JP2000146593A - 振動ジャイロの支持構造および支持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動ジャイロの温度ドリフトを小さくするこ
とができる振動ジャイロの支持構造、およびそのような
支持構造を得るための支持方法を得る。 【解決手段】 振動ジャイロ１０は、接合された直方体
状の圧電体基板１４ａ，１４ｂと、その対向側面に電極
１６，１８，２０を形成した振動子１２を含む。振動子
１２の屈曲振動の２つのノード点に対応する部分におい
て、電極２０に支持部材２２ａ，２２ｂを取り付ける。
支持部材２２ａ，２２ｂは、電極２０と一定の間隔を隔
てるようにして、導電性接着剤２４で電極２０に固着さ
れる。そのために、電極２０に導電性接着剤を印刷し、
これに電極２０と平行な面を形成して支持部を作製す
る。支持部の面に支持部材２２ａ，２２ｂを配置して、
導電性接着剤で支持部に固定することにより、支持部材
２２ａ，２２ｂを振動子１２に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロの支
持構造および支持方法に関し、特にたとえば、カメラの
手振れ防止やカーナビゲーションシステムなどに使用さ
れる振動ジャイロを支持するための、振動ジャイロの支
持構造および支持方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の支持構造を用いた振動ジ
ャイロを示す斜視図であり、図９はその断面図である。
振動ジャイロ１は、振動子２を含む。振動子２は、２つ
の圧電体基板３ａ，３ｂを接合することによって形成さ
れる。これらの圧電体基板３ａ，３ｂは、図９に矢印で
示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。

【０００３】一方の圧電体基板３ａの外側面には、分割
された電極４ａ，４ｂが形成される。これらの電極４
ａ，４ｂは、圧電体基板３ａの側面の幅方向に２つに分
割され、圧電体基板３ａの長手方向に延びるように形成
される。さらに、他方の圧電体基板３ｂの外側面の全面
に、別の電極５が形成される。振動子２は、電極５が形
成された面において、支持部材６によって支持される。
支持部材６は、たとえば金属線などで形成される。この
支持部材６が折り曲げられて、突起部６ａが形成され
る。この突起部６ａが、振動子２の２つのノード点に対
応する部分において、電極５に接触させられる。そし
て、シリコン樹脂を含む弾性接着剤７によって、支持部
材６が振動子２の電極５に固着される。

【０００４】この振動ジャイロ１では、電極４ａ，４ｂ
と電極５との間に駆動信号が印加される。２つの圧電体
基板３ａ，３ｂは、互いに逆向きに分極されているた
め、振動子２は、バイモルフ構造となっており、駆動信
号によって振動子２が、電極４ａ，４ｂ形成面および電
極５形成面に直交する向きに屈曲振動する。このとき、
振動子２は、その長手方向の両端から少し内側にある２
つのノード点を中心として屈曲振動する。このような方
向に振動子２が屈曲振動しているとき、電極４ａ，４ｂ
からは同じ信号が出力されるため、これらの信号の差を
とれば、２つの出力信号が相殺されて０となる。

【０００５】振動子２が屈曲振動している状態で、振動
子２の軸を中心として回転すると、振動子２の屈曲振動
の向きに直交する向きにコリオリ力が働く。そのため、
振動子２の屈曲振動の方向が変わり、電極４ａ，４ｂの
出力信号が変化する。つまり、一方の電極４ａからの出
力信号がコリオリ力に対応して増加すると、他方の電極
４ｂからの出力信号がコリオリ力に対応して減少する。
したがって、これらの電極４ａ，４ｂからの出力信号の
差をとれば、コリオリ力に対応した信号のみを得ること
ができる。このように、電極４ａ，４ｂの出力信号の差
を測定することにより、振動ジャイロ１に加わった回転
角速度を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロの支持構造では、支持部材の突起部を
振動子の側面に接触させ、弾性接着剤で固着しているた
め、振動子が支持部材に対して傾きやすく、振動子と支
持部材との間隔を一定にすることが難しい。そのため、
支持部材によって、振動子の振動がダンピングされ、こ
れが温度ドリフトの原因となる。また、支持部材を介し
て、振動子の振動漏れが発生し、これも温度ドリフトの
原因となる。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、温
度ドリフトを小さくすることができる振動ジャイロの支
持構造を提供することである。また、この発明の目的
は、温度ドリフトを小さくすることができる振動ジャイ
ロの支持構造を得るための支持方法を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、側面に電極
が形成された振動子の屈曲振動を利用して回転角速度を
検出する振動ジャイロの支持構造であって、振動子を支
持するために振動子の幅方向に延びる支持部材を有し、
振動子の屈曲振動のノード点に対応する部分において、
振動子の側面の電極と支持部材とが一定の間隔を隔て
て、導電性接着剤で電極に支持部材が固着されることを
特徴とする、振動ジャイロの支持構造である。このよう
な振動ジャイロの支持構造において、支持部材は、振動
子の１つの側面に形成された電極または対向側面に形成
された電極に固着することができる。また、導電性接着
剤の硬度は、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈであることが好ましい。
さらに、この発明は、屈曲振動をする振動子のノード点
に対応する部分において振動子の側面に形成されて電極
に導電性接着剤を印刷する工程と、電極から一定の間隔
となる面を導電性接着剤に形成して支持部を形成する工
程と、支持部に形成された面上に支持部材を配置する工
程と、導電性接着剤によって支持部に支持部材を固着す
る工程とを含む、振動ジャイロの支持方法である。

【０００９】振動子の側面に形成された電極と支持部材
とが一定の間隔を隔てて配置されるため、振動子の振動
がダンピングされにくく、温度ドリフトを抑えることが
できる。また、支持部材が導電性接着剤を介して振動子
に固着されており、直接振動子に接触していないため、
支持部材からの振動漏れを抑えることができる。さら
に、導電性接着剤の硬度を、鉛筆硬度でＢ〜６Ｈの範囲
にしておくことにより、温度ドリフトを抑制する効果が
高い。このような振動ジャイロの支持構造を得るため
に、まず、振動子の側面に導電性接着剤が印刷され、こ
の導電性接着剤を加工して、振動子の側面の電極から一
定の間隔となる面を有する支持部が形成される。この面
は、ダイサーなどを用いて、精度よく形成することがで
きる。したがって、この支持部の面に支持部材を配置し
て、導電性接着剤で固着することにより、支持部材の位
置精度がよくなり、電極から一定の間隔で支持部材を固
着することができるとともに、振動子のノード点に近い
位置で支持することができる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の支持構造を用い
た振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図２はその
断面図である。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含
む。振動子１２は、直方体状の第１の圧電体基板１４ａ
および第２の圧電体基板１４ｂを含む。これらの圧電体
基板１４ａ，１４ｂとしては、たとえば圧電セラミック
やＬｉＮｂＯ₃ ，ＬｉＴａＯ₃ の単結晶などが用いられ
る。そして、第１の圧電体基板１４ａおよび第２の圧電
体基板１４ｂは接合される。第１の圧電体基板１４ａと
第２の圧電体基板１４ｂは、図２に矢印で示すように、
互いに逆向きの厚み方向に分極される。したがって、振
動子１２は、バイモルフ構造となる。

【００１２】第１の圧電体基板１４ａの外側面には、２
つの電極１６，１８が形成される。これらの電極１６，
１８は、第１の圧電体基板１４ａの幅方向に２分割さ
れ、第１の圧電体基板１４ａの長手方向に延びるように
形成される。さらに、第２の圧電体基板１４ｂの外側面
の全面に、別の電極２０が形成される。このような振動
子１２を作製するには、たとえば大きい２枚の圧電体基
板をエポキシ樹脂などで接合して積層基板を形成し、積
層基板の両面に電極を形成して、一方の圧電体基板上に
形成された電極に所定の間隔で溝を形成したのち、ダイ
シングカットなどによって積層基板を切断すればよい。

【００１３】電極２０形成面には、たとえば金属線など
で形成された直線状の支持部材２２ａ，２２ｂが取り付
けられる。支持部材２２ａ，２２ｂは、振動子１２の２
つのノード点に対応する部分において、振動子１２の幅
方向に延びるようにして、導電性接着剤２４で電極２０
上に接着される。このとき、振動子１２と支持部材２２
ａ，２２ｂとの間隔が一定となるように、支持部材２２
ａ，２２ｂが取り付けられる。

【００１４】この振動ジャイロ１０を作製するために、
振動子１２の２つのノード点に対応する部分において、
電極２０上に導電性接着剤が印刷される。この導電性接
着剤が硬化したのち、図３に示すように、ダイサーなど
を用いて、硬化した導電性接着剤に電極２０と平行な面
を含む溝２６ａが形成され、支持部２６が形成される。
このように、支持部材２６では、溝２６ａが電極２０と
平行、つまり振動子１２の外側面と平行であるので、溝
２６ａと振動子１２との間隔は一定となる。そして、図
４に示すように、この支持部２６の溝２６ａに支持部材
２２が配置され、支持部材２２と支持部２６とが導電性
接着剤で固着される。

【００１５】この振動ジャイロ１０を使用するために、
図５に示すように、第１の圧電体基板１４ａ上に形成さ
れた電極１６，１８に抵抗３０，３２が接続される。こ
れらの抵抗３０，３２と電極２０との間には、発振回路
３４が接続される。発振回路３４は、たとえば増幅回路
と位相補正回路とを含み、電極２０から出力される信号
が発振回路３４に帰還される。そして、増幅回路および
位相補正回路によって、帰還された信号のレベルおよび
位相が調整され、電極１６，１８に与えられる。

【００１６】また、電極１６，１８は、差動回路３６の
入力端に接続される。差動回路３６の出力端は、同期検
波回路３８に接続される。同期検波回路３８では、たと
えば発振回路３４の信号に同期して、差動回路３６の出
力信号が検波される。同期検波回路３８は平滑回路４０
に接続され、さらに平滑回路４０は直流増幅回路４２に
接続される。

【００１７】この振動ジャイロ１０は、発振回路３４に
よって自励振駆動される。このとき、振動子１２はバイ
モルフ構造であるため、第１の圧電体基板１４ａがその
主面に平行する向きに延びたとき、第２の圧電体基板１
４ｂはその主面に平行する向きに縮む。逆に、第１の圧
電体基板１４ａがその主面に平行する向きに縮んだと
き、第２の圧電体基板１４ｂがその主面に平行する向き
に延びる。そのため、振動子１２は、電極１６，１８形
成面および電極２０形成面に直交する向きに屈曲振動す
る。

【００１８】振動ジャイロ１０に回転角速度が加わって
いないとき、電極１６，１８形成部分の振動状態は同じ
でる。そのため、電極１６，１８から出力される信号は
同じであり、差動回路３６で相殺されるため、差動回路
３６からは信号が出力されない。振動子１２の軸を中心
として回転すると、屈曲振動の向きと直交する向きにコ
リオリ力が働く。このコリオリ力により、振動子１２の
屈曲振動の向きが変わる。そのため、電極１６，１８形
成部分の振動状態に差が生じ、電極１６，１８から出力
される信号に差が生じる。たとえば、電極１６から出力
される信号が大きくなったとき、電極１８から出力され
る信号は小さくなる。逆に、電極１６から出力される信
号が小さくなったとき、電極１８から出力される信号は
大きくなる。したがって、差動回路３６から、２つの電
極１６，１８の出力信号の差が得られる。電極１６，１
８の出力信号の変化は、振動子１２の屈曲振動の向きの
変化、すなわちコリオリ力に対応している。したがっ
て、差動回路３６からは、コリオリ力に対応したレベル
の信号が出力される。

【００１９】差動回路３６の出力信号は、同期検波回路
３８において、発振回路３４の信号に同期して検波され
る。このとき、差動回路３６の出力信号の正部分のみ、
または負部分のみ、または正負いずれかを反転した信号
が検波される。同期検波回路３８で検波された信号は、
平滑回路４０で平滑され、さらに直流増幅回路４２で増
幅される。したがって、直流増幅回路４２の出力信号を
測定することにより、振動ジャイロ１０に加わった回転
角速度を検出することができる。

【００２０】回転角速度の向きが逆の場合、振動子１２
の屈曲振動の向きの変化も逆になり、電極１６，１８の
出力信号の変化は逆となる。そのため、差動回路３６か
ら出力される信号は逆位相となり、同期検波回路３８で
検波される信号も逆極性となる。そのため、直流増幅回
路４２からの出力信号の極性も逆となる。したがって、
直流増幅回路４２の出力信号の極性から、回転角速度の
方向を検出することができる。

【００２１】この振動ジャイロ１０では、支持部材２２
ａ，２２ｂが導電性接着剤２４で形成された支持部２６
で振動子１２に取り付けられ、振動子１２と支持部材２
２ａ，２２ｂとの間隔が一定に保たれているため、振動
子１２の屈曲振動が支持部材２２ａ，２２ｂによってダ
ンピングされにくい。そのため、振動ジャイロ１０の温
度ドリフトを小さくすることができる。特に、導電性接
着剤２４の硬度が鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの範囲内であると
き、この効果が高いことがわかった。実験例として、導
電性接着剤２４の硬度とドリフトとの関係を調べ、その
結果を図６に示した。図６からわかるように、導電性接
着剤２４の硬度が、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの間で、ドリフト
が２０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）と小さいことがわかる。

【００２２】また、支持部材２２ａ，２２ｂが導電性接
着剤２４で形成された支持部２６を介して振動子１２に
取り付けられ、支持部材２２ａ，２２ｂが直接振動子１
２に接触していないため、振動子１２の振動が支持部材
２２ａ，２２ｂから漏れにくい。そのため、振動ジャイ
ロ１０の温度ドリフトを小さくすることができる。

【００２３】なお、支持部材は、振動子１２の一方の側
面のみでなく、対向する両側面に取り付けられてもよ
い。この場合、図７に示すように、４つの支持部材２２
ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが取り付けられる。ここ
で、隣接する電極１６，１８が支持部材２２ｃ，２２ｄ
で短絡されると、振動ジャイロとしての機能が発揮でき
ないため、電極１６，１８のそれぞれを振動子１２のノ
ード点に対応する位置で分割し、ノード点に対応する部
分に形成された電極部分１６ａ，１８ａに支持部材２２
ｃ，２２ｄが取り付けられる。この場合、電極部分１６
ａ，１８ａに導電性接着剤で支持部を形成し、電極１
６，１８と平行になる面を支持部に形成して、この面に
支持部材２２ｃ，２２ｄを取り付ければよい。そして、
電極１６の中央部の電極部分１６ｂに、支持部材２２ｃ
から延びる延長部を接続し、電極１８の中央部の電極部
分１８ｂに、支持部材２２ｄから延びる延長部を接続す
ることにより、支持部材２２ｃ，２２ｄを介して電極１
６，１８に信号を入出力することができる。なお、図７
に示す支持部材２２ｃ，２２ｄの接続構造は一例であ
り、支持部材２２ｃ，２２ｄがそれぞれ電極１６，１８
に接続され、かつ電極１６，１８が短絡しない構造であ
れば、他の接続構造を採用してもよい。

【００２４】なお、支持部材は、振動子１２の２つのノ
ード点に対応する部分のそれぞれに少なくとも１つ取り
付けられていればよく、振動子１２の電極２０側の２つ
の部分に支持部材２２ａ，２２ｂを形成し、電極１６，
１８側の１つの部分に支持部材２２ｃまたは２２ｄのど
ちらか一方を形成してもよい。さらに、振動子１２の電
極２０側において、一方のノード点に対応する部分に支
持部材２２ａを形成し、電極１６，１８側において、他
方のノード点に対応する部分に支持部材２２ｄを形成し
てもよい。もちろん、振動子１２の対向側面において、
支持部材２２ｂ，２２ｃを形成してもよいことはいうま
でもない。

【００２５】支持部材を金属線などの導電材料で形成す
ることにより、リード線を用いることなく、支持部材を
信号の入出力用として用いることができる。特に、全て
の電極１６，１８，２０に支持部材を取り付ける場合、
全くリード線などを用いる必要がなく、リード線のテン
ションなどの影響を取り除くことができる。そのため、
リード線の影響がなく、温度ドリフトが小さい、良好な
特性を有する振動ジャイロ１０を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、振動子とその幅方向
に延びる支持部材とが一定の間隔を隔てて配置されてい
るため、振動子の振動が支持部材によってダンピングさ
れにくい。また、支持部材が直接振動子に接触していな
いため、振動子の振動が支持部材を介して漏れにくい。
これらのことから、振動ジャイロの温度ドリフトを小さ
くすることができる。特に、導電性接着剤の硬度を鉛筆
硬度Ｂ〜６Ｈの範囲にすることにより、この効果を大き
くすることができる。また、振動子のノード点に対応す
る位置において、予め振動子の側面に形成された電極と
平行な面を有する支持部を形成しておき、この面に支持
部材を配置することにより、支持部材の位置の精度をよ
くすることができる。したがって、支持部材と電極との
間の間隔を一定にすることができ、しかも振動子のノー
ド点に近い部分で振動子を支持することができ、振動ジ
ャイロの温度ドリフトを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の支持構造を用いた振動ジャイロの一
例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロの断面図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロを作製するために振動
子に支持部を形成した状態を示す斜視図である。

【図４】図３に示す支持部に支持部材を配置した状態を
示す図解図である。

【図５】図１に示す振動ジャイロを使用するための回路
を示すブロック図である。

【図６】支持部材を固定するための導電性接着剤の硬度
とドリフトとの関係を示すグラフである。

【図７】この発明の振動ジャイロの支持構造の他の例を
示す斜視図である。

【図８】従来の支持構造を用いた振動ジャイロの一例を
示す斜視図である。

【図９】図８に示す振動ジャイロの断面図である。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ａ 第１の圧電体基板 １４ｂ 第２の圧電体基板 １６ 電極 １８ 電極 ２０ 電極 ２２ａ〜２２ｄ 支持部材 ２４ 導電性接着剤 ２６ 支持部 ２６ａ 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 功 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 AA08 BB09 CC06 CD02 CD06 CD11 CD13 CD20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面に電極が形成された振動子の屈曲振
   動を利用して回転角速度を検出する振動ジャイロの支持
   構造であって、 前記振動子を支持するために前記振動子の幅方向に延び
   る支持部材を有し、 前記振動子の屈曲振動のノード点に対応する部分におい
   て、前記振動子の側面の前記電極と前記支持部材とが一
   定の間隔を隔てて、導電性接着剤で前記電極に前記支持
   部材が固着されることを特徴とする、振動ジャイロの支
   持構造。
2. 【請求項２】 前記支持部材は、前記振動子の１つの側
   面に形成された前記電極または対向側面に形成された前
   記電極に固着される、請求項１に記載の振動ジャイロの
   支持構造。
3. 【請求項３】 前記導電性接着剤の硬度は、鉛筆硬度Ｂ
   〜６Ｈである、請求項１または請求項２に記載の振動ジ
   ャイロの支持構造。
4. 【請求項４】 屈曲振動をする振動子のノード点に対応
   する部分において前記振動子の側面に形成された前記電
   極に導電性接着剤を印刷する工程、 前記電極から一定の間隔となる面を前記導電性接着剤に
   形成して支持部を形成する工程、 前記支持部に形成された前記面上に支持部材を配置する
   工程、および導電性接着剤によって前記支持部に前記支
   持部材を固着する工程を含む、振動ジャイロの支持方
   法。