203 d is connected to the base 202, and the other end is connected to the frame body 206.
  • the frame 206 has a substantially square shape in plan view, and is constituted by drive beams 205a to 205d that connect the respective corners 204a to 204d located at the apexes of the substantially square.
  • the driving beams 205a to 205d are integrally provided with masses 207a to 207d, respectively.
  • the masses 207a to 207d are constituted by a pair of auxiliary masses provided so as to sandwich the drive beams 205a to 205d in the central portions of the drive beams 205a to 205d.
  • Driving piezoelectric elements 210 to 213 are provided on the surfaces of the driving beams 205a to 205d.
  • the driving piezoelectric elements 210 to 213 are each constituted by a pair of piezoelectric elements arranged in parallel with each other along the extending direction of the driving beams 205a to 205d.
  • a driving voltage is applied to the driving piezoelectric elements 210 to 213, the driving piezoelectric elements 210 to 213 expand and contract.
  • the driving beams 205a to 205d are driven by the driving piezoelectric elements 210 to 213 so as to move toward the base 202 and away from the base 202 along the plane including the frame body 206 and the masses 207a to 207d. It is alternately displaced periodically and vibrates in the same phase.
  • Detecting piezoelectric elements 214 to 217 are provided on the surfaces of the detecting beams 203a to 203d.
  • the detection piezoelectric elements 214 to 217 are each composed of a pair of piezoelectric elements arranged in parallel with each other along the extending direction of the detection beams 203a to 203d.
  • the detection piezoelectric elements 214 to 217 detect the displacement of the detection beams 203a to 203d due to the Coriolis force generated when an angular velocity around the Z-axis direction is applied to the vibration gyro 201.
  • the masses 207a to 207d are oriented perpendicular to the vibration direction of the driving vibration.
  • Displacement (vibration) based on Coriolis force occurs in the direction parallel to the extending direction of the driving beams 205a to 205d in a stationary state.
  • the displacement (vibration) based on the Coriolis force propagates to the detection beams 203a to 203d via the drive beams 205a to 205d and the corners 204a to 204d of the frame 206, and vibrates the detection beams 203a to 203d.
  • the vibration displacement is detected by the detection piezoelectric elements 214 to 217 provided on the detection beams 203a to 203d.
  • the vibration gyro 201 since the angular velocity is detected using a piezoelectric element instead of a comb-like electrode, the vibration gyro can be downsized and can be manufactured by a simple manufacturing process.
  • the vibration gyro 201 described above cannot detect angular velocities around two axes like the vibration gyro 101, and can detect only angular velocities around one axis.
  • the detection beams 203a to 203d are displaced in the in-plane direction perpendicular to the Z axis by Coriolis force generated when an angular velocity around the Z axis direction is applied to the vibrating gyroscope 201.
  • the detection vibration is defined by the width of the detection beams 203a to 203d
  • the width of the detection beams 203a to 203d cannot be increased freely. Therefore, the area of the piezoelectric element cannot be increased in order to increase the detection sensitivity, and it is difficult to increase the detection sensitivity.
  • an object of the present invention is to detect angular velocities around two axes or three axes of a rectangular coordinate system using a piezoelectric element, which is easy to downsize and can be manufactured with a simple manufacturing process.
  • the object is to realize a vibration gyro with high angular velocity detection sensitivity.
  • the vibrating gyroscope according to the present invention is viewed in plan view so as to extend in a first direction or a second direction orthogonal to the first direction from the fixed portion, and a fixed portion located in the center in plan view.
  • the four detection beams provided in a cross shape, the four mass beams disposed between the four detection beams and arranged in point symmetry with respect to the fixed portion, the four detection beams, and 4 It is connected to the four mass parts, and is provided on the vibration transmission beam supporting the four mass parts so as to vibrate, and the vibration transmission beam, toward the circumferential direction surrounding the fixed part,
  • the piezoelectric element for a drive which vibrates four mass parts in the opposite direction to an adjacent mass part, and the piezoelectric element for a detection provided in the four detection beams are provided.
  • the vibration transmission beam includes a drive beam and a support beam
  • the drive beam has an end connected to the mass portion and is inclined at 45 ° or ⁇ 45 ° from the first direction.
  • the support beam is provided so that the end thereof is connected to the detection beam and extends in parallel with the detection beam.
  • the support beam has a U-shaped planar shape.
  • the vibration gyro described above further includes a support substrate that supports the fixed portion and a detection piezoelectric element that is provided on a part of the beam for vibration transmission and detects an angular velocity around an axis perpendicular to the support substrate. It is preferable.
  • the vibration gyro can be miniaturized and manufactured by a simple manufacturing process because it is driven not by the comb-like electrode but by the driving piezoelectric element and the angular velocity is detected by the detecting piezoelectric element. be able to.
  • the mass part is driven and vibrated in the circumferential direction in the opposite phase to the adjacent mass parts, the four detection beams arranged in the middle of the mutually adjacent mass parts hardly vibrate. .
  • the detection beam is bent in the Z-axis direction by Coriolis force, a large stress acts on the detection piezoelectric element disposed on the surface of the detection beam, and the detection signal output from the detection piezoelectric element is increased. Can do. Further, by adjusting the vibration mode in the in-plane direction of the substrate and arranging the electrode at an optimal position, the angular velocities around the two axes or the three axes of the orthogonal coordinate system can be detected separately.
  • FIG. 6 is a contour diagram schematically showing stress in the Z-axis direction when an angular velocity around the X-axis acts on the vibration gyro according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a contour diagram schematically showing stress in the Y-axis direction when an angular velocity around the X-axis acts on the vibration gyro according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vibrating gyroscope 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view of the XY plane of the vibrating gyroscope 1.
  • FIG. 1B is an XY plane plan view in which a part of the vibrating gyroscope 1 is enlarged and displayed.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view along the XZ plane of the vibrating gyroscope 1 at the position indicated by the alternate long and short dash line A-A ′ in FIG.
  • the vibration gyro 1 includes driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, 12B2, 12C1, 12C2, 12D1, and 12D2, detecting piezoelectric elements 13A, 13B, 13C, and 13D, a fixing portion 21, and detection beams 22A and 22B. 22C, 22D, drive beams 23A1, 23A2, 23B1, 23B2, 23C1, 23C2, 23D1, 23D2, connecting beams 24A1, 24A2, 24B1, 24B2, 24C1, 24C2, 24D1, 24D2, and support beams 25A1, 25A2, 25B1 , 25B2, 25C1, 25C2, 25D1, 25D2 and mass parts 26A, 26B, 26C, 26D.
  • the mass parts 26A to 26D constitute a vibrator.
  • the fixed portion 21, the detection beams 22A to 22D, the drive beams 23A1 to 23D2, the connection beams 24A1 to 24D2, the support beams 25A1 to 25D2, and the mass portions 26A to 26D are formed by, for example, etching silicon. Is formed.
  • the axis along the normal direction (thickness direction) of the fixed portion 21 will be described as the Z axis of the orthogonal coordinate system, and the two axes of the orthogonal coordinate system orthogonal to the Z axis will be described as the X axis and the Y axis.
  • the fixed portion 21 has a square shape with four sides parallel to the X axis or the Y axis, and is located in the center of the vibrating gyroscope 1 in plan view.
  • the fixing portion 21 is supported by a support substrate (not shown). Specifically, the fixing portion 21 is fixed to the surface of a support substrate (not shown). Accordingly, the detection beams 22A to 22D, the drive beams 23A1 to 23D2, the connection beams 24A1 to 24D2, the support beams 25A1 to 25D2, and the mass portions 26A to 26D are provided in a state of floating from the support substrate.
  • the support substrate is formed in a flat plate shape from ceramic, resin, silicon, glass material, or the like, and extends horizontally along the X-axis and Y-axis directions.
  • each of the detection beams 22A to 22D is connected to the vicinity of the center of each side of the fixed part 21, and a plan view is formed from the end along a direction perpendicular to each side of the fixed part 21. It is provided to extend in a cross shape.
  • the detection beam 22A is provided so as to extend from the fixed portion 21 along the Y-axis direction.
  • the detection beam 22B is provided so as to extend from the fixed portion 21 to the opposite side of the detection beam 22A along the Y-axis direction.
  • the detection beam 22C is provided so as to extend from the fixed portion 21 along the X-axis direction.
  • the detection beam 22D is provided so as to extend from the fixed portion 21 along the X-axis direction to the opposite side of the detection beam 22C.
  • the mass portions 26A to 26D are opposed to the surface of the support substrate with a gap, and are disposed between the detection beams 22A to 22D at a point-symmetrical position with respect to the center (fixed portion 21) of the vibrating gyroscope 1. ing. Further, the mass portions 26A to 26D are arranged at equal intervals from each other every 90 ° with respect to the circumferential direction surrounding the center of the vibrating gyroscope 1.
  • the mass portions 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> C are arranged along an axis inclined by 45 ° from the X axis, and face each other with the center of the vibration gyro 1 interposed therebetween.
  • the mass portions 26B and 26D are disposed along an axis inclined by ⁇ 45 ° from the X axis, and face each other with the center of the vibrating gyroscope 1 interposed therebetween.
  • the planar shape of the mass portions 26A to 26D is a substantially U-shape in which a recess is formed on the center side of the vibrating gyroscope 1.
  • the end portions of the driving beams 23A1 and 23C2 are connected to the concave portion of the mass portion 26A.
  • the end portions of the driving beams 23B2 and 23C1 are connected to the concave portion of the mass portion 26B.
  • the end portions of the drive beams 23B1 and 23D2 are connected to the concave portion of the mass portion 26C.
  • the end portions of the driving beams 23A2 and 23D1 are connected to the concave portion of the mass portion 26D.
  • the portions where the driving beams in the concave portions of the mass portions 26A to 26D and the coupling beams 24A1 to 24D2 are connected serve as fulcrums when the mass portions 26A to 26D are driven to vibrate.
  • the drive beams 23A1 to 23D2, the connection beams 24A1 to 24D2, and the support beams 25A1 to 25D2 are connected to form a vibration transmission beam.
  • the drive beam 23A1, the connection beam 24A1, and the support beam 25A1 are connected between the mass portion 26A and the detection beam 22A.
  • the drive beam 23A2, the connection beam 24A2, and the support beam 25A2 are connected between the mass portion 26D and the detection beam 22A.
  • the drive beam 23B1, the connection beam 24B1, and the support beam 25B1 are connected between the mass portion 26C and the detection beam 22B.
  • the drive beam 23B2, the coupling beam 24B2, and the support beam 25B2 are coupled between the mass portion 26B and the detection beam 22B.
  • the drive beam 23C1, the connection beam 24C1, and the support beam 25C1 are connected between the mass portion 26B and the detection beam 22C.
  • the drive beam 23C2, the connection beam 24C2, and the support beam 25C2 are connected between the mass portion 26A and the detection beam 22C.
  • the drive beam 23D1, the connection beam 24D1, and the support beam 25D1 are connected between the mass portion 26D and the detection beam 22D.
  • the drive beam 23D2, the connection beam 24D2, and the support beam 25D2 are connected between the mass portion 26C and the detection beam 22D.
  • the driving beams 23A1 and 23C2 are provided so as to extend along an axis inclined by 45 ° from the X axis, and one end thereof is connected to the mass part 26A.
  • the drive beams 23B2 and 23C1 are provided so as to extend along an axis inclined by ⁇ 45 ° from the X axis, and one end thereof is connected to the mass part 26B.
  • the drive beams 23B1 and 23D2 are provided so as to extend along an axis inclined by 45 ° from the X axis, and one end thereof is connected to the mass portion 26C.
  • the drive beams 23A2 and 23D1 are provided so as to extend along an axis inclined by ⁇ 45 ° from the X axis, and one end thereof is connected to the mass part 26D.
  • the driving beams 23A1 to 23D2 support the mass portions 26A to 26D so that they can vibrate in the circumferential direction surrounding the center of the vibrating gyroscope 1.
  • the drive beams 23A1 to 23D2 are provided so as to extend outward from the vicinity of the center of the vibration gyro 1 and are connected to the mass parts 26A to 26D, so that the mass parts 26A to 26D pass through the center of the vibration gyro 1.
  • the fulcrum when vibrating in the surrounding circumferential direction can be in the vicinity of the connecting portion between the driving beam and the connecting beam, and the amplitude of vibration of the driving beams 23A1 to 23D2 can be increased.
  • the planar shape of the support beams 25A1 to 25D2 is U-shaped.
  • One end of the support beam 25A1 is connected to the end of the detection beam 22A on the Y-axis side, and the other end is connected to the connection beam 24A1.
  • One end of the support beam 25A2 is connected to the end of the detection beam 22A on the Y-axis side, and the other end is connected to the connection beam 24A2.
  • One end of the support beam 25B1 is connected to the end of the detection beam 22B on the Y-axis side, and the other end is connected to the connection beam 24B1.
  • One end of the support beam 25B2 is connected to the end of the detection beam 22B on the Y-axis side, and the other end is connected to the connection beam 24B2.
  • the support beam 25C1 has one end connected to the X-axis end of the detection beam 22D and the other end connected to the connection beam 24D1.
  • One end of the support beam 25D2 is connected to the X-axis end of the detection beam 22C, and the other end is connected to the connection beam 24C2.
  • the support beam 25D1 has one end connected to the X-axis end of the detection beam 22D and the other end connected to the connection beam 24D1.
  • One end of the support beam 25D2 is connected to the X-axis end of the detection beam 22D, and the other end is connected to the connection beam 24D2.
  • the configuration of the support beams 25A1 to 25D2 will be described using the support beams 25A1 and 25C2 whose configuration is enlarged and shown in FIG.
  • the support beams 25 ⁇ / b> A ⁇ b> 1 and 25 ⁇ / b> C ⁇ b> 2 include a first beam portion 31, a second beam portion 32, and a third beam portion 33.
  • One end portion of the first beam portion 31 is connected to the end portions of the detection beams 22 ⁇ / b> A and 22 ⁇ / b> C, and the other end portion is connected to the second beam portion 32.
  • the first beam portion 31 is provided so as to extend in parallel with the connected detection beams 22A and 22C.
  • the second beam portion 32 connects the first beam portion 31 and the third beam portion 33 and is provided so as to extend parallel to the X axis and the Y axis.
  • the third beam portion 33 has one end connected to the second beam 32 and the other end connected to the connecting beams 24A1 and 24C2.
  • the third beam portion 33 is provided so as to extend in parallel with the first beam portion 31. That is, the third beam portion 33 is provided so as to extend in parallel with the detection beams 22A and 22C to which the first beam portion 31 is connected.
  • the support beams 25A2, 25B1, 25B2, 25C1, 25D1, and 25D2 shown in FIG. 1A are also similar to the support beams 25A1 and 25C2, and the first beam portion 31, the second beam portion 32, 3 beam portions 33.
  • the reference numerals of the first beam portion 31, the second beam portion 32, and the third beam portion 33 are omitted.
  • the support beams 25A1 to 25D2 since the planar shape is U-shaped, the length of the beam is increased without increasing the size of the vibrating gyroscope 1.
  • the connecting beams 24A1 to 24D2 connect the driving beams 23A1 to 23D2 and the support beams 25A1 to 25D2, and are provided so as to extend in parallel with the X axis and the Y axis.
  • the driving piezoelectric elements 12A1 to 12D2 and the detecting piezoelectric elements 13A to 13D are an upper electrode, a lower electrode, and a piezoelectric element disposed between the upper electrode and the lower electrode. It has a body layer and a pad formed on the fixing portion 21.
  • the piezoelectric layer is a thin film made of any piezoelectric material such as aluminum nitride, lead zirconate titanate, potassium sodium niobate, and zinc oxide.
  • the lower electrode is connected to the ground.
  • the top electrodes of the driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, and 12B2 are connected to a first driving terminal (not shown), and the driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, and 12B2 have a predetermined resonance frequency (driving vibration). Alternating voltage) is applied.
  • the top electrodes of the driving piezoelectric elements 12C1, 12C2, 12D1, and 12D2 are connected to a second driving terminal (not shown), and the driving piezoelectric elements 12C1, 12C2, 12D1, and 12D2 include the driving piezoelectric element 12A1. , 12A2, 12B1, and 12B2 are applied with an alternating voltage whose phase is opposite to that of the alternating voltage.
  • Upper surface electrodes of the detection piezoelectric elements 13A to 13D are connected to a detection terminal (not shown).
  • the driving piezoelectric elements 12A1 to 12D2 are formed on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beams 22A to 22D, and the support beams 25A1 to 25D2.
  • the driving piezoelectric element 12A1 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22A, and the first beam portion 31 of the support beam 25A1 so as to extend along the Y axis, and a second portion of the support beam 25A1.
  • the driving piezoelectric element 12A2 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22A, and the first beam portion 31 of the support beam 25A2 so as to extend along the Y axis, and a second portion of the support beam 25A2.
  • the driving piezoelectric element 12B1 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22B, and the first beam portion 31 of the support beam 25B1 so as to extend along the Y axis, and a second portion of the support beam 25B1.
  • the driving piezoelectric element 12B2 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22B, and the first beam portion 31 of the support beam 25B2 so as to extend along the Y axis, and a second portion of the support beam 25B2. A portion provided on the surface of the beam portion 32 so as to extend along the X-axis, and the end of the third beam portion 33 of the support beam 25B2 from the end on the second beam portion 32 side to the surface of the central portion. And a portion provided so as to extend along the axis, and is disposed on the inner peripheral side of the U-shaped support beam 25B2.
  • the driving piezoelectric element 12C1 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22C, and the first beam portion 31 of the support beam 25C1 so as to extend along the X axis, and a second portion of the support beam 25C1.
  • the driving piezoelectric element 12C2 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22C, and the first beam portion 31 of the support beam 25C2 so as to extend along the X axis, and a second portion of the support beam 25C2.
  • the driving piezoelectric element 12D1 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22D, and the first beam portion 31 of the support beam 25D1 so as to extend along the X axis, and a second portion of the support beam 25D1.
  • the driving piezoelectric element 12D2 includes a portion provided on the surfaces of the fixed portion 21, the detection beam 22D, and the first beam portion 31 of the support beam 25D2 so as to extend along the X axis, and a second portion of the support beam 25D2.
  • the detection piezoelectric elements 13A to 13D are formed on the surfaces of the fixed portion 21 and the detection beams 22A to 22D.
  • the detecting piezoelectric element 13A is provided between the driving piezoelectric elements 12A1 and 12A2 and on the surfaces of the fixed portion 21 and the detecting beam 22A so as to extend along the Y axis.
  • the detecting piezoelectric element 13B is provided between the driving piezoelectric elements 12B1 and 12B2 and on the surfaces of the fixed portion 21 and the detecting beam 22B so as to extend along the Y axis.
  • the detection piezoelectric element 13C is provided between the driving piezoelectric elements 12C1 and 12C2 and on the surfaces of the fixed portion 21 and the detection beam 22C so as to extend along the X axis.
  • the detection piezoelectric element 13D is provided between the driving piezoelectric elements 12D1 and 12D2 and on the surfaces of the fixed portion 21 and the detection beam 22D so as to extend along the X axis.
  • FIG. 2 is a contour diagram schematically showing stress in the X-axis direction generated on the surface of the vibrator in a state where the vibrating gyroscope 1 is driven to vibrate.
  • alternating voltages having opposite phases are applied to the driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, 12B2 and the driving piezoelectric elements 12C1, 12C2, 12D1, 12D2 from the first and second driving terminals. .
  • the driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, 12B2 extend in the longitudinal direction and the driving piezoelectric elements 12C1, 12C2, 12D1, 12D2 contract in the longitudinal direction, and the driving piezoelectric elements 12A1, 12A2, 12B1, 12B2 Is contracted in the longitudinal direction and the driving piezoelectric elements 12C1, 12C2, 12D1, and 12D2 are alternately extended in the longitudinal direction, and the driving piezoelectric elements 12A1 to 12D2 are deformed and vibrated.
  • the mass portions 26A to 26D are vibrated in the XY in-plane direction via the 23D2.
  • the mass portions 26A to 26D vibrate in the circumferential direction surrounding the center of the vibrating gyroscope 1 with the mass portions adjacent in the circumferential direction being in opposite phases.
  • the mass parts 26A and 26C vibrate in the opposite phase in the direction inclined 45 ° from the X axis, and the mass parts 26B and 26D vibrate in the opposite phase in the direction inclined ⁇ 45 ° from the X axis. For this reason, when the mass parts 26A and 26D approach each other, the mass parts 26B and 26C approach each other, the mass parts 26A and 26B move away from each other, and the mass parts 26C and 26D move away from each other. On the other hand, when the mass parts 26A and 26D move away from each other, the mass parts 26B and 26C move away from each other, the mass parts 26A and 26B approach each other, and the mass parts 26C and 26D approach each other.
  • the detection beams 22A to 22D that are arranged in the middle of the mass portions that are adjacent to each other in the circumferential direction and vibrate in opposite phases do not vibrate at the time of driving vibration. Unnecessary signals due to distortion generated in the detection piezoelectric elements 13A to 13D due to driving vibration can be reduced.
  • FIG. 3 is a contour diagram schematically showing stress in the Z-axis direction generated on the surface of the vibrator when an angular velocity around the X-axis acts on the vibration gyro 1 in the driving state shown in FIG. is there.
  • FIG. 4 is a contour diagram schematically showing stress in the Y-axis direction generated on the surface of the vibrator when an angular velocity around the X-axis acts on the vibration gyro 1 in the driving state shown in FIG. is there.
  • the mass portions 26A and 26D have velocity components in the Y-axis positive direction due to the drive vibration, and therefore the Coriolis in the Z-axis positive direction. Receive power.
  • the mass parts 26B and 26C have a velocity component in the negative Y-axis direction due to drive vibration, they receive Coriolis force in the negative Z-axis direction. For this reason, the mass parts 26A and 26D are displaced in the positive direction of the Z axis, and the mass parts 26B and 26C are displaced in the negative direction of the Z axis. Therefore, the entire vibration gyro 1 rotates and vibrates around the X axis.
  • the detection beam 22A connected to the mass portions 26A and 26D bends in the positive direction of the Z axis
  • the detection beam 22B connected to the mass portions 26B and 26C bends in the negative direction of the Z axis.
  • a large stress due to bending is generated in the detection beams 22A and 22B.
  • the detection piezoelectric elements 13A and 13B are provided at portions where a large stress is generated in the detection beams 22A and 22B.
  • electrical signals (detection signals) having opposite phases are generated in the detection piezoelectric element 13A provided on the detection beam 22A and the detection piezoelectric element 13B provided on the detection beam 22B. Is differentially amplified in an external differential amplifier circuit, whereby the angular velocity around the X axis can be detected.
  • the detection beam 22C receives a force in the positive Z-axis direction from the mass part 26A and receives a force in the negative Z-axis direction from the mass part 26B.
  • the detection beam 22D receives a force in the negative Z-axis direction from the mass part 26C and receives a force in the positive Z-axis direction from the mass part 26D. For this reason, the detection beams 22C and 22D hardly bend. A slight shear stress acts on the detection piezoelectric elements 13C and 13D, and the detection piezoelectric elements 13C and 13D generate a small electric signal (detection signal) having the same phase. It is removed by differential amplification in the amplifier circuit.
  • the mass portions 26A and 26B when an angular velocity around the Y-axis acts on the vibration gyro 1, the mass portions 26A and 26B have a velocity component in the positive X-axis direction due to drive vibration, and thus receive a Coriolis force in the positive Z-axis direction.
  • the mass parts 26C and 26D since the mass parts 26C and 26D have a velocity component in the negative X-axis direction due to drive vibration, they receive Coriolis force in the negative Z-axis direction. For this reason, the mass portions 26A and 26B are displaced in the Z-axis positive direction, and the mass portions 26C and 26D are displaced in the Z-axis negative direction. Therefore, the entire vibration gyro 1 rotates and vibrates around the Y axis.
  • the detection beam 22C connected to the mass portions 26A and 26B bends in the positive direction of the Z axis
  • the detection beam 22D connected to the mass portions 26C and 26D bends in the negative direction of the Z axis.
  • electrical signals detection signals
  • the detection beam 22A receives a force in the positive Z-axis direction from the mass part 26A and receives a force in the negative Z-axis direction from the mass part 26D.
  • the detection beam 22B receives a force in the negative Z-axis direction from the mass part 26B and receives a force in the positive Z-axis direction from the mass part 26C.
  • the detection beams 22A and 22B hardly bend.
  • a slight shear stress acts on the detection piezoelectric elements 13A and 13B, and the detection piezoelectric elements 13A and 13B generate minute electric signals (detection signals) having the same phase. It is removed by differential amplification in the amplifier circuit.
  • the vibrating gyroscope 1 can separately detect the angular velocity around the X axis and the angular velocity around the Y axis.
  • FIG. 5 is a perspective view of the vibrating gyroscope 1 in the state shown in FIG.
  • twisting and torque occur around the Y axis in the first beam portion 31 of the support beam 25A1 and the support beam 25A2, and the first of the support beam 25B1 and the support beam 25B2 is generated. Twist and torque are also generated around the Y-axis in the beam portion 31 of this. Therefore, not only the force in the Z-axis direction due to the displacement of the mass portions 26A to 26D but also the above torque is applied to the detection beams 22A and 22B via the support beams 25A1, 25A2, 25B1, and 25B2.
  • the mass portions 26A and 26D connected to the detection beam 22A are displaced in the same direction of the Z axis, and the mass portions 26B and 26C connected to the detection beam 22B are set in the same direction of the Z axis.
  • the support beam 25A1 and the support beam 25A2 are twisted in opposite directions, and the support beam 25B1 and the support beam 25B2 are twisted in opposite directions.
  • the torque generated in the first beam portion 31 of the support beam 25A1 and the torque generated in the first beam portion 31 of the support beam 25A2 are in opposite directions, and the torque generated in the first beam portion 31 of the support beam 25B1 and the support beam
  • the torque generated in the first beam portion 31 of 25B2 is opposite to each other.
  • the support beam 25C1 and the support beam 25C2 are twisted and torque around the X axis, and the support beam 25D1 and the support beam 25D2 are also twisted and torque around the X axis. Therefore, not only the force in the Z-axis direction due to the displacement of the mass portions 26A to 26D but also the above torque is applied to the detection beams 22C and 22D via the support beams 25C1, 25C2, 25D1, and 25D2.
  • the mass portions 26A and 26B connected to the detection beam 22C are displaced in the reverse direction of the Z axis, and the mass portions 26C and 26D connected to the detection beam 22D are displaced in the reverse direction of the Z axis, thereby supporting beams.
  • the 25C1 and the support beam 25C2 are twisted in the same direction, and the support beam 25D1 and the support beam 25D2 are twisted in the same direction.
  • the torque generated in the support beam 25C1 and the torque generated in the support beam 25C2 are in the same direction, and the torque generated in the support beam 25D1 and the torque generated in the support beam 25D2 are in the same direction.
  • the torque applied to the detection beams 22C and 22D acts so as to greatly rotate and vibrate the entire vibration gyro 1 around the X axis. Then, due to the rotational vibration of the vibration gyro 1 as a whole, stress concentrates on the fixed portion 21 side of the detection beams 22A and 22B, and the angular velocity detection sensitivity can be increased.
  • the vibrating gyroscope 1 of this embodiment is driven by the driving piezoelectric elements 12A1 to 12D2 instead of the comb-like electrodes and the angular velocity is detected by the detecting piezoelectric elements 13A to 13D. 1 can be reduced in size and can be manufactured by a simple manufacturing process. Further, since the mass parts 26A to 26D drive and vibrate in the opposite phase to the adjacent mass parts, unnecessary signals generated due to leakage of the drive vibration from the fixed part 21 and distortion of the detection piezoelectric elements 13A to 13D due to the drive vibration are generated. In addition, the angular velocities around the two axes of the orthogonal coordinate system can be separated and detected with high accuracy.
  • the detection beams 22A to 22D are bent in the Z-axis direction by Coriolis force, a large stress acts on the detection piezoelectric elements 13A to 13D arranged on the surfaces of the detection beams 22A to 22D, and the detection piezoelectric elements 13A.
  • the detection signal can be effectively extracted from 13D. Since the entire vibration gyro 1 has a vibration mode in which the detection beams 22A to 22D are swung by the torsion of the detection beams 22A to 22D, the amount of displacement in the Z-axis direction of the mass portions 26A to 26D and the detection beams 22A to 22D increases. It becomes possible to increase the detection sensitivity.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of a vibrating gyroscope 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a plan view of the XY plane of the vibrating gyroscope 1A.
  • FIG. 6B is an XY plane plan view in which a part of the vibrating gyroscope 1 is enlarged and displayed.
  • members having the same functions as those in the first embodiment are given the same reference numbers.
  • the vibrating gyroscope 1 can detect angular velocities around the two axes of the orthogonal coordinate system (angular velocity around the X axis and angular velocity around the Y axis), whereas in the second embodiment The vibrating gyro 1A can detect angular velocities about three axes (an angular velocity about the X axis, an angular velocity about the Y axis, and an angular velocity about the Z axis).
  • the vibration gyro 1A according to the present embodiment is different from the vibration gyro 1 according to the first embodiment in the beam, the mass part, the driving piezoelectric element, the detection piezoelectric element, and the like.
  • the vibration gyro 1A according to the present embodiment brings the resonance frequency of the vibration mode that vibrates in the substrate plane closer to the frequency of the drive vibration, thereby adding the angular velocity around the X axis and the angular velocity around the Y axis, An angular velocity can also be detected.
  • the vibration gyro 1A includes a driving piezoelectric element 12E1, 12E2, 12E3, 12E4, 12F1, 12F2, 12F3, 12F4, 12G1, 12G2, 12G3, 12G4, 12H1, 12H2, 12H3, 12H4, and a detection piezoelectric element.
  • the drive beams 23A1 to 23D2, the connecting beams 24A1 to 24D2, the support beams 25A1 to 25D2, and the mass portions 26A to 26D constitute a vibrator.
  • the fixed portion 21, the detection beams 22A to 22D, and the drive beams 23A1 to 23D2 are configured in the same manner as the vibration gyro 1 according to the first embodiment.
  • the extending direction of the connecting beams 24A1 to 24D2 is different from that of the vibration gyro 1 according to the first embodiment.
  • the connecting beams 24A2, 24B2, 24C1, and 24D1 are provided so as to extend along an axis inclined by 45 ° from the X axis, and the connecting beams 24A1 and 24B1.
  • 24C2 and 24D2 are provided so as to extend along an axis inclined 135 ° from the X axis.
  • the shapes of the support beams 25A1 to 25D2 are different from those of the vibration gyro 1 according to the first embodiment.
  • the vicinity of the end portions of the support beam 25A1 and the support beam 25A2 are integrated and connected to the detection beam 22A, and the ends of the support beam 25B1 and the support beam 25B2 are connected.
  • the vicinity of the part is integrated and connected to the detection beam 22B, and the vicinity of the ends of the support beam 25C1 and the support beam 25C2 is integrated and connected to the detection beam 22C.
  • the ends of the support beam 25D1 and the support beam 25D2 The vicinity of the part is integrated and connected to the detection beam 22D.
  • the driving piezoelectric elements 12E1 to 12H4 and the detecting piezoelectric elements 13A to 13H are formed in the upper electrode, the lower electrode, the piezoelectric layer disposed between the upper electrode and the lower electrode, and the fixing portion 21. Pad.
  • the lower electrode is connected to the ground via the ground electrode pad 14.
  • the top electrodes of the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, 12H2 are connected to a first driving terminal (not shown), and the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, An alternating voltage having a predetermined resonance frequency (resonance frequency of drive vibration) is applied to 12G1, 12G2, 12H1, and 12H2.
  • the top electrodes of the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4, 12G3, 12G4, 12H3, 12H4 are connected to a second driving terminal (not shown), and the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4 , 12G3, 12G4, 12H3, and 12H4 are applied with an alternating voltage that is opposite in phase to the alternating voltage applied to the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, and 12H2.
  • Upper surface electrodes of the detection piezoelectric elements 13A to 13H are connected to a detection terminal (not shown).
  • the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, and 12H2 are arranged on one side of the center lines of the driving beams 23A1 to 23D2, the connecting beams 24A1 to 24D2, and the supporting beams 25A1 to 25D2. Yes.
  • the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4, 12G3, 12G4, 12H3, 12H4 are arranged on the other side of the center lines of the driving beams 23A1 to 23D2, the connecting beams 24A1 to 24D2, and the support beams 25A1 to 25D2. Yes.
  • the driving piezoelectric elements to which alternating voltages having different phases are applied across the center lines of the driving beams 23A1 to 23D2, the connecting beams 24A1 to 24D2, and the supporting beams 25A1 to 25D2 are provided. Since it is disposed, it is possible to obtain twice the driving force as in the configuration of the vibrating gyroscope 1 according to the first embodiment.
  • the vibration gyro 1A includes the detection piezoelectric elements 13E to 13H in addition to the detection piezoelectric elements 13A to 13D.
  • the detecting piezoelectric elements 13A and 13B detect angular velocities around the X axis
  • the detecting piezoelectric elements 13C and 13D detect angular velocities around the Y axis
  • the detecting piezoelectric elements 13E, 13F, 13G, and 13H around the Z axis Detect angular velocity.
  • the detection piezoelectric elements 13E to 13H are formed on the fixed portion 21, the detection beams 22A to 22D, and the support beams 25A1, 25B1, 25C2, and 25D2.
  • the monitor portions 15A and 15B are formed on the fixed portion 21, the detection beams 22A and 22C, and the support beams 25A2 and 25C1.
  • the monitor portions 15A and 15B include an upper electrode, a lower electrode, a piezoelectric layer disposed between the upper electrode and the lower electrode, and a pad formed on the fixed portion 21.
  • the monitor units 15A and 15B are provided for monitoring drive vibration.
  • the monitor units 15A and 15B generate electrical signals (monitoring signals) having opposite phases, and the drive vibration can be monitored by differentially amplifying these electrical signals in an external differential amplifier circuit.
  • the dummy portions 16A and 16B are formed on the fixed portion 21, the detection beams 22A and 22C, and the support beams 25B2 and 25D1.
  • the monitor portions 15A and 15B and the dummy portions 16A and 16B have a symmetrical shape with respect to the detecting piezoelectric elements 13E to 13H and are disposed at symmetrical positions.
  • FIG. 7 is a contour diagram schematically showing the stress in the Z-axis direction generated on the surface of the vibrator in a state where the vibrating gyroscope 1A is driven and vibrated.
  • the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, 12H2 and the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4, 12G3, 12G4, 12H3, 12H4, Alternating voltages having opposite phases are applied from the two drive terminals. Accordingly, the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, 12H2 extend in the longitudinal direction, and the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4, 12G3, 12G4, 12H3, 12H4 extend in the longitudinal direction.
  • the driving piezoelectric elements 12E1, 12E2, 12F1, 12F2, 12G1, 12G2, 12H1, 12H2 contract in the longitudinal direction, and the driving piezoelectric elements 12E3, 12E4, 12F3, 12F4, 12G3, 12G4, 12H3, 12H4
  • the state extending in the longitudinal direction is alternately repeated, and the driving piezoelectric elements 12E1 to 12H4 are deformed and vibrated.
  • the frequency of the drive vibration is 29.6 kHz.
  • the mass parts 26A to 26D vibrate in the state where the mass parts adjacent in the circumferential direction are in opposite phases, like the vibration gyroscope 1 according to the first embodiment. It vibrates with respect to the circumferential direction surrounding the center of the gyro 1A. Specifically, the mass parts 26A and 26C vibrate in the opposite phase in the direction inclined 45 ° from the X axis, and the mass parts 26B and 26D vibrate in the opposite phase in the direction inclined ⁇ 45 ° from the X axis.
  • the detection beams 22A to 22D that are arranged in the middle of the mass portions that are adjacent to each other in the circumferential direction and vibrate in opposite phases do not vibrate at the time of driving vibration. Unnecessary signals due to distortion generated in the detection piezoelectric elements 13A to 13H due to drive vibration can be reduced.
  • FIG. 8 is a contour diagram schematically showing stress in the Z-axis direction generated on the surface of the vibrator when an angular velocity around the X-axis acts on the vibration gyro 1A in the driving state shown in FIG. is there.
  • FIG. 9 is a contour diagram schematically showing stress in the Z-axis direction generated on the surface of the vibrator when an angular velocity around the Y-axis acts on the vibration gyro 1A in the driving state shown in FIG. is there.
  • FIG. 10 is a contour diagram schematically showing stress in the Z-axis direction when an angular velocity around the Z-axis acts on the vibration gyro 1A in the driving state shown in FIG.
  • the mass portions 26A and 26D are subjected to Coriolis force in the positive direction of the Z axis, similarly to the vibrating gyro 1 according to the first embodiment. Accordingly, the mass portions 26B and 26C receive the Coriolis force in the negative Z-axis direction and are displaced in the negative Z-axis direction, so that the entire vibration gyro 1A rotates and vibrates around the X-axis.
  • the detection beams 22C and 22D hardly bend. A slight shear stress acts on the detection piezoelectric elements 13C and 13D, and the detection piezoelectric elements 13C and 13D generate a small electric signal (detection signal) having the same phase. It is removed by differential amplification in the amplifier circuit.
  • the mass portions 26A and 26B are subjected to Coriolis force in the positive direction of the Z axis, similarly to the vibrating gyro 1 according to the first embodiment. Accordingly, the mass portions 26C and 26D receive the Coriolis force in the negative Z-axis direction and are displaced in the negative Z-axis direction, so that the entire vibration gyro 1A rotates and vibrates around the Y-axis.
  • detection beams 22A and 22B hardly bend. A slight shear stress acts on the detection piezoelectric elements 13A and 13B, and the detection piezoelectric elements 13A and 13B generate minute electric signals (detection signals) having the same phase. It is removed by differential amplification in the amplifier circuit.
  • the mass parts 26A to 26D are moved from the center of the vibrating gyro 1A with the mass parts adjacent in the circumferential direction being in opposite phases. Vibrates in the outer circumferential direction. Specifically, the mass portions 26A and 26C receive the Coriolis force in the outer circumferential direction and are displaced in mutually opposite phases along an axis inclined by 45 ° from the X axis, and the mass portions 26B and 26D are displaced by the Coriolis force in the outer circumferential direction.
  • a detection piezoelectric element that detects an angular velocity around the Z axis may be provided. With such a configuration, the angular velocity around the Z axis can be detected with higher accuracy. In this case, a means for monitoring drive vibration is separately provided.
  • the angular velocity around the X axis, the angular velocity around the Y axis, and the angular velocity around the Z axis can be detected separately.
  • the vibration transmission beam which transmits the driving vibration from the driving piezoelectric element to the mass portion and transmits the detected vibration of the mass portion due to the Coriolis force to the detecting piezoelectric element
  • the present invention is not limited to such a configuration, and the vibration transmission beam may have other configurations.
  • the shapes of the mass portion, the detection beam, the fixed portion, and the like are not limited to the above-described configuration, and may be other shapes.
  • the arrangement positions and structures of the driving piezoelectric elements and the detection piezoelectric elements are not limited to the above-described configuration, and may be other arrangement positions and structures.

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Description

振動ジャイロ
　この発明は、直交座標系の２軸周りまたは３軸周りの角速度を検出することができる振動ジャイロに関する。特には、振動子を支持する基板の面内方向で振動（駆動振動）するように駆動され、基板面内の２軸周りに角速度が作用することにより、角速度を検出する２軸に直交する軸に沿ってコリオリの力による振動（検出振動）が発生し、直交座標系の２軸周りの角速度を検出することができる振動ジャイロや、振動子を支持する支持基板の面内方向で振動（駆動振動）するように駆動され、支持基板面内の２軸周りに角速度が作用することにより、角速度を検出する２軸に直交する軸に沿ってコリオリの力による振動（検出振動）が発生するとともに、支持基板に垂直な軸周りに角速度が作用することにより、支持基板の面内方向のコリオリの力による振動（検出振動）が発生し、直交座標系の３軸周りの角速度を検出することができる振動ジャイロに関する。
　まず、従来の振動ジャイロの構成例について説明する。なお、以下、振動ジャイロを支持する基板の法線方向（厚み方向）に沿う軸を直交座標系のＺ軸とし、Ｚ軸に対して直交する直交座標系の２軸をＸ軸、Ｙ軸として説明する。
　図１１（Ａ）は、第１の従来例に係る振動ジャイロ１０１（例えば、特許文献１参照。）のＸ－Ｙ面平面図である。
　振動ジャイロ１０１は、基板１０２と、支持部１０３、駆動質量部１０４～１０７と、連結梁１０８と、振動発生部１０９～１１２と、検出部１１３～１１６と、検出梁１１７～１２０と、変位検出部１２１～１２４と、振動モニター部１２９～１３２とを備えている。基板１０２は、ガラスなどの材料により平面視して四角形の平板状に形成されており、Ｘ軸およびＹ軸方向に沿って水平に延びている。基板１０２上には、例えば導電性を有する低抵抗なシリコン基板等にエッチング加工を施すことによって、支持部１０３、駆動質量部１０４～１０７、連結梁１０８、検出部１１３～１１６、検出梁１１７～１２０等が形成されている。支持部１０３は、基板１０２の表面に固定して設けられている。支持部１０３の周囲には、駆動質量部１０４～１０７、連結梁１０８、検出部１１３～１１６および検出梁１１７～１２０が基板１０２から浮いた状態で設けられている。振動モニター部１２９～１３２は、駆動質量部１０４～１０７の振動方向の変位を検出する。
　駆動質量部１０４～１０７は、基板１０２の表面と隙間をもって対向し、支持部１０３が設けられた中心部に対して点対称な位置に、中心部を取囲む周方向に対して９０°毎に互いに等間隔で配置されている。このため、駆動質量部１０４，１０５は、Ｘ軸から４５°傾斜した第１の駆動軸方向（基板１０２の駆動質量部１０４，１０５が配置されている側の２つの角部を通る対角線に沿った方向）に沿って配置され、中心部を挟んで互いに対向している。一方、駆動質量部１０６，１０７は、Ｘ軸から－４５°傾斜して第１の駆動軸と直交した第２の駆動軸方向（基板１０２の駆動質量部１０６，１０７が配置されている側の２つの角部を通る対角線に沿った方向）に沿って配置され、中心部を挟んで互いに対向している。駆動質量部１０４～１０７は略四角形状に形成されており、駆動質量部１０４～１０７の四角形の角隅部分は、連結梁１０８に接続されると共に、駆動質量部１０４～１０７が駆動振動するときの支点となっている。連結梁１０８は、略四角形の細長い枠状に形成され、駆動質量部１０４～１０７の角隅部分を互いに連結している。連結梁１０８は、各駆動質量部１０４～１０７の駆動振幅および位相が一致するように調整する。
　振動発生部１０９～１１２は、駆動質量部１０４～１０７の外縁側に形成されている可動側駆動電極と、基板１０２上に形成されている固定側駆動電極とによって構成されている。可動側駆動電極と固定側駆動電極とは櫛歯状電極によって構成されている。このため、振動発生部１０９～１１２は、可動側駆動電極と固定側駆動電極との間に発生する静電力により、駆動質量部１０４～１０７をそれぞれ駆動振動させる。振動発生部１０９，１１０により、駆動質量部１０４，１０５は、互いに逆位相で第２の駆動軸方向に振動する。振動発生部１１１，１１２により、駆動質量部１０６，１０７は、互いに逆位相で第１の駆動軸方向に振動する。振動発生部１０９～１１２は、周方向で隣り合う駆動質量部１０４～１０７が逆位相となる状態で、中心部を取囲む周方向に向けて４つの駆動質量部１０４～１０７を振動させる。このため、駆動質量部１０４，１０６が近付くときには、駆動質量部１０５，１０７は互いに近付き、駆動質量部１０４，１０６と駆動質量部１０５，１０７とは互いに遠ざかる。一方、駆動質量部１０４，１０７が近付くときには、駆動質量部１０５，１０６は互いに近付き、駆動質量部１０４，１０７と駆動質量部１０５，１０６とは互いに遠ざかる。
　検出部１１３～１１６は、駆動質量部１０４～１０７の間にそれぞれ位置して連結梁１０８に接続されている。検出部１１３～１１６は、中心部を中心として点対称な形状であり、基板１０２の表面と隙間をもって対向している。検出部１１３～１１６において、長さ方向の途中部位が連結梁１０８の辺の中間部分に連結されており、基端側部分が検出梁１１７～１２０に接続されている。検出梁１１７～１２０は、支持部１０３と検出部１１３～１１６の基端部とに連結されており、検出部１１３～１１６を介して支持部１０３と連結梁１０８との間を接続している。そして、検出梁１１７～１２０は、Ｘ軸およびＹ軸の２軸周りに連結梁１０８、駆動質量部１０４～１０７および検出部１１３～１１６を振動可能な状態で支持している。
　振動ジャイロ１０１において、Ｘ軸周りの角速度が作用したときには、第２の駆動軸方向に振動する駆動質量部１０４，１０５には、Ｘ軸周りの角速度のうち第１の駆動軸周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリの力が発生する。このとき、第１の駆動軸方向に振動する駆動質量部１０６，１０７には、Ｘ軸周りの角速度のうち第２の駆動軸周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリの力が発生する。これにより、検出部１１３～１１６は、中心部を通るＸ軸を中心としてＹ軸方向の両端側がＺ軸方向に振動する。すなわち、検出部１１５，１１６が基板１０２のＺ軸方向に変位する。一方、Ｙ軸周りの角速度が作用したときには、第２の駆動軸方向に振動する駆動質量部１０４，１０５には、Ｙ軸周りの角速度のうち第１の駆動軸周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリの力が発生する。このとき、第１の駆動軸方向に振動する駆動質量部１０６，１０７には、Ｙ軸周りの角速度のうち第２の駆動軸周りの成分が作用し、この成分に応じてＺ軸方向（基板の厚さ方向）に向かうコリオリの力が発生する。これにより、検出部１１３～１１６は、中心部を通るＹ軸を中心としてＸ軸方向の両端側がＺ軸方向に振動する。すなわち、検出部１１３，１１４が基板１０２のＺ軸方向に変位する。
　変位検出部１２１～１２４は、検出部１１３～１１６がＸ軸およびＹ軸周りに振動したときに、検出部１１３～１１６が基板１０２の厚さ方向に変位するのをそれぞれ検出する。変位検出部１２１～１２４は、検出部１１３～１１６に設けられた可動側検出電極と、図示されていない蓋板に固定された固定側検出電極とによって構成されている。蓋板は基板１０２の上方に配置されており、固定側検出電極は可動側検出電極に対して基板１０２の厚さ方向に位置ずれしている。可動側検出電極と固定側検出電極とは櫛歯状電極によって構成されている。このため、変位検出部１２１～１２４は、検出部１１３～１１６がＸ軸またはＹ軸周りの角速度によってＺ軸方向に変位するときに、その変位量を可動側検出電極と固定側検出電極との間の静電容量の変化によって検出する。
　振動ジャイロ１０１においては、駆動力として静電力を用いているため、所望の駆動力を得るために、振動発生部１０９～１１２の駆動電極が多数の櫛歯状電極によって構成されている必要がある。また、振動ジャイロ１０１においては、角速度の検出に静電容量を用いているため、高い感度を得るために、変位検出部１２１～１２４の検出電極が多数の櫛歯状電極によって構成されている必要がある。このため、振動ジャイロ１０１の小型化が困難であった。
　また、振動ジャイロ１０１では、検出部１１３～１１６がＸ軸またはＹ軸周りの角速度によってＺ軸方向に変位するときに、その変位量を可動側検出電極と固定側検出電極との間の静電容量の変化によって検出するので、変位検出部１２１～１２４を構成している固定側検出電極と可動側検出電極とは、基板１０２の厚さ方向に位置ずれしている必要がある。このため、固定側検出電極と可動側検出電極との形成には複雑な製造プロセスが必要であった。
　図１１（Ｂ）は、第２の従来例に係る振動ジャイロ２０１（例えば、特許文献２参照。）の斜視図である。
　振動ジャイロ２０１は、基部２０２と、検出梁２０３ａ～２０３ｄと、枠体２０６とを備えている。基部２０２は、振動ジャイロ２０１の中央に位置している。検出梁２０３ａ～２０３ｄは、それぞれ、基部２０２から十字状に延設されている。検出梁２０３ａ～２０３ｄの一端は基部２０２に接続されており、他端は枠体２０６に接続されている。枠体２０６は、平面視して略正方形状であり、その略正方形の頂点に位置するコーナー２０４ａ～２０４ｄのそれぞれを接続する駆動梁２０５ａ～２０５ｄにより構成されている。駆動梁２０５ａ～２０５ｄには、それぞれ、マス２０７ａ～２０７ｄが一体に設けられている。マス２０７ａ～２０７ｄは、駆動梁２０５ａ～２０５ｄの中央部分において、駆動梁２０５ａ～２０５ｄのそれぞれを挟むように設けられた一対の補助マスにより構成されている。
　駆動梁２０５ａ～２０５ｄの表面には、駆動用圧電素子２１０～２１３が設けられている。駆動用圧電素子２１０～２１３は、それぞれ、駆動梁２０５ａ～２０５ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の圧電素子により構成されている。駆動用圧電素子２１０～２１３に駆動電圧が印加されると、駆動用圧電素子２１０～２１３は伸縮する。これにより、駆動梁２０５ａ～２０５ｄは、駆動用圧電素子２１０～２１３により駆動されて、枠体２０６及びマス２０７ａ～２０７ｄを含む面に沿って、基部２０２に向かう方向と基部２０２から離れる方向とに交互に周期的に変位し、同位相で駆動振動する。
　検出梁２０３ａ～２０３ｄの表面には、検出用圧電素子２１４～２１７が設けられている。検出用圧電素子２１４～２１７は、それぞれ、検出梁２０３ａ～２０３ｄの延在方向に沿って互いに並行配置された一対の圧電素子により構成されている。検出用圧電素子２１４～２１７は、振動ジャイロ２０１にＺ軸方向周りの角速度が加わった場合に発生するコリオリの力による検出梁２０３ａ～２０３ｄの検出振動での変位を検出する。具体的には、駆動梁２０５ａ～２０５ｄが駆動振動している状態において、振動ジャイロ２０１にＺ軸方向周りの角速度が加わった場合、マス２０７ａ～２０７ｄにおいて、駆動振動の振動方向とは垂直な向き（すなわち駆動梁２０５ａ～２０５ｄの静止状態における延在方向に平行な向き）に、コリオリの力に基づく変位（振動）が発生する。このコリオリの力に基づく変位（振動）は、駆動梁２０５ａ～２０５ｄ及び枠体２０６のコーナー２０４ａ～２０４ｄを介して検出梁２０３ａ～２０３ｄへと伝搬し、検出梁２０３ａ～２０３ｄを振動させる。その振動変位が、検出梁２０３ａ～２０３ｄに設けられた検出用圧電素子２１４～２１７によって検出される。
　振動ジャイロ２０１では、櫛歯状電極ではなく、圧電素子を用いて角速度を検出するため、振動ジャイロの小型化が可能であるとともに、簡易な製造プロセスで製造することが出来る。
特開２０１０－２１０４０７号公報 特開２０１１－１５８３１９号公報
　ただし、上述した振動ジャイロ２０１では、振動ジャイロ１０１のように２軸周りでの角速度を検出することができず、１軸周りの角速度のみしか検出することができない。
　また、検出梁２０３ａ～２０３ｄは、振動ジャイロ２０１にＺ軸方向周りの角速度が加わった場合に発生するコリオリの力により、Ｚ軸に対して垂直な面内方向に変位する。この場合、検出振動は検出梁２０３ａ～２０３ｄの幅によって規定されるため、検出梁２０３ａ～２０３ｄの幅を自由に広げることはできない。よって、検出感度を高くするために圧電素子の面積を広くすることができず、検出感度を高くすることが困難であった。
　そこで本発明の目的は、圧電素子を用いて直交座標系の２軸周りまたは３軸周りの角速度を検出することができ、小型化が容易であり、簡易な製造プロセスで製造することができる、角速度の検出感度が高い振動ジャイロを実現することにある。
　この発明に係る振動ジャイロは、平面視して中央に位置している固定部と、固定部から第１の方向または第１の方向と直交する第２の方向に沿って伸びるように平面視して十字状に設けられている４つの検出梁と、４つの検出梁の間に配置されており、固定部に対して点対称に配置されている４つの質量部と、４つの検出梁と４つの質量部とを連結しており、４つの質量部を振動可能に支持している振動伝達用の梁と、振動伝達用の梁に設けられており、固定部を取り囲む周方向に向けて、４つの質量部を隣接する質量部と逆方向に振動させる駆動用圧電素子と、４つの検出梁に設けられている検出用圧電素子と、を備える。
　上述の振動ジャイロにおいて、振動伝達用の梁は、駆動梁と、支持梁とを含み、駆動梁は、端部が質量部に連結されており、第１の方向から４５°または－４５°傾斜した方向に沿って伸びるように設けられており、支持梁は、端部が検出梁に連結されており、該検出梁と平行に伸びるように設けられていると好適である。
　上述の振動ジャイロにおいて、支持梁は、平面形状がＵ字状であると好適である。
　上述の振動ジャイロにおいて、固定部を支持している支持基板と、振動伝達用の梁の一部に設けられており、支持基板に垂直な軸周りの角速度を検出する検出用圧電素子をさらに備えると好適である。
　この発明によれば、櫛歯状電極ではなく、駆動用圧電素子によって駆動し、検出用圧電素子によって角速度を検出するため、振動ジャイロの小型化が可能であるとともに、簡易な製造プロセスで製造することができる。また、質量部が、互いに隣り合う質量部と逆位相で円周方向に駆動振動するため、互いに隣り合う質量部の中間に配置され、十字状に設けられている４つの検出梁がほとんど振動しない。その結果、駆動振動の固定部から外部への漏れ、駆動振動時に生じる検出用圧電素子の歪みによる不要振動がなく、直交座標系の２軸周りの角速度を分離して検出することができる。また、検出梁がコリオリの力によってＺ軸方向に撓むため、検出梁の表面に配置された検出用圧電素子に大きな応力が作用し、検出用圧電素子から出力される検出信号を大きくすることができる。また、基板面内方向の振動モードを調整し、最適な位置に電極を配置することで、直交座標系の２軸周りや３軸周りの角速度を分離して検出することができる。
本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロの構成を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロが駆動振動している状態での、Ｘ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロにＸ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロにＸ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｙ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロにＸ軸周りの角速度が作用した状態での斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロの構成を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロが駆動振動している状態での、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロにＸ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロにＹ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロにＺ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。 従来例に係る振動ジャイロについて説明する図である。
　以下、本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロ１について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動ジャイロ１の構成を説明する図である。図１（Ａ）は、振動ジャイロ１のＸ－Ｙ面平面図である。図１（Ｂ）は、振動ジャイロ１の一部を拡大して表示するＸ－Ｙ面平面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）中に一点鎖線Ａ－Ａ’で示す位置での、振動ジャイロ１のＸ－Ｚ面断面図である。
　振動ジャイロ１は、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２，１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２と、検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄと、固定部２１と、検出梁２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｃ１，２３Ｃ２，２３Ｄ１，２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃ１，２４Ｃ２，２４Ｄ１，２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ｂ１，２５Ｂ２，２５Ｃ１，２５Ｃ２，２５Ｄ１，２５Ｄ２と、質量部２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄとを備えている。駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２と、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄと、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２と、質量部２６Ａ～２６Ｄとは、振動子を構成している。
　固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２と、質量部２６Ａ～２６Ｄとは、例えばシリコンにエッチング加工を施すことによって、形成されている。ここで、固定部２１の法線方向（厚み方向）に沿う軸を直交座標系のＺ軸とし、Ｚ軸に対して直交する直交座標系の２軸をＸ軸，Ｙ軸として説明する。
　固定部２１は、平面形状がＸ軸またはＹ軸に平行な４つの辺を有する正方形状であり、平面視して振動ジャイロ１の中央に位置している。固定部２１は、図示しない支持基板によって支持されている。具体的には、固定部２１は、図示しない支持基板の表面に固定して設けられている。これにより、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２と、質量部２６Ａ～２６Ｄとは、支持基板から浮いた状態で設けられている。支持基板は、セラミック、樹脂、シリコン、ガラス材料等により平板状に形成され、Ｘ軸およびＹ軸方向に沿って水平に延びている。
　検出梁２２Ａ～２２Ｄは、１つの端部が固定部２１の各辺の中央付近に連結されていて、その端部から、固定部２１の各辺に対して垂直な方向に沿って、平面視して十字状に伸びるように設けられている。具体的には、検出梁２２Ａは、固定部２１からＹ軸方向に沿って伸びるように設けられている。検出梁２２Ｂは、固定部２１からＹ軸方向に沿って、検出梁２２Ａと反対側に伸びるように設けられている。検出梁２２Ｃは、固定部２１からＸ軸方向に沿って伸びるように設けられている。検出梁２２Ｄは、固定部２１からＸ軸方向に沿って、検出梁２２Ｃと反対側に伸びるように設けられている。
　質量部２６Ａ～２６Ｄは、支持基板の表面と隙間をもって対向しており、検出梁２２Ａ～２２Ｄの間であって、振動ジャイロ１の中心（固定部２１）に対して点対称な位置に配置されている。また、質量部２６Ａ～２６Ｄは、振動ジャイロ１の中心を取囲む周方向に対して９０°毎に互いに等間隔で配置されている。質量部２６Ａ，２６Ｃは、Ｘ軸から４５°傾斜した軸に沿って配置され、振動ジャイロ１の中心を挟んで互いに対向している。質量部２６Ｂ，２６Ｄは、Ｘ軸から－４５°傾斜した軸に沿って配置され、振動ジャイロ１の中心を挟んで互いに対向している。質量部２６Ａ～２６Ｄの平面形状は、振動ジャイロ１の中心側に凹部が形成された概略コの字形状である。質量部２６Ａの凹部には、駆動梁２３Ａ１，２３Ｃ２の端部が連結されている。質量部２６Ｂの凹部には、駆動梁２３Ｂ２，２３Ｃ１の端部が連結されている。質量部２６Ｃの凹部には、駆動梁２３Ｂ１，２３Ｄ２の端部が連結されている。質量部２６Ｄの凹部には、駆動梁２３Ａ２，２３Ｄ１の端部が連結されている。質量部２６Ａ～２６Ｄの凹部の駆動梁と連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２とが連結されている部分は、質量部２６Ａ～２６Ｄが駆動振動するときの支点となっている。
　駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２とは、連結されることで振動伝達用の梁を構成している。駆動梁２３Ａ１と、連結梁２４Ａ１と、支持梁２５Ａ１とは、質量部２６Ａと検出梁２２Ａとの間に連結されている。駆動梁２３Ａ２と、連結梁２４Ａ２と、支持梁２５Ａ２とは、質量部２６Ｄと検出梁２２Ａとの間に連結されている。駆動梁２３Ｂ１と、連結梁２４Ｂ１と、支持梁２５Ｂ１とは、質量部２６Ｃと検出梁２２Ｂとの間に連結されている。駆動梁２３Ｂ２と、連結梁２４Ｂ２と、支持梁２５Ｂ２とは、質量部２６Ｂと検出梁２２Ｂとの間に連結されている。駆動梁２３Ｃ１と、連結梁２４Ｃ１と、支持梁２５Ｃ１とは、質量部２６Ｂと検出梁２２Ｃとの間に連結されている。駆動梁２３Ｃ２と、連結梁２４Ｃ２と、支持梁２５Ｃ２とは、質量部２６Ａと検出梁２２Ｃとの間に連結されている。駆動梁２３Ｄ１と、連結梁２４Ｄ１と、支持梁２５Ｄ１とは、質量部２６Ｄと検出梁２２Ｄとの間に連結されている。駆動梁２３Ｄ２と、連結梁２４Ｄ２と、支持梁２５Ｄ２とは、質量部２６Ｃと検出梁２２Ｄとの間に連結されている。
　駆動梁２３Ａ１，２３Ｃ２は、Ｘ軸から４５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられており、その１つの端部が質量部２６Ａに連結されている。駆動梁２３Ｂ２，２３Ｃ１は、Ｘ軸から－４５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられており、その１つの端部が質量部２６Ｂに連結されている。駆動梁２３Ｂ１，２３Ｄ２は、Ｘ軸から４５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられており、その１つの端部が質量部２６Ｃに連結されている。駆動梁２３Ａ２，２３Ｄ１は、Ｘ軸から－４５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられており、その１つの端部が質量部２６Ｄに連結されている。駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２は、質量部２６Ａ～２６Ｄが振動ジャイロ１の中心を取囲む周方向に対して振動できるように支持している。
　駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２は、振動ジャイロ１の中心近傍から外側に向けて伸びるように設けられており、質量部２６Ａ～２６Ｄに連結されているため、質量部２６Ａ～２６Ｄが振動ジャイロ１の中心を取囲む周方向に対して振動する際の支点が駆動梁と連結梁との連結部付近とすることができ、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２の振動の振幅を大きくすることができる。
　支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２は、平面形状がＵ字状である。支持梁２５Ａ１は、一方の端部が検出梁２２ＡのＹ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ａ１に連結されている。支持梁２５Ａ２は、一方の端部が検出梁２２ＡのＹ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ａ２に連結されている。支持梁２５Ｂ１は、一方の端部が検出梁２２ＢのＹ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｂ１に連結されている。支持梁２５Ｂ２は、一方の端部が検出梁２２ＢのＹ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｂ２に連結されている。支持梁２５Ｃ１は、一方の端部が検出梁２２ＣのＸ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｃ１に連結されている。支持梁２５Ｃ２は、一方の端部が検出梁２２ＣのＸ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｃ２に連結されている。支持梁２５Ｄ１は、一方の端部が検出梁２２ＤのＸ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｄ１に連結されている。支持梁２５Ｄ２は、一方の端部が検出梁２２ＤのＸ軸側の端部に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ｄ２に連結されている。ここで、図１（Ｂ）に拡大して構成を示す支持梁２５Ａ１，２５Ｃ２を例に、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２の構成を説明する。
　支持梁２５Ａ１，２５Ｃ２は、第１の梁部３１と、第２の梁部３２と、第３の梁部３３とを備えている。第１の梁部３１は、一方の端部が検出梁２２Ａ，２２Ｃの端部に連結されており、他方の端部が第２の梁部３２に連結されている。第１の梁部３１は、連結されている検出梁２２Ａ，２２Ｃと平行に伸びるように設けられている。第２の梁部３２は、第１の梁部３１と第３の梁部３３とを連結しており、Ｘ軸，Ｙ軸と平行に伸びるように設けられている。第３の梁部３３は、一方の端部が第２の梁部３２に連結されており、他方の端部が連結梁２４Ａ１，２４Ｃ２に連結されている。第３の梁部３３は、第１の梁部３１と平行に伸びるように設けられている。すなわち、第３の梁部３３は、第１の梁部３１が連結されている検出梁２２Ａ，２２Ｃと平行に伸びるように設けられている。なお、図１（Ａ）に示す支持梁２５Ａ２，２５Ｂ１，２５Ｂ２，２５Ｃ１，２５Ｄ１，２５Ｄ２も、支持梁２５Ａ１，２５Ｃ２と同様に、第１の梁部３１と、第２の梁部３２と、第３の梁部３３とを備えている。なお、図１（Ａ）では、第１の梁部３１と、第２の梁部３２と、第３の梁部３３との符号の図示を省略している。支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２では、平面形状がＵ字状であるため、振動ジャイロ１を大型化することなく、梁の長さが長くなっている。
　連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２は、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２とを連結しており、Ｘ軸，Ｙ軸と平行に伸びるように設けられている。
　図１（Ｃ）に示すように、駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２と検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄとは、上部電極と、下部電極と、上部電極と下部電極との間に配置されている圧電体層と、固定部２１に形成されているパッドとを有する。圧電体層は、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸カリウムナトリウム、酸化亜鉛などのいずれかの圧電材料からなる薄膜である。下部電極はグラウンドに接続されている。駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２の上面電極は図示されていない第１の駆動端子に接続されており、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２には所定の共振周波数（駆動振動の共振周波数）の交番電圧が印加される。駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２の上面電極は、図示されていない第２の駆動端子に接続されており、駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２には、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２に印加される交番電圧と位相が逆相である交番電圧が印加される。検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄの上面電極は図示されていない検出端子に接続されている。
　駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２は、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２との表面に形成されている。駆動用圧電素子１２Ａ１は、固定部２１と検出梁２２Ａと支持梁２５Ａ１の第１の梁部３１との表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ａ１の第２の梁部３２の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ａ１の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ａ１の内周側に配置されている。駆動用圧電素子１２Ａ２は、固定部２１と検出梁２２Ａと支持梁２５Ａ２の第１の梁部３１との表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ａ２の第２の梁部３２の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ａ２の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ａ２の内周側に配置されている。
　駆動用圧電素子１２Ｂ１は、固定部２１と検出梁２２Ｂと支持梁２５Ｂ１の第１の梁部３１との表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｂ１の第２の梁部３２の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｂ１の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｂ１の内周側に配置されている。駆動用圧電素子１２Ｂ２は、固定部２１と検出梁２２Ｂと支持梁２５Ｂ２の第１の梁部３１との表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｂ２の第２の梁部３２の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｂ２の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｂ２の内周側に配置されている。
　駆動用圧電素子１２Ｃ１は、固定部２１と検出梁２２Ｃと支持梁２５Ｃ１の第１の梁部３１との表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｃ１の第２の梁部３２の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｃ１の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｃ１の内周側に配置されている。駆動用圧電素子１２Ｃ２は、固定部２１と検出梁２２Ｃと支持梁２５Ｃ２の第１の梁部３１との表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｃ２の第２の梁部３２の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｃ２の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｃ２の内周側に配置されている。
　駆動用圧電素子１２Ｄ１は、固定部２１と検出梁２２Ｄと支持梁２５Ｄ１の第１の梁部３１との表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｄ１の第２の梁部３２の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｄ１の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｄ１の内周側に配置されている。駆動用圧電素子１２Ｄ２は、固定部２１と検出梁２２Ｄと支持梁２５Ｄ２の第１の梁部３１との表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｄ２の第２の梁部３２の表面にＹ軸に沿って伸びるように設けられている部分と、支持梁２５Ｄ２の第３の梁部３３における第２の梁部３２側の端部から中央部の表面にＸ軸に沿って伸びるように設けられている部分とを有し、Ｕ字状の支持梁２５Ｄ２の内周側に配置されている。
　検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄは、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄとの表面に形成されている。検出用圧電素子１３Ａは、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２の間であって、固定部２１と検出梁２２Ａとの表面に、Ｙ軸に沿って伸びるように設けられている。検出用圧電素子１３Ｂは、駆動用圧電素子１２Ｂ１，１２Ｂ２の間であって、固定部２１と検出梁２２Ｂとの表面に、Ｙ軸に沿って伸びるように設けられている。検出用圧電素子１３Ｃは、駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２の間であって、固定部２１と検出梁２２Ｃとの表面に、Ｘ軸に沿って伸びるように設けられている。検出用圧電素子１３Ｄは、駆動用圧電素子１２Ｄ１，１２Ｄ２の間であって、固定部２１と検出梁２２Ｄとの表面に、Ｘ軸に沿って伸びるように設けられている。
　次に、この振動ジャイロ１の駆動時の振動態様について説明する。図２は、振動ジャイロ１が駆動振動している状態での、振動子の表面に発生するＸ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。
　振動ジャイロ１では、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２と駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２に、第１，第２の駆動端子から互いに位相が逆の交番電圧が印加される。これにより、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２が長手方向に伸び、駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２が長手方向に縮む状態と、駆動用圧電素子１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２が長手方向に縮み、駆動用圧電素子１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２が長手方向に伸びる状態とが交互に繰り返され、駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２が変形して振動する。
　駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２が駆動されると、駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２で発生した歪みが、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２をＸＹ面内方向に撓ませ、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２とを介して質量部２６Ａ～２６ＤをＸＹ面内方向に振動させる。そして、質量部２６Ａ～２６Ｄは、周方向で隣り合う質量部が逆位相となる状態で、振動ジャイロ１の中心を取囲む周方向に対して振動する。質量部２６Ａ，２６ＣはＸ軸から４５°傾斜した方向に互いに逆位相で振動し、質量部２６Ｂ，２６ＤはＸ軸から－４５°傾斜した方向に互いに逆位相で振動する。このため、質量部２６Ａ，２６Ｄが互いに近付くときには、質量部２６Ｂ，２６Ｃは互いに近付き、質量部２６Ａ，２６Ｂが互いに遠ざかり、質量部２６Ｃ，２６Ｄは互いに遠ざかる。一方、質量部２６Ａ，２６Ｄが互いに遠ざかるときには、質量部２６Ｂ，２６Ｃは互いに遠ざかり、質量部２６Ａ，２６Ｂが互いに近付き、質量部２６Ｃ，２６Ｄは互いに近付く。周方向で隣り合い、互いに逆位相で振動する質量部の中間に配置され、十字状に設けられている検出梁２２Ａ～２２Ｄは駆動振動時にはほとんど振動しないため、固定部２１からの振動の漏れ、駆動振動によって検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄに生じる歪みによる不要信号を低減することができる。
　次に、振動ジャイロ１の角速度の検出時の振動態様について説明する。以下では、振動ジャイロ１にＸ軸周りの角速度が作用した場合を例にして説明する。図３は、図２に示した駆動状態で、振動ジャイロ１にＸ軸周りの角速度が作用した場合の、振動子の表面に発生するＺ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。図４は、図２に示した駆動状態で、振動ジャイロ１にＸ軸周りの角速度が作用した場合の、振動子の表面に発生するＹ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。
　図３に示すように、振動ジャイロ１にＸ軸周りの角速度が作用したとき、質量部２６Ａ，２６Ｄは、駆動振動でのＹ軸正方向の速度成分を有するため、Ｚ軸正方向のコリオリの力を受ける。一方、質量部２６Ｂ，２６Ｃは、駆動振動でのＹ軸負方向の速度成分を有するため、Ｚ軸負方向のコリオリの力を受ける。このため、質量部２６Ａ，２６ＤはＺ軸正方向に変位し、質量部２６Ｂ，２６ＣはＺ軸負方向に変位する。よって、振動ジャイロ１全体がＸ軸周りに回転振動する。
　このとき、質量部２６Ａ，２６Ｄに連結されている検出梁２２ＡはＺ軸正方向に撓み、質量部２６Ｂ，２６Ｃに連結されている検出梁２２ＢはＺ軸負方向に撓む。そして、図４に示すように、検出梁２２Ａ，２２Ｂには撓みによる大きな応力が発生する。検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂは、検出梁２２Ａ，２２Ｂにおける大きな応力が発生する部分に設けられている。これにより、検出梁２２Ａに設けられている検出用圧電素子１３Ａと、検出梁２２Ｂに設けられている検出用圧電素子１３Ｂには逆位相の電気信号（検出信号）が発生し、これらの電気信号を外部の差動増幅回路において差動増幅することで、Ｘ軸周りの角速度を検出することができる。
　なお、検出梁２２Ｃは、質量部２６ＡからＺ軸正方向の力を受けるとともに、質量部２６ＢからＺ軸負方向の力を受ける。検出梁２２Ｄは、質量部２６ＣからＺ軸負方向の力を受けるとともに、質量部２６ＤからＺ軸正方向の力を受ける。このため、検出梁２２Ｃ，２２Ｄはほとんど撓むことはない。検出用圧電素子１３Ｃ，１３Ｄには僅かにせん断応力が作用し、検出用圧電素子１３Ｃ，１３Ｄでは微小な同位相の電気信号（検出信号）が発生するが、これらの電気信号は外部の差動増幅回路において差動増幅することで除去される。
　一方、振動ジャイロ１にＹ軸周りの角速度が作用したとき、質量部２６Ａ，２６Ｂは、駆動振動でのＸ軸正方向の速度成分を有するため、Ｚ軸正方向のコリオリの力を受ける。一方、質量部２６Ｃ，２６Ｄは、駆動振動でのＸ軸負方向の速度成分を有するため、Ｚ軸負方向のコリオリの力を受ける。このため、質量部２６Ａ，２６ＢはＺ軸正方向に変位し、質量部２６Ｃ，２６ＤはＺ軸負方向に変位する。よって、振動ジャイロ１全体がＹ軸周りに回転振動する。
　このとき、質量部２６Ａ，２６Ｂに連結されている検出梁２２ＣはＺ軸正方向に撓み、質量部２６Ｃ，２６Ｄに連結されている検出梁２２ＤはＺ軸負方向に撓む。これにより、検出梁２２Ｃに設けられている検出用圧電素子１３Ｃと、検出梁２２Ｄに設けられている検出用圧電素子１３Ｄには逆位相の電気信号（検出信号）が発生し、これらの電気信号を外部の差動増幅回路において差動増幅することで、Ｙ軸周りの角速度を検出することができる。
　なお、検出梁２２Ａは、質量部２６ＡからＺ軸正方向の力を受けるとともに、質量部２６ＤからＺ軸負方向の力を受ける。検出梁２２Ｂは、質量部２６ＢからＺ軸負方向の力を受けるとともに、質量部２６ＣからＺ軸正方向の力を受ける。このため、検出梁２２Ａ，２２Ｂはほとんど撓むことはない。検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂには僅かにせん断応力が作用し、検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂでは微小な同位相の電気信号（検出信号）が発生するが、これらの電気信号は外部の差動増幅回路において差動増幅することで除去される。このように、振動ジャイロ１では、Ｘ軸周りの角速度と、Ｙ軸周りの角速度とを分離して検出することができる。
　図５は、図３に示した状態での、振動ジャイロ１の斜視図である。
　振動ジャイロ１にＸ軸周りの角速度が作用したとき、支持梁２５Ａ１と支持梁２５Ａ２の第１の梁部３１にはＹ軸周りに捩じれとトルクが生じ、支持梁２５Ｂ１と支持梁２５Ｂ２の第１の梁部３１にもＹ軸周りに捩じれとトルクが生じる。このため、検出梁２２Ａ，２２Ｂには、支持梁２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ｂ１，２５Ｂ２を介して、質量部２６Ａ～２６Ｄの変位によるＺ軸方向の力だけではなく、上記のトルクも加わる。
　図５に示すように、検出梁２２Ａに連結されている質量部２６Ａ，２６ＤはＺ軸の同じ方向に変位し、検出梁２２Ｂに連結されている質量部２６Ｂ，２６ＣはＺ軸の同じ方向に変位することにより、支持梁２５Ａ１と支持梁２５Ａ２とは逆方向に捩じれ、支持梁２５Ｂ１と支持梁２５Ｂ２とは逆方向に捩じれる。支持梁２５Ａ１の第１の梁部３１に生じるトルクと支持梁２５Ａ２の第１の梁部３１に生じるトルクとは互いに逆方向となり、支持梁２５Ｂ１の第１の梁部３１に生じるトルクと支持梁２５Ｂ２の第１の梁部３１に生じるトルクとは互いに逆方向となる。
　そのため、検出梁２２Ａ，２２Ｂに加わるトルクは互いに打ち消し合い、検出梁２２Ａ，２２ＢにはＺ軸方向の力のみが作用し、Ｚ軸方向に撓むことになる。このことは、振動ジャイロ１にＹ軸周りの角速度が作用したときについても同様である。
　一方、支持梁２５Ｃ１と支持梁２５Ｃ２はＸ軸周りに捩じれとトルクが生じ、支持梁２５Ｄ１と支持梁２５Ｄ２もＸ軸周りに捩じれとトルクが生じる。このため、検出梁２２Ｃ，２２Ｄには、支持梁２５Ｃ１，２５Ｃ２，２５Ｄ１，２５Ｄ２を介して、質量部２６Ａ～２６Ｄの変位によるＺ軸方向の力だけではなく、上記のトルクも加わる。
　検出梁２２Ｃに連結されている質量部２６Ａ，２６ＢはＺ軸の逆方向に変位し、検出梁２２Ｄに連結されている質量部２６Ｃ，２６ＤはＺ軸の逆方向に変位することにより、支持梁２５Ｃ１と支持梁２５Ｃ２とは同じ方向に捩じれ、支持梁２５Ｄ１と支持梁２５Ｄ２とも同じ方向に捩じれる。支持梁２５Ｃ１に生じるトルクと支持梁２５Ｃ２に生じるトルクとは互いに同じ方向となり、支持梁２５Ｄ１に生じるトルクと支持梁２５Ｄ２に生じるトルクとは互いに同じ方向となる。
　そのため、検出梁２２Ｃ，２２Ｄに加わるトルクは、振動ジャイロ１全体をＸ軸周りに大きく回転振動させるように作用する。すると、振動ジャイロ１全体の回転振動により、検出梁２２Ａ，２２Ｂの固定部２１側に応力が集中して、角速度の検出感度を高めることが可能になる。
　以上に説明したように、本実施形態の振動ジャイロ１では、櫛歯状電極ではなく、駆動用圧電素子１２Ａ１～１２Ｄ２によって駆動し、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄによって角速度を検出するため、振動ジャイロ１の小型化が可能であるとともに、簡易な製造プロセスで製造することができる。また、質量部２６Ａ～２６Ｄが、互いに隣り合う質量部と逆位相で駆動振動するため、固定部２１からの駆動振動の漏れ、駆動振動による検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄの歪みで生じる不要信号がなく、直交座標系の２軸周りの角速度を分離して高精度に検出することができる。また、検出梁２２Ａ～２２Ｄがコリオリの力によってＺ軸方向に撓むため、検出梁２２Ａ～２２Ｄの表面に配置された検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄに大きな応力が作用し、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄから効果的に検出信号を取り出すことができる。そして、振動ジャイロ１の全体が検出梁２２Ａ～２２Ｄの捩じれにより揺動するような振動態様を持つため、質量部２６Ａ～２６Ｄや検出梁２２Ａ～２２ＤのＺ軸方向の変位量が大きくなり、角速度の検出感度を高めることが可能になる。
　以下、本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロ１Ａについて説明する。
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る振動ジャイロ１Ａの構成を説明する図である。図６（Ａ）は、振動ジャイロ１ＡのＸ－Ｙ面平面図である。図６（Ｂ）は、振動ジャイロ１の一部を拡大して表示するＸ－Ｙ面平面図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同じ機能を有する部材については、同様の参照番号を付与している。
　第１の実施形態に係る振動ジャイロ１は直交座標系の２軸周りの角速度（Ｘ軸周りの角速度とＹ軸周りの角速度）を検出することができるのに対して、第２の実施形態に係る振動ジャイロ１Ａは３軸周りの角速度（Ｘ軸周りの角速度とＹ軸周りの角速度とＺ軸周りの角速度と）を検出することができる。このため、本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａは、梁、質量部、駆動用圧電素子および検出用圧電素子などが第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と異なる。本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａは、基板面内に振動する振動モードの共振周波数を駆動振動の周波数に近付けることにより、Ｘ軸周りの角速度とＹ軸周りの角速度に加えて、Ｚ軸周りの角速度も検出できるように構成されている。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａは、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４と、検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ，１３Ｇ，１３Ｈと、グラウンド電極パッド１４と、モニター部１５Ａ，１５Ｂと、ダミー部１６Ａ，１６Ｂと、固定部２１と、検出梁２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｃ１，２３Ｃ２，２３Ｄ１，２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃ１，２４Ｃ２，２４Ｄ１，２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ｂ１，２５Ｂ２，２５Ｃ１，２５Ｃ２，２５Ｄ１，２５Ｄ２と、質量部２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄとを備えている。駆動用圧電素子１２Ｅ１～１２Ｈ４と、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｈと、グラウンド電極パッド１４と、モニター部１５Ａ，１５Ｂと、ダミー部１６Ａ，１６Ｂと、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２と、質量部２６Ａ～２６Ｄとは、振動子を構成している。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２とは、第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と同様に構成されている。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２の伸びる方向が第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と異なっている。具体的には、本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、連結梁２４Ａ２，２４Ｂ２，２４Ｃ１，２４Ｄ１はＸ軸から４５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられており、連結梁２４Ａ１，２４Ｂ１，２４Ｃ２，２４Ｄ２はＸ軸から１３５°傾斜した軸に沿って伸びるように設けられている。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２の形状が第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と異なっている。具体的には、本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、支持梁２５Ａ１と支持梁２５Ａ２の端部近傍が一体化されて検出梁２２Ａに連結されており、支持梁２５Ｂ１と支持梁２５Ｂ２の端部近傍が一体化されて検出梁２２Ｂに連結されており、支持梁２５Ｃ１と支持梁２５Ｃ２の端部近傍が一体化されて検出梁２２Ｃに連結されており、支持梁２５Ｄ１と支持梁２５Ｄ２の端部近傍が一体化されて検出梁２２Ｄに連結されている。
　駆動用圧電素子１２Ｅ１～１２Ｈ４と、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｈとは、上部電極と、下部電極と、上部電極と下部電極との間に配置されている圧電体層と、固定部２１に形成されているパッドとを有する。下部電極は、グラウンド電極パッド１４を介してグラウンドに接続されている。駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２の上面電極は図示されていない第１の駆動端子に接続されており、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２には所定の共振周波数（駆動振動の共振周波数）の交番電圧が印加される。駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４の上面電極は、図示されていない第２の駆動端子に接続されており、駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４には、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２に印加される交番電圧と位相が逆相である交番電圧が印加される。検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｈの上面電極は図示されていない検出端子に接続されている。
　駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２は、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２のそれぞれの中心線の一方側に配置されている。駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４は、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２のそれぞれの中心線の他方側に配置されている。このように、本実施形態では、駆動梁２３Ａ１～２３Ｄ２と連結梁２４Ａ１～２４Ｄ２と支持梁２５Ａ１～２５Ｄ２のそれぞれの中心線を挟んで、互いに異なる位相の交番電圧が印加される駆動用圧電素子が配置されているため、第１の実施形態に係る振動ジャイロ１のような構成の２倍の駆動力を得ることができる。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｄに加えて、検出用圧電素子１３Ｅ～１３Ｈを備えている。検出用圧電素子１３Ａ，１３ＢがＸ軸周りの角速度を検出し、検出用圧電素子１３Ｃ，１３ＤがＹ軸周りの角速度を検出し、検出用圧電素子１３Ｅ，１３Ｆ，１３Ｇ，１３ＨがＺ軸周りの角速度を検出する。検出用圧電素子１３Ｅ～１３Ｈは、固定部２１と、検出梁２２Ａ～２２Ｄと、支持梁２５Ａ１，２５Ｂ1，２５Ｃ２，２５Ｄ２に形成されている。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、モニター部１５Ａ，１５Ｂが、固定部２１と、検出梁２２Ａ，２２Ｃと、支持梁２５Ａ２，２５Ｃ１に形成されている。モニター部１５Ａ，１５Ｂは、上部電極と、下部電極と、上部電極と下部電極との間に配置されている圧電体層と、固定部２１に形成されているパッドとを有する。モニター部１５Ａ，１５Ｂは、駆動振動をモニタリングするために設けられている。モニター部１５Ａ，１５Ｂには逆位相の電気信号（モニタリング信号）が発生し、これらの電気信号を外部の差動増幅回路において差動増幅することで、駆動振動をモニタリングすることができる。
　本実施形態に係る振動ジャイロ１Ａにおいては、ダミー部１６Ａ，１６Ｂが、固定部２１と、検出梁２２Ａ，２２Ｃと、支持梁２５Ｂ２，２５Ｄ１に形成されている。モニター部１５Ａ，１５Ｂおよびダミー部１６Ａ，１６Ｂは、検出用圧電素子１３Ｅ～１３Ｈと対称な形状を有するとともに、対称な位置に配置されている。
　次に、この振動ジャイロ１Ａの駆動時の振動態様について説明する。図７は、振動ジャイロ１Ａが駆動振動している状態での、振動子の表面に発生するＺ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。
　振動ジャイロ１Ａでは、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２と駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４に、第１，第２の駆動端子から互いに位相が逆の交番電圧が印加される。これにより、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２が長手方向に伸び、駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４が長手方向に縮む状態と、駆動用圧電素子１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｈ１，１２Ｈ２が長手方向に縮み、駆動用圧電素子１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ３，１２Ｈ４が長手方向に伸びる状態とが交互に繰り返され、駆動用圧電素子１２Ｅ１～１２Ｈ４が変形して振動する。駆動振動の周波数は、２９．６ｋＨｚである。
　駆動用圧電素子１２Ｅ１～１２Ｈ４が駆動されると、第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と同様に、質量部２６Ａ～２６Ｄが、周方向で隣り合う質量部が逆位相となる状態で、振動ジャイロ１Ａの中心を取囲む周方向に対して振動する。具体的には、質量部２６Ａ，２６ＣはＸ軸から４５°傾斜した方向に互いに逆位相で振動し、質量部２６Ｂ，２６ＤはＸ軸から－４５°傾斜した方向に互いに逆位相で振動する。周方向で隣り合い、互いに逆位相で振動する質量部の中間に配置され、十字状に設けられている検出梁２２Ａ～２２Ｄは駆動振動時にはほとんど振動しないため、固定部２１からの振動の漏れ、駆動振動によって検出用圧電素子１３Ａ～１３Ｈに生じる歪みによる不要信号を低減することができる。
　次に、振動ジャイロ１Ａの角速度の検出時の振動態様について説明する。図８は、図７に示した駆動状態で、振動ジャイロ１ＡにＸ軸周りの角速度が作用した場合の、振動子の表面に発生するＺ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。図９は、図７に示した駆動状態で、振動ジャイロ１ＡにＹ軸周りの角速度が作用した場合の、振動子の表面に発生するＺ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。図１０は、図７に示した駆動状態で、振動ジャイロ１ＡにＺ軸周りの角速度が作用した場合の、Ｚ軸方向への応力を模式的に示したコンター図である。
　図８に示すように、振動ジャイロ１ＡにＸ軸周りの角速度が作用したときは、第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と同様に、質量部２６Ａ，２６ＤはＺ軸正方向のコリオリの力を受けてＺ軸正方向に変位し、質量部２６Ｂ，２６ＣはＺ軸負方向のコリオリの力を受けてＺ軸負方向に変位するため、振動ジャイロ１Ａ全体がＸ軸周りに回転振動する。このとき、検出梁２２ＡはＺ軸正方向に撓み、検出梁２２ＢはＺ軸負方向に撓むため、検出梁２２Ａ，２２Ｂには撓みによる大きな応力が発生する。これにより、検出用圧電素子１３Ａと、検出用圧電素子１３Ｂには逆位相の電気信号（検出信号）が発生し、これらの電気信号を外部の差動増幅回路において差動増幅することで、Ｘ軸周りの角速度を検出することができる。Ｘ軸周りの角速度の検出振動の周波数は、３０．５ｋＨｚである。
　なお、検出梁２２Ｃ，２２Ｄはほとんど撓むことはない。検出用圧電素子１３Ｃ，１３Ｄには僅かにせん断応力が作用し、検出用圧電素子１３Ｃ，１３Ｄでは微小な同位相の電気信号（検出信号）が発生するが、これらの電気信号は外部の差動増幅回路において差動増幅することで除去される。
　図９に示すように、振動ジャイロ１ＡにＹ軸周りの角速度が作用したときは、第１の実施形態に係る振動ジャイロ１と同様に、質量部２６Ａ，２６ＢはＺ軸正方向のコリオリの力を受けてＺ軸正方向に変位し、質量部２６Ｃ，２６ＤはＺ軸負方向のコリオリの力を受けてＺ軸負方向に変位するため、振動ジャイロ１Ａ全体がＹ軸周りに回転振動する。このとき、検出梁２２ＣはＺ軸正方向に撓み、検出梁２２ＤはＺ軸負方向に撓むため、検出梁２２Ｃ，２２Ｄには撓みによる大きな応力が発生する。これにより、検出用圧電素子１３Ｃと、検出用圧電素子１３Ｄには逆位相の電気信号（検出信号）が発生し、これらの電気信号を外部の差動増幅回路において差動増幅することで、Ｙ軸周りの角速度を検出することができる。Ｙ軸周りの角速度の検出振動の周波数は、３０．５ｋＨｚである。
　なお、検出梁２２Ａ，２２Ｂはほとんど撓むことはない。検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂには僅かにせん断応力が作用し、検出用圧電素子１３Ａ，１３Ｂでは微小な同位相の電気信号（検出信号）が発生するが、これらの電気信号は外部の差動増幅回路において差動増幅することで除去される。
　図１０に示すように、振動ジャイロ１ＡにＺ軸周りの角速度が作用したときは、質量部２６Ａ～２６Ｄは、周方向で隣り合う質量部が逆位相となる状態で、振動ジャイロ１Ａの中心から外周方向に振動する。具体的には、質量部２６Ａ，２６Ｃは外周方向のコリオリの力を受けてＸ軸から４５°傾斜した軸に沿って互いに逆位相で変位し、質量部２６Ｂ，２６Ｄは外周方向のコリオリの力を受けてＸ軸から１３５°傾斜した軸に沿って互いに逆位相で変位する。質量部２６Ａ，２６Ｃが固定部２１から遠ざかるときには、質量部２６Ｂ，２６Ｄは固定部２１に近付き、質量部２６Ａ，２６Ｃが固定部２１に近付くときには、質量部２６Ｂ，２６Ｄは固定部２１から遠ざかる。このため、振動ジャイロ１Ａ全体がＺ軸周りに回転振動する。
　振動ジャイロ１ＡにＺ軸周りの角速度が作用したときは、上記のような振動により、支持梁２５Ａ１，２５Ｂ１，２５Ｃ２，２５Ｄ２が撓み、支持梁２５Ａ１，２５Ｂ１，２５Ｃ２，２５Ｄ２と検出梁２２Ａ～２２Ｄとが連結されている部分近傍には撓みによる大きな応力が発生する。これにより、検出用圧電素子１３Ｅ～１３Ｈには電気信号（検出信号）が発生し、これらの電気信号を外部の回路において加算することで、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。Ｚ軸周りの角速度の検出振動の周波数は、３０．８ｋＨｚである。
　振動ジャイロ１Ａにおいて、モニター部１５Ａ，１５Ｂおよびダミー部１６Ａ，１６Ｂに代えて、Ｚ軸周りの角速度を検出する検出用圧電素子を設けてもよい。このような構成にすることで、Ｚ軸周りの角速度をより高精度に検出することができる。この場合には、駆動振動をモニタリングする手段を別途設けることになる。
　以上に説明したように、本実施形態の振動ジャイロ１Ａでは、Ｘ軸周りの角速度と、Ｙ軸周りの角速度と、Ｚ軸周りの角速度とを分離して検出することができる。
　なお、以上の説明では、駆動用圧電素子からの駆動振動を質量部に伝達するとともに、コリオリの力による質量部の検出振動を検出用圧電素子に伝達する、振動伝達用の梁を駆動梁と、連結梁と、支持梁とにより構成する例を説明したが、本発明はこのような構成に限られるものではなく、振動伝達用の梁は他の構成を有していてもよい。その他、質量部、検出梁、固定部などの形状についても、上述の構成に限られるものではなく、他の形状であってもよい。駆動用圧電素子や検出用圧電素子の配置位置や構造も上述の構成に限られるものではなく、他の配置位置や構造であってもよい。
１，１Ａ…振動ジャイロ
１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２，１２Ｃ１，１２Ｃ２，１２Ｄ１，１２Ｄ２，１２Ｅ１，１２Ｅ２，１２Ｅ３，１２Ｅ４，１２Ｆ１，１２Ｆ２，１２Ｆ３，１２Ｆ４，１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３，１２Ｇ４，１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，１２Ｈ４…駆動用圧電素子
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ，１３Ｇ，１３Ｈ…検出用圧電素子
１４…グラウンド電極パッド
１５Ａ，１５Ｂ…モニター部
１６Ａ，１６Ｂ…ダミー部
２１…固定部
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…検出梁
２３Ａ１，２３Ａ２，２３Ｂ１，２３Ｂ２，２３Ｃ１，２３Ｃ２，２３Ｄ１，２３Ｄ２…駆動梁
２４Ａ１，２４Ａ２，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃ１，２４Ｃ２，２４Ｄ１，２４Ｄ２…連結梁
２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ｂ１，２５Ｂ２，２５Ｃ１，２５Ｃ２，２５Ｄ１，２５Ｄ２…支持梁
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ３２…質量部

Claims (4)

  1. 　平面視して中央に位置している固定部と、
    　前記固定部から第１の方向または第１の方向と直交する第２の方向に沿って伸びるように平面視して十字状に設けられている４つの検出梁と、
    　前記４つの検出梁の間に配置されており、前記固定部に対して点対称に配置されている４つの質量部と、
    　前記４つの検出梁と前記４つの質量部とを連結しており、前記４つの質量部を振動可能に支持している振動伝達用の梁と、
    　前記振動伝達用の梁に設けられており、前記固定部を取り囲む周方向に向けて、前記４つの質量部を隣接する質量部と逆方向に振動させる駆動用圧電素子と、
    　前記４つの検出梁に設けられている検出用圧電素子と、
    を備える、振動ジャイロ。
  2. 　前記振動伝達用の梁は、駆動梁と、支持梁とを含み、
    　前記駆動梁は、端部が前記質量部に連結されており、第１の方向から４５°または－４５°傾斜した方向に沿って伸びるように設けられており、
    　前記支持梁は、端部が前記検出梁に連結されており、前記検出梁と平行に伸びるように設けられている、請求項１に記載の振動ジャイロ。
  3. 　前記支持梁は、平面形状がＵ字状である、請求項２に記載の振動ジャイロ。
  4. 　前記固定部を支持している支持基板と、
    　前記振動伝達用の梁の一部に設けられており、前記支持基板に垂直な軸周りの角速度を検出する検出用圧電素子をさらに備える、請求項１ないし請求項３に記載の振動ジャイロ。
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