CN1808066B - 振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器，可维持振动陀螺元件的角速度检测灵敏度、确保支撑强度并实现小型化。该振动陀螺元件在同一平面上具有：基部(10)；从基部(10)向两侧直线状延伸的一对检测用振动臂(11a、11b)；从基部(10)向两侧在和检测用振动臂(11a、11b)垂直的方向上延伸的一对连接臂(13a、13b)；从各个连接臂的末端部与其垂直地向两侧延伸的各一对驱动用振动臂(14a、14b、15a、15b)；从基部(10)沿着各检测用臂延伸的两对梁(20a、20b、21a、21b)；连接在相同方向上延伸的各梁的一对支撑部(22a、22b)，其中，支撑部(22a、22b)配置在检测用振动臂延伸的方向、而且位于检测用振动臂的外侧、所述驱动用振动臂之间。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测角速度的振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器。
背景技术
近年来，作为摄像设备的手抖动校正、或使用GPS(全球定位系统)卫星信号的车辆等移动体导航系统等的姿势控制，多使用将振动陀螺元件收纳在容器中的陀螺传感器。
作为振动陀螺元件，例如，公知的有相对于中央的检测振动系统左右对称地配置大致T字型的驱动振动系统的所谓双T型振动陀螺元件(参照专利文献1、图1)。
在这些陀螺传感器中，为了提高便携性和设备的设计自由度，要求小型化。为了实现该陀螺传感器的小型化，需要使陀螺元件小型化。通常，作为陀螺元件的支撑是把陀螺元件的中央的基部(重心部)粘接支撑在基板等上，但在使陀螺元件小型化时，与基板的支撑面积变小，存在不能确保施加了振动或冲击时的强度的问题。因此，例如，如专利文献1(图4)所示，提出了使支撑框从基部延伸出并分别支撑基部和支撑框的结构。
专利文献1 日本特开2001-12955号公报(图1、图4)
但是，在这种现有的陀螺元件中，由于支撑基部，使检测振动受到抑制，降低了角速度的检测灵敏度，并且由于支撑框设置在陀螺元件的驱动振动系统和检测振动系统的外侧，所以陀螺元件的小型化存在限制。
发明内容
本发明就是为了上述课题而提出的，其目的在于，提供能维持振动陀螺元件的角速度检测灵敏度、确保支撑强度并且实现小型化的振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器。
为了解决上述课题，本发明的振动陀螺元件的特征在于，在同一平面上具有：基部；从所述基部向两侧直线状延伸的一对检测用振动臂；从所述基部向另外两侧在与所述检测用振动臂垂直的方向上延伸的一对连接臂；从所述各个连接臂的末端部与所述各个连接臂垂直地向两侧延伸的各一对驱动用振动臂；从所述基部沿着所述各检测用振动臂延伸的S字状的两对梁；连接在相同方向上延伸的所述各梁的一对支撑部，其中，所述支撑部被配置在所述各个检测用振动臂延伸的方向、而且位于所述检测用振动臂的外侧、所述驱动用振动臂之间。
根据这种结构，形成从振动陀螺元件的基部延伸的梁和连接该梁的支撑部，从而能够确保较大的支撑部面积。并且，通过粘接支撑该支撑部，可以在维持角速度检测灵敏度的同时，提高支撑强度。并且，通过把支撑部配置在检测用振动臂延伸的方向、而且位于检测用振动臂的外侧、驱动用振动臂之间，可以实现振动陀螺元件的小型化。
并且，本发明的振动陀螺元件的特征在于，所述检测用振动臂的长度形成为比所述驱动用振动臂的长度短。
这样，可以增大支撑部的面积，提高振动陀螺元件的支撑强度。
并且，本发明的振动陀螺元件的特征在于，所述一对支撑部被设置在相对于振动陀螺元件的重心旋转对称的位置上。
根据这种结构，能够确保振动陀螺元件的平衡，保持稳定的姿势。
并且，本发明的振动陀螺元件的支撑结构的特征在于，具有：所述的振动陀螺元件；放置所述振动陀螺元件的支撑台；对所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台进行固定的固定部件。
根据这种结构，能够将支撑部形成为较大的面积，所以即使不支撑振动陀螺元件的基部，也能够通过固定部件来对支撑部进行支撑，由此在维持角速度检测灵敏度的同时实现可靠的支撑。
并且，本发明的振动陀螺元件的支撑结构的特征在于，所述固定部件是具有弹性的材料。
根据这种结构，因为固定部件具有弹性，所以能够缓和来自外部的振动或冲击，能够稳定地保持振动陀螺元件的驱动振动和检测振动。并且，针对泄漏到支撑部的微小振动，固定部件作为缓冲部件而发挥作用，能够降低对驱动振动和检测振动的影响。
并且，本发明的陀螺传感器的特征在于，具有：所述的振动陀螺元件；放置所述振动陀螺元件的支撑台；对所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台进行固定的固定部件；驱动振动所述振动陀螺元件的驱动电路；检测电路，在所述振动陀螺元件具有角速度时，该检测电路检测在所述振动陀螺元件中产生的检测振动。
根据这种结构，通过粘接支撑振动陀螺元件的支撑部，可以在维持角速度检测灵敏度的同时提高支撑强度，可以提供装配了小型化的振动陀螺元件的小型化陀螺传感器。
附图说明
图1是表示本实施方式的振动陀螺元件的概略平面图。
图2是表示陀螺传感器的概略剖面图。
图3是说明振动陀螺元件的驱动振动状态的示意性平面图。
图4是说明振动陀螺元件的检测振动状态的示意性平面图。
图5是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。
图6是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。
图7是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。
图8是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。
图9是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。
标号说明
1、2、3、4、5、6振动陀螺元件；10基部；11a、11b检测用振动臂；13a、13b连接臂；14a、14b驱动振动臂；15a、15b驱动振动臂；20a、20b、21a、21b梁；22a、22b支撑部；80陀螺传感器；82支撑台；83固定部件；84包含驱动电路和检测电路的IC；G重心。
具体实施方式
以下，参照附图说明将本发明具体化的实施方式。
(实施方式)
图1是表示本实施方式的振动陀螺元件的概略平面图。
振动陀螺元件1由作为压电材料的石英形成。石英中具有被称为电轴的X轴、被称为机械轴的Y轴、被称为光轴的Z轴。并且，振动陀螺元件1在Z轴方向具有规定的厚度，并形成于XY平面内。
振动陀螺元件1具有：从基部10向图中上下两侧直线状延伸的一对检测用振动臂11a、11b；从基部10开始在与该检测用振动臂11a、11b垂直的方向上，向图中左右两侧延伸的一对连接臂13a、13b；从各个连接臂13a、13b的末端部开始与检测用振动臂11a、11b平行地、向图中上下两侧延伸的左右各一对驱动用振动臂14a、14b、15a、15b。
并且，在检测用振动臂11a、11b的表面上形成检测电极(未图示)，在驱动用振动臂14a、14b、15a、15b的表面上形成驱动电极(未图示)。这样，由检测用振动臂11a、11b构成检测角速度的检测振动系统，由连接臂13a、13b和驱动用振动臂14a、14b、15a、15b构成对振动陀螺元件进行驱动的驱动振动系统。
并且，在检测用振动臂11a、11b各自的末端部形成锤部12a、12b，在驱动用振动臂14a、14b、15a、15b各自的末端部形成锤部16a、16b、17a、17b，以期提高角速度的检测灵敏度。另外，此处，检测用振动臂11a、11b是分别包括了锤部12a、12b的名称，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b是分别包括了锤部16a、16b、17a、17b的名称。
并且，检测用振动臂11a、11b形成为其长度比驱动用振动臂14a、14b、15a、15b短。
另外，形成从基部10开始在与该检测用振动臂11a垂直的方向上向图中左右两侧延伸、在中途与该检测用振动臂11a平行地延伸的L字形的一对梁20a、20b，梁20a、20b的末端均连结到支撑部22a上。同样，形成从基部10开始在与该检测用振动臂11b垂直的方向上向图中左右两侧延伸、在中途与该检测用振动臂11b平行地延伸的L字形的一对梁21a、21b，梁21a、21b的末端均连结到支撑部22b上。
该一对支撑部22a、22b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。另外，该一对支撑部22a、22b被配置在相对于振动陀螺元件1的重心G旋转对称的位置上。
下面，说明振动陀螺元件1的动作。
图3和图4是说明振动陀螺元件的动作的示意性平面图。在图3和图4中，为了简易地表述振动形式，利用线表示各个振动臂，省略所述梁20a、20b、21a、21b和支撑部22a、22b。
在图3中，说明振动陀螺元件1的驱动振动状态。振动陀螺元件1在未施加角速度的状态下，驱动用振动臂14a、14b、15a、15b在箭头E所示的方向上进行弯曲振动。该弯曲振动按规定的频率重复由实线表示的振动姿势和由双点划线表示的振动姿势。此时，驱动用振动臂14a、14b和驱动用振动臂15a、15b进行相对于通过重心G的Y轴线对称的振动，所以基部10、连结臂13a、13b、检测用振动臂11a、11b几乎不振动。
在进行该驱动振动的状态下，当对振动陀螺元件1施加绕着Z轴的角速度ω时，进行图4所示的振动。即，向构成驱动振动系统的驱动用振动臂14a、14b、15a、15b和连结臂13a、13b作用箭头B方向的科里奥利(Coriolis)力，激励新的振动。该箭头B方向的振动相对于重心G是圆周方向的振动。同时，检测用振动臂11a、11b呼应箭头B方向的振动，被激励起箭头C方向的检测振动。并且，由形成于检测用振动臂11a、11b上的检测电极来检测由于该振动而产生的压电材料的变形，求出角速度。
并且，此时，基部10的周缘部在箭头D方向上，相对于重心G在周向上振动。这是因为检测振动不仅是驱动振动系统和检测用振动臂11a、11b的平衡振动，而且是包括基部10的平衡振动。该箭头D所示的基部10的周缘部的振动振幅，与箭头B所示的驱动振动系统的振动振幅或箭头C所示的检测用振动臂11a、11b的振动振幅相比，非常微小，但是，例如在粘接固定基部10的情况下，基部10的周缘部的振动由于该固定而受到抑制，检测振动也受到抑制。因此，由于支撑基部10，而使得角速度的检测灵敏度降低。
下面，使用图2说明振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器。图2是表示陀螺传感器的概略剖面图，表示振动陀螺元件1沿着图1的A-A切线的剖面。
陀螺传感器80具有振动陀螺元件1、IC 84、收纳器81和盖体86。在由陶瓷等形成的收纳器81的底面上配置有IC 84，其通过Au等的引线85与形成于收纳器81中的布线(未图示)电连接。IC 84包括：用于对振动陀螺元件1进行驱动振动的驱动电路；在施加了角速度时检测在振动陀螺元件1中产生的检测振动的检测电路。振动陀螺元件1中，通过导电性粘接剂等的固定部件83，粘接支撑形成于收纳器81中的支撑台82和振动陀螺元件1的支撑部22a、22b。在支撑台82的表面上形成有布线(未图示)，振动陀螺元件1的电极和布线间的导通通过固定部件83来实现。该固定部件83优选具有弹性的材料。作为具有弹性的固定部件83，公知的有以硅为基材的导电性粘接剂等。并且，收纳器81的上部利用盖体86进行密封，以便把收纳器81内部保持为真空气氛。
如上所述，本实施方式的振动陀螺元件1和振动陀螺元件1的支撑结构，通过形成连结从基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b的支撑部22a、22b，可以确保支撑部22a、22b的面积较大，能够提高支撑强度。
并且，从基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b由石英形成，所以具有弹性，基部10的周缘部的振动不会受到抑制，不会降低角速度的检测灵敏度。
另外，通过把支撑部22a、22b配置在检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间，可以实现振动陀螺元件1的小型化。
并且，由于一对支撑部22a、22b被设置在相对于振动陀螺元件1的重心G旋转对称的位置上，所以能够确保振动陀螺元件1的平衡，能确保稳定的姿势，能够获得良好的特性。
并且，在振动陀螺元件1的支撑结构中，固定部件83由具有弹性的材料构成，所以能够缓和来自外部的振动和冲击，能够稳定地保持驱动振动和检测振动。并且，针对泄漏到支撑部22a、22b的微小振动，固定部件83作为缓冲部件而发挥作用，能够降低对驱动振动和检测振动的影响。
另外，装配了利用上述支撑结构进行支撑的振动陀螺元件1的陀螺传感器80，能够维持角速度的检测灵敏度，并且实现小型化。
(振动陀螺元件的变形例)
图5～图9是表示振动陀螺元件的变形例的概略平面图。在这些变形例中，其特征是图1所示的梁和支撑部的形状，对结构和图1相同的部分标注相同标号，并省略说明。
在图5中，形成从振动陀螺元件2的基部10的两侧与该检测用振动臂11a平行地延伸的一对梁30a、30b，梁30a、30b的末端连结到支撑部32a。同样，形成从基部10的两侧与该检测用振动臂11b平行地延伸的一对梁31a、31b，梁31a、31b的末端连结到支撑部32b。
该一对支撑部32a、32b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。
振动陀螺元件2具有与前述实施方式相同的支撑结构，利用导电性粘接剂等固定部件把支撑部32a、32b粘接支撑在支撑台上。
下面，在图6中，在振动陀螺元件3中设有从基部10的4个角部暂且在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向上延伸的、大致为S字形的梁40a、40b、41a、41b。梁40a、40b的末端连结到支撑部42a，梁41a、41b连结到支撑部42b。
该一对支撑部42a、42b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。
振动陀螺元件3具有与前述实施方式相同的支撑结构，利用导电性粘接剂等固定部件把支撑部42a、42b粘接支撑在支撑台上。
在图7中，在振动陀螺元件4中设置有从基部10的4个角部暂且在与各个检测用振动臂11a、11b垂直的方向上延伸的、大致为S字形的梁50a、50b、51a、51b。梁50a、50b的末端连结到支撑部52a，梁51a、51b连结到支撑部52b。
该一对支撑部52a、52b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向上、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。
振动陀螺元件4具有与前述实施方式相同的支撑结构，利用导电性粘接剂等固定部件把支撑部52a、52b粘接支撑在支撑台上。
在图8中，在振动陀螺元件5中设置有从基部10的4个角部在倾斜方向上延伸的梁60a、60b、61a、61b。梁60a、60b的末端连结到支撑部62a，梁61a、61b连结到支撑部62b。
该一对支撑部62a、62b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。
振动陀螺元件5具有与前述实施方式相同的支撑结构，利用导电性粘接剂等固定部件把支撑部62a、62b粘接支撑在支撑台上。
图9表示在图1中说明的振动陀螺元件1中不设置锤部16a、16b、17a、17b的方式。
在振动陀螺元件6中设有从基部10的4个角部在与该检测用振动臂11a、11b垂直的方向上向图中左右两侧延伸、在中途与该检测用振动臂11a、11b平行地延伸的L字形的梁70a、70b、71a、71b。梁70a、70b的末端连结到支撑部72a，梁71a、71b连结到支撑部72b。
该一对支撑部72a、72b被配置在各个检测用振动臂11a、11b延伸的方向、而且位于检测用振动臂11a、11b的外侧、驱动用振动臂14a、14b、15a、15b之间。
振动陀螺元件6具有与前述实施方式相同的支撑结构，利用导电性粘接剂等固定部件把支撑部72a、72b粘接支撑在支撑台上。
这样，虽然作为振动陀螺元件的材料的石英具有固有的弹性，但通过适当改变从基部10延伸的梁的长度和形状，可以调整梁的弹性。因此，能够抑制基部10的振动传递到支撑部，可获得稳定的驱动振动和检测振动。
在以上的振动陀螺元件的变形例中，具有与在本实施方式中说明的作用相同的作用，能够实现相同的效果。
另外，本实施方式的振动陀螺元件可通过使用光刻技术的蚀刻加工而形成为一体，并且，可以由一枚石英晶片形成多个振动陀螺元件。
并且，作为振动陀螺元件的材料，也可以使用其他压电材料，例如钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO5)等。另外，不仅可以利用压电材料，也可以利用以镍铬恒弹性合金(elinvar)材料为代表的恒弹性材料来实施。
Claims (6)
1.一种振动陀螺元件，其特征在于，在同一平面上具有：
基部；
从所述基部向两侧直线状延伸的一对检测用振动臂；
从所述基部向另外两侧在与所述检测用振动臂垂直的方向上延伸的一对连接臂；
从所述各个连接臂的末端部与所述各个连接臂垂直地向两侧延伸的各一对驱动用振动臂；
从所述基部沿着所述各检测用振动臂延伸的S字状的两对梁；
连接在相同方向上延伸的所述各梁的一对支撑部，
所述支撑部被配置在所述各个检测用振动臂延伸的方向、而且位于所述检测用振动臂的外侧、所述驱动用振动臂之间。
2.根据权利要求1所述的振动陀螺元件，其特征在于，所述检测用振动臂的长度形成为比所述驱动用振动臂的长度短。
3.根据权利要求1或2所述的振动陀螺元件，其特征在于，所述一对支撑部被设置在相对于振动陀螺元件的重心旋转对称的位置上。
4.一种振动陀螺元件的支撑结构，其特征在于，具有：
权利要求1～3中任一项所述的振动陀螺元件；
放置所述振动陀螺元件的支撑台；
对所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台进行固定的固定部件。
5.根据权利要求4所述的振动陀螺元件的支撑结构，其特征在于，所述固定部件是具有弹性的材料。
6.一种陀螺传感器，其特征在于，具有：
权利要求1～3中任一项所述的振动陀螺元件；
放置所述振动陀螺元件的支撑台；
对所述振动陀螺元件的所述支撑部和支撑台进行固定的固定部件；
驱动所述振动陀螺元件使其振动的驱动电路；
检测电路，在所述振动陀螺元件具有角速度时，该检测电路检测在所述振动陀螺元件中产生的检测振动。
Applications Claiming Priority (3)
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