JP2012037404A - 振動ジャイロ素子、振動ジャイロセンサーおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動ジャイロ素子2は、基部31と、互いに離間して設けられた第1駆動振動系39aおよび第2駆動振動系39bを有する本体部3と、本体部3を支持する支持部4とを有している。支持部4は、本体部3の周囲の少なくとも一部を囲むように設けられた基体41を有し、基体41の第1駆動振動系39aの第2駆動振動系39bと反対側の部位にてパッケージ5に固定される。
【選択図】図2
Description
[適用例1]
本発明の振動ジャイロ素子は、基部と、互いに離間して設けられた第1駆動振動系および第2駆動振動系を有する本体部と、
前記本体部を支持する支持部とを有し、
前記支持部は、前記本体部の周囲の少なくとも一部を囲むように設けられた基体を有し、前記基体の前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側の部位にて固定対象物に固定されることを特徴とする。
これにより、優れた耐衝撃性および優れた検知能力を発揮することのできる振動ジャイロ素子を提供することができる。
本発明の振動ジャイロ素子では、前記本体部は、前記基部と、前記基部から両側へ第1方向に延出された一対の検知用振動腕と、前記基部から両側へ前記第1方向と直交する第2方向に延出された一対の連結腕と、各前記連結腕の先端部または途中から両側へ前記第1方向に延出された各一対の前記駆動用振動腕とを有し、
前記基部の前記第2方向の一方側にある前記連結腕および前記一対の駆動用振動腕で前記第1駆動振動系が構成され、他方側にある前記連結腕および前記一対の駆動用振動腕で前記第2駆動振動系が構成されていることが好ましい。
これにより、検知精度の優れる、いわゆる「ダブルT型」の振動ジャイロ素子が得られる。
本発明の振動ジャイロ素子では、前記支持部は、前記基体と前記基部とを連結する複数の連結部を有していることが好ましい。
これにより、より確実に、支持部によって本体部を支持することができる。
[適用例4]
本発明の振動ジャイロ素子では、前記複数の連結部は、前記本体部を前記第1方向において両持ち支持するよう設けられていることが好ましい。
これにより、安定した状態で、支持部によって本体部を支持することができる。
本発明の振動ジャイロ素子では、各前記検知用振動腕と該検知用振動腕と隣り合う前記駆動用振動腕との間に、それぞれ、前記連結部が形成されていることが好ましい。
これにより、連結部をバランスよく配置することができる。また、本体部の空いたスペースを有効活用することができるため、振動ジャイロ素子の大型化を防止または抑制することができる。
[適用例6]
本発明の振動ジャイロ素子では、前記連結部は、前記基体から前記本体部へ伝わる応力を緩和する応力緩和部を有していることが好ましい。
これにより、振動ジャイロ素子の検知精度が向上する。
本発明の振動ジャイロ素子では、前記基体は、前記本体部を介して前記第1方向に対向配置された一対の第1部位と、前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側に位置し、前記一対の第1部位を連結する第2部位とを有していることが好ましい。
これにより、基体を簡単な構成とすることができる。
本発明の振動ジャイロ素子では、前記支持部は、前記第2部位にて前記固定対象物に固定されることが好ましい。
これにより、より確実に、振動ジャイロ素子を支持部の第1駆動振動系の第2駆動振動系と反対側の部位にて固定対象物に固定することができる。
本発明の振動ジャイロ素子では、前記支持部は、前記一対の第1部位にて前記固定対象物に固定されることが好ましい。
これにより、振動ジャイロ素子を支持部の第1駆動振動系の第2駆動振動系と反対側の部位にて固定対象物に固定することができるとともに、より安定した状態で、振動ジャイロ素子を固定対象物に固定することができる。
本発明の振動ジャイロセンサーは、本発明の振動ジャイロ素子と、
前記振動ジャイロ素子を支持する前記固定対象物としての支持台と、
前記振動ジャイロ素子を前記基体の前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側の部位にて前記支持台に固定する固定部材とを備えることを特徴とする。
これにより、優れた耐衝撃性および優れた検知能力を発揮することのできる振動ジャイロセンサーを提供することができる。
本発明の振動ジャイロセンサーでは、前記支持台に設けられ、前記振動ジャイロ素子と接触することにより前記振動ジャイロ素子の厚さ方向への撓みを抑制する枕部を有していることが好ましい。
これにより、振動ジャイロ素子の破損を効果的に防止または抑制することができる。
本発明の振動ジャイロセンサーでは、前記枕部は、前記振動ジャイロ素子にその厚さ方向への所定以上の撓みが生じたときに前記振動ジャイロ素子と接触することが好ましい。
これにより、枕部と振動ジャイロ素子との不必要な接触を防止することができ、振動ジャイロ素子の検知精度の低下を防止することができる。
本発明の振動ジャイロセンサーでは、前記振動ジャイロ素子は、前記支持台に固定された固定部と反対側の端が自由端となっており、
前記枕部は、前記振動ジャイロ素子の前記自由端側と接触するように設けられていることが好ましい。
これにより、振動ジャイロ素子の破損をより効果的に防止または抑制することができる。
本発明の電子機器は、本発明の振動ジャイロセンサーを搭載したことを特徴とする。
これにより、優れた耐衝撃性および優れた検知能力を発揮することのできる電子機器を提供することができる。
<第1実施形態>
まず、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第1実施形態を示す概略断面図、図2は、図1に示す振動ジャイロセンサーが有する振動ジャイロ素子の概略平面図、図3および図4は、振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。
図1に示す振動ジャイロセンサー1は、振動ジャイロ素子(本発明の振動ジャイロ素子)2と、振動ジャイロ素子2を支持するパッケージ(固定対象物)5と、振動ジャイロ素子2をパッケージ5に固定する固定部材6とを有している。
振動ジャイロ素子2は、圧電材料である水晶から形成されている。水晶には、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸および光学軸と呼ばれるZ軸があり、図2に示すように、振動ジャイロ素子2は、Z軸方向に所定の厚みを持ち、XY平面内に形成されている。
本体部3は、そのほぼ中央に位置する基部31と、基部31から図2中上下(Y軸方向;第1方向)両側へ直線状に延出する一対の検出用振動腕32a、32bと、基部31から図2中左右(X軸方向;第1方向と直交する第2方向)両側へ延出する一対の連結腕33a、33bと、連結腕33aの先端部から図2中上下両側へ延出する一対の駆動用振動腕34a、34bと、連結腕33bの先端部から図2中上下両側へ延出する一対の駆動用振動腕35a、35bとを有している。
より具体的には、基体41は、本体部3を介してY軸方向に対向配置され、X軸方向に延在するX軸延在部(第1部位)411、412と、Y軸方向に延在し、一対のX軸延在部411、412の図2中右側端部同士を連結するY軸延在部(第2部位)413とで構成されている。そして、Y軸延在部413が固定部材6によってパッケージ5に固定(接合)されている。
このような形状とすることにより、基体41の構成が簡単となるとともに、簡単に、振動ジャイロ素子2を、第1駆動振動系39aの第2駆動振動系39bと反対側の部位、すなわち図2中、第1駆動振動系39aよりも左側の部位にてパッケージ5に固定することができる。
このように、固定部材6によってパッケージ5に固定される部位であるY軸延在部413に端子9を形成することにより、固定部材6として導電性を有するものを用いることにより、固定部材6を介して、振動ジャイロ素子2側の配線とパッケージ5側の配線とを電気的に接続することができる。
すなわち、固定部材6に、振動ジャイロ素子2をパッケージ5に固定する機能と、振動ジャイロ素子2側の配線とパッケージ5側の配線とを導通する機能とを付与することができ、装置構成および製造の簡易化を図ることができる。
本実施形態では、2つの連結部42、43と2つの連結部44、45とが基部31を介してY軸方向に対向配置されている。これにより、連結部42、43と、連結部44、45とで本体部3をY軸方向において両持ち支持することができ、支持部4によって本体部3をより安定した状態で支持することができる。
図2に示すように、連結部42は、検出用振動腕32aと駆動用振動腕34aとの間に形成されている。また、連結部42は、基部31の図2中左上に位置する角部から図2中左側(X軸方向)に延出する第1の部位421と、第1の部位421の先端部から図2中上側(Y軸方向)に延出する第2の部位422とを有し、略「L」字状をなしている。さらに、連結部42は、第2の部位422の途中に設けられた応力緩和部423を有している。
具体的には、振動ジャイロセンサー1が比較的高温の環境下で使用される場合、振動ジャイロ素子2とパッケージ5の構成材料の違いに起因する熱膨張率の違いから、支持部4に応力が加わる。また、振動ジャイロセンサー1に衝撃が加わった場合にも、固定部材6を介してパッケージ5から支持部4に応力が加わる。また、例えば、固定部材6の経時的な変形(物理的、化学的な変形)によっても支持部4に応力が加わる。
なお、応力緩和部423の形状としては、前述した効果を発揮することができれば、特に限定されない。例えば、本実施形態では、応力緩和部423が湾曲しながら蛇行しているが、屈曲しながら蛇行してもよい。また、Y軸方向に往復しながらX軸方向へ延在する蛇行形状であってもよい。
なお、パッケージ5には、振動ジャイロ素子2とともにIC(制御装置)を収容してもよい。この場合、ICは、振動ジャイロ素子2を駆動振動させるための駆動回路と、振動ジャイロ素子2に角速度が加わったときに振動ジャイロ素子2に生ずる検出振動を検出する検出回路とを含んでいることが好ましい。
また、固定部材6は、弾性を有しているのが好ましい。弾性を有する固定部材6としては、特に限定されないが、例えば、シリコーンを主材とする接着剤を用いることができる。また、固定部材6に導電性を付与する場合には、例えば、金属粒子等の導電性フィラーを前記接着剤に分散させることが好ましい。
このような振動ジャイロセンサー1では、振動ジャイロ素子2がY軸延在部413でパッケージ5に固定されているため、振動ジャイロ素子2が、第1駆動振動系39aの第2駆動振動系39bと反対側の部位にてパッケージ5に固定されると言える。言い換えれば、振動ジャイロ素子2が、本体部3の外側であって基部31に対してX軸方向の一方側に離間した位置でパッケージ5に固定されている。このような構成とすることにより、次のような効果を発揮することができる。
これは、前述したように、振動ジャイロセンサー1が比較的高温の環境下で使用される場合や振動ジャイロセンサー1に衝撃が加わった場合に、固定部材6を介してパッケージ5から振動ジャイロ素子2に応力が加わるが、振動ジャイロ素子2がパッケージ5に対して片持ち支持され、一端(図2中左側の端)が自由端となっているため、支持部4が前記応力を緩和、吸収するように容易に変形し、前記応力が本体部3に伝達されるのを効果的に防止することができる。そのため、振動ジャイロ素子2の検知精度をより高くすることができる。さらに、本体部3の破損が防止され、優れた耐久性が得られる。
なお、本実施形態では、各連結部42、43、44、45が応力緩和部を有しているため、前記応力が本体部3に伝達されるのをさらに効果的に防止することができる。
なお、本実施形態では、連結部42、43、44、45が互いに同様の形状でありかつ対称的に設けられているため、前記効果がより顕著なものとなる。
図3において、振動ジャイロ素子2の駆動振動状態を説明する。振動ジャイロ素子2は、角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕34a、34b、35a、35bがそれぞれ矢印Eで示す方向に屈曲振動を行う。この屈曲振動は、実線で示す振動姿態と二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、駆動用振動腕34a、34bと駆動用振動腕35a、35bとが、重心Gを通るY軸に対して線対称の振動を行っているため、基部31、連結腕33a、33b、検出用振動腕32a、32bは、ほとんど振動しない。
次いで、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第2実施形態について説明する。
図5は、本発明の第2実施形態にかかる振動ジャイロセンサーを示す模式的断面図、図6は、図5に示す振動ジャイロセンサーが有する振動ジャイロ素子の概略平面図である。
本発明の第2実施形態にかかる振動ジャイロセンサーでは、振動ジャイロ素子が有する支持部の構成が異なること、および振動ジャイロセンサーが枕部を有すること以外は、前述した第1実施形態の振動ジャイロセンサーと同様である。なお、図5、図6にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
そして、本実施形態の振動ジャイロ素子2Aは、前述した第1実施形態と同様に、Y軸延在部413Aが固定部材6によってパッケージ5に固定されている。これにより、振動ジャイロ素子2Aは、Y軸延在部413A側が固定端となっており、反対側のY軸延在部414A側が自由端となっている。
また、枕部10は、振動ジャイロ素子2に厚さ方向(Z軸方向)への撓みが生じていない場合または前記撓みが生じていてもその撓みが所定値以下である場合には、振動ジャイロ素子2に接触しておらず、前記撓みが所定値を超えた場合に振動ジャイロ素子2に接触するように構成されている。これにより、枕部10と振動ジャイロ素子2との不必要な接触を防止することができ、振動ジャイロ素子2の検知精度の低下を防止することができる。
なお、本実施形態では、枕部10は、Y軸延在部414AのY軸方向の中央部と接触し得るように設けられているが、枕部10の配置は、これに限定されず、例えば、Y軸延在部414Aの両端部に接触し得るように設けられていてもよい。また、枕部10の数も特に限定されず、2つ以上設けてもよい。
次いで、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第3実施形態について説明する。
図7は、本発明の第3実施形態にかかる振動ジャイロセンサーを示す模式的平面図である。
本発明の第3実施形態にかかる振動ジャイロセンサーでは、固定部材の配置が異なること以外は、前述した第1実施形態の振動ジャイロセンサーと同様である。なお、図7にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
このような第3実施形態においても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次いで、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第4実施形態について説明する。
図8は、本発明の第4実施形態にかかる振動ジャイロセンサーを示す模式的平面図である。
本発明の第4実施形態にかかる振動ジャイロセンサーでは、固定部材の配置が異なること以外は、前述した第2実施形態の振動ジャイロセンサーと同様である。なお、図8にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
このような第4実施形態においても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
次いで、本発明の振動ジャイロ素子を適用した振動ジャイロセンサー(本発明の振動ジャイロセンサー)の第5実施形態について説明する。
図9は、本発明の第5実施形態にかかる振動ジャイロセンサーが有する振動ジャイロ素子の模式的平面図である。
本発明の第5実施形態にかかる振動ジャイロセンサーでは、振動ジャイロ素子の構成が異なる以外は、前述した第1実施形態の振動ジャイロセンサーと同様である。なお、図9にて、前述した第1実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本体部3Dは、基部31Dと、基部31Dから図9中下側(Y軸方向)へ直線状に延出する一対の検出用振動腕36Da、36Dbと、基部31から図9中上側(Y軸方向)へ延出する一対の駆動用振動腕(駆動振動系)37Da、37Dbとを有している。すなわち、振動ジャイロ素子2Dは、いわゆる「H型」の振動ジャイロ素子である。
基体41Dは、図9中左側が開放した略「コ」字状をなし、その内側に本体部3Dが配置されている。基体41Dをこのような形状とすることにより、振動ジャイロ素子2Dの小型化および軽量化を図ることができる。
特に、本実施形態では、本体部3Dの重心Gを通るY軸上に、連結部42D、43Dが位置しているため、上記効果がより顕著なものとなる。
このような第4実施形態においても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
電子機器100としては、特に限定されず、例えば、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、携帯電話、モバイルPC、ゲームコントローラーなどが挙げられる。
図10に示すように、電子機器100は、振動ジャイロセンサー1と例えば加速度検出センサーなどの各種センサー200とを有するセンサーユニット300と、CPU400とを有している。これにより、優れた耐衝撃性および優れた検知能力を発揮することのできる電子機器が得られる。
Claims (14)
- 基部と、互いに離間して設けられた第1駆動振動系および第2駆動振動系を有する本体部と、
前記本体部を支持する支持部とを有し、
前記支持部は、前記本体部の周囲の少なくとも一部を囲むように設けられた基体を有し、前記基体の前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側の部位にて固定対象物に固定されることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 前記本体部は、前記基部と、前記基部から両側へ第1方向に延出された一対の検知用振動腕と、前記基部から両側へ前記第1方向と直交する第2方向に延出された一対の連結腕と、各前記連結腕の先端部または途中から両側へ前記第1方向に延出された各一対の前記駆動用振動腕とを有し、
前記基部の前記第2方向の一方側にある前記連結腕および前記一対の駆動用振動腕で前記第1駆動振動系が構成され、他方側にある前記連結腕および前記一対の駆動用振動腕で前記第2駆動振動系が構成されている請求項1に記載の振動ジャイロ素子。 - 前記支持部は、前記基体と前記基部とを連結する複数の連結部を有している請求項2に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記複数の連結部は、前記本体部を前記第1方向において両持ち支持するよう設けられている請求項3に記載の振動ジャイロ素子。
- 各前記検知用振動腕と該検知用振動腕と隣り合う前記駆動用振動腕との間に、それぞれ、前記連結部が形成されている請求項4に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記連結部は、前記基体から前記本体部へ伝わる応力を緩和する応力緩和部を有している請求項3ないし5のいずれかに記載の振動ジャイロ素子。
- 前記基体は、前記本体部を介して前記第1方向に対向配置された一対の第1部位と、前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側に位置し、前記一対の第1部位を連結する第2部位とを有している請求項1ないし6のいずれかに記載の振動ジャイロ素子。
- 前記支持部は、前記第2部位にて前記固定対象物に固定される請求項7に記載の振動ジャイロ素子。
- 前記支持部は、前記一対の第1部位にて前記固定対象物に固定される請求項7に記載の振動ジャイロ素子。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の振動ジャイロ素子と、
前記振動ジャイロ素子を支持する前記固定対象物としての支持台と、
前記振動ジャイロ素子を前記基体の前記第1駆動振動系の前記第2駆動振動系と反対側の部位にて前記支持台に固定する固定部材とを備えることを特徴とする振動ジャイロセンサー。 - 前記支持台に設けられ、前記振動ジャイロ素子と接触することにより前記振動ジャイロ素子の厚さ方向への撓みを抑制する枕部を有している請求項10に記載の振動ジャイロセンサー。
- 前記枕部は、前記振動ジャイロ素子にその厚さ方向への所定以上の撓みが生じたときに前記振動ジャイロ素子と接触する請求項11に記載の振動ジャイロセンサー。
- 前記振動ジャイロ素子は、前記支持台に固定された固定部と反対側の端が自由端となっており、
前記枕部は、前記振動ジャイロ素子の前記自由端側と接触するように設けられている請求項11または12に記載の振動ジャイロセンサー。 - 請求項10ないし13のいずれかに記載の振動ジャイロセンサーを搭載したことを特徴とする電子機器。
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010178377A Withdrawn JP2012037404A (ja) | 2010-08-09 | 2010-08-09 | 振動ジャイロ素子、振動ジャイロセンサーおよび電子機器 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013181856A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Seiko Epson Corp | 振動片、振動デバイス、物理量検出装置、および電子機器 |
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JP2015087126A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、電子機器および移動体 |
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-
2010
- 2010-08-09 JP JP2010178377A patent/JP2012037404A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013181856A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Seiko Epson Corp | 振動片、振動デバイス、物理量検出装置、および電子機器 |
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