JP3687609B2

JP3687609B2 - 振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置

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Publication number: JP3687609B2
Application number: JP2002007675A
Authority: JP
Inventors: 功豊島; 章森; 信行石床; 隆之島本; 明久万田; 郁永井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: US6634230B2; US20020166381A1; JP2003004451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置、例えば自動車のナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ補正装置などに用いられる振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ補正装置などにはジャイロが用いられ、その１つとして、屈曲振動する柱状の振動子のコリオリ力によるひずみを検出することによって印加される角速度を検出する振動ジャイロがある。振動ジャイロにおいては振動子の振動を妨げることなく支持する必要があり、そのための振動子を支持する構造に関する公知文献としては、例えば特開平１１−１２５５２６号公報がある。
【０００３】
特開平１１−１２５５２６号公報において、一方主面と他方主面を有する柱状の振動子の駆動による振動の２つのノード軸のそれぞれの近傍の一方主面および他方主面における電極に固定された一対の支持部材を有する。各支持部材は振動子の一方主面および他方主面から振動子の幅方向に伸びて形成されている。さらに、支持部材の電極に固定された部分と端部との間には、振動子の長手方向の成分を有する屈曲部が形成されている。
【０００４】
このように構成することによって、支持部材が振動子の振動をできるだけ妨げないように、また振動子の振動ができるだけ外部に漏れないようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１２５５２６号公報に開示された振動ジャイロにおいては、支持部材の位置が各ノード軸と一致しているわけではないので、振動子の振動を妨げないという目的に対しては必ずしも十分ではなかった。そのため、振動子の振動が支持部材を介して外部に漏れ、振動が不安定になり、角速度の検出精度が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、振動子の振動を妨げることがさらに少ないような構成を有する振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロは、駆動信号に従って厚み方向に両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と、該振動子の２つのノード軸の近傍をそれぞれ厚み方向両側から狭持するように固定して設けられた一対の支持部材とを備え、前記一対の支持部材が、前記振動子との固定位置から前記振動子の幅方向に伸びるとともに前記ノード軸に向かって屈曲して形成される屈曲部と、前記ノード軸近傍において互に所定の間隔を空けて近接する近接部を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の振動ジャイロは、前記一対の支持部材が、前記近接部において、所定の間隔をあけて前記振動子の幅方向に平行に伸びて形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の振動ジャイロは、前記一対の支持部材が、前記近接部において、所定の間隔をあけて交差して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の振動ジャイロは、前記一対の支持部材が、前記振動子との固定位置から前記屈曲部と前記近接部を介して、さらに前記振動子の長手方向成分を持って伸びる延設部を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の振動ジャイロは、前記近接部における前記一対の支持部材の最小間隔が、前記振動子の厚みの１／２以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の振動ジャイロは、前記近接部における前記一対の支持部材の各々と前記ノード軸との間隔が等しいことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の振動ジャイロは、前記振動子が厚み方向両側に一方主面と他方主面を有するとともに該一方主面および他方主面に電極が形成され、前記支持部材が前記電極に固定されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の電子装置は、上記の振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、本発明の振動ジャイロにおいては、振動子の振動を安定化させ、角速度の検出精度の向上を図ることができる。
【００１６】
また、本発明の電子装置においては、性能の向上を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の振動ジャイロの一実施例の斜視図を示す。図１において、振動ジャイロ１は、振動子２と、例えば板状でＦｅ−Ｎｉ合金やりん青銅などの金属からなる導電性の支持部材８、９、１０、１１を備えている。
【００１８】
振動子２は、厚み方向に分極されるとともに一方主面に幅方向の分割電極４Ｌ、４Ｒが形成された圧電体基板３と、厚み方向に分極されるとともに一方主面に共通電極６が形成された圧電体基板５の他方主面同士を、中間電極７を介して貼り合わせて形成されている。圧電体基板３と圧電体基板５の分極方向は、貼り合わされた状態において逆になっている。圧電体基板３の一方主面と圧電体基板５の一方主面は、それぞれ振動子２の一方主面と他方主面になる。なお、振動子２の幅方向は圧電体基板３、５の幅方向を、振動子２の長手方向は圧電体基板３、５の長手方向を、振動子２の厚み方向は圧電体基板３、５の厚み方向をそれぞれ意味するものとする。また、分割電極４Ｌ、４Ｒは、それぞれ長手方向に４つに分割されて、主要領域４Ｌａ、４Ｒａ、支持領域４Ｌｂ、４Ｒｂ、および端部領域４Ｌｃ、４Ｒｃとなっている。なお、共通電極６や中間電極７は分割されておらず、全面電極となっている。
【００１９】
振動子２は、分割電極４Ｌ、４Ｒあるいは共通電極６に印加された駆動信号によって厚み方向に両端開放屈曲振動をする。その際、振動子２の両端からそれぞれ振動子長さの約０．２２４倍の位置であって、厚み方向の中間部（中間電極７の位置）において、振動子２を幅方向に貫く２つの軸が駆動による振動のノード軸ｎ１、ｎ２となる。分割電極４Ｌ、４Ｒの支持領域４Ｌｂ、４Ｒｂは、その下をノード軸ｎ１、ｎ２が横断するように位置決めされている。
【００２０】
なお、振動子のノード軸としては、駆動による厚み方向の振動のノード軸の他に、コリオリ力による幅方向の振動のノード軸も存在するが、本願発明におけるｎ１、ｎ２は前者を意味している。
【００２１】
振動子２のノード軸ｎ１の近傍の一方主面および他方主面における分割電極４Ｌ、４Ｒおよび共通電極６には、それぞれ支持部材８および支持部材９がハンダや導電接着剤によって電気的かつ機械的に固定されている。また、振動子２のノード軸ｎ２の近傍の一方主面および他方主面における分割電極４Ｌ、４Ｒおよび共通電極６にも同様に、それぞれ支持部材１０および支持部材１１が電気的かつ機械的に固定されている。より具体的には、支持部材８は、分割電極４Ｌの支持領域４Ｌｂの略中央部と分割電極４Ｒの主要領域４Ｒａの端部付近に固定されている。また、支持部材１０は、分割電極４Ｌの主要領域４Ｌａの端部付近と分割電極４Ｒの支持領域４Ｒｂの略中央部に固定されている。その結果、支持部材８と支持部材１０は互いに電気的に絶縁され、それぞれ主要領域４Ｒａ、４Ｌａに対するリード線としても用いられる。なお、支持部材９と１１はいずれも共通電極６に接続されており、共通電極６に対するリード線としても用いられる。
【００２２】
支持部材８は、分割電極４Ｌ、４Ｒに固定された部分から振動子２の幅方向に伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって直角に屈曲する屈曲部１２を有し、支持部材９は、共通電極６に固定された部分から振動子２の幅方向に伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって直角に屈曲する屈曲部１３を有する。さらに、支持部材８と支持部材９はノード軸ｎ１の近傍で互いに近接するとともに、ノード軸ｎ１に沿って振動子２の幅方向に向かって平行に伸びて形成される近接部１４を有する。近接部１４における支持部材８と支持部材９の最小間隔は、振動子の厚みの１／２以下となっている。そして、近接部１４においては、支持部材８および支持部材９とノード軸ｎ１との間隔がそれぞれ等しくなるように配置されている。その結果、近接部１４における支持部材８、９とノード軸ｎ１の最小間隔は、振動子２の厚みの１／４以下となっている。
【００２３】
具体的な数値をあげれば、例えば振動子の厚みが１．０ｍｍの時に、近接部における２つの支持部材の最小間隔を０．３ｍｍにする。この場合、各支持部材とノード軸との間隔は０．１５ｍｍとなる。従来のように支持部材が振動子の主面から幅方向にそのまま伸びている場合には、支持部材とノード軸との間隔は０．５ｍｍになるため、本願発明の場合には支持部材とノード軸との間隔がかなり小さくなっていることが分かる。
【００２４】
支持部材１０と支持部材１１の関係も、支持部材８と支持部材９の関係と全く同様に、屈曲部と近接部を有するように配置されている。
【００２５】
なお、図１に示した振動ジャイロ１においては、振動子２を屈曲振動させる駆動手段や、振動子２から出力される信号から振動子２に印加される角速度を検出する角速度検出手段などについては図示を省略している。
【００２６】
このように構成された振動ジャイロ１においては、支持部材８、９が近接部１４においてノード軸ｎ１に近接し、支持部材１０、１１が近接部においてノード軸ｎ２に近接しているために、振動子２をノード軸ｎ１、ｎ２で支持する構造に近くなっている。そのため、振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動が安定化し、角速度の検出精度が向上する。
【００２７】
ところで、振動ジャイロ１においては支持部材８、９、１０、１１がリード線を兼ねているために、支持部材同士が近接しすぎると衝撃が加わったときに短絡を起こしたり、支持部材間の浮遊容量を介して信号が漏れたりする可能性がある。しかしながら、振動ジャイロ１においては、近接部における２つの支持部材の間隔を、互いに接触するようなことがなく、さらに浮遊容量の影響がほとんどでない程度にあけることによって、そのような問題が発生しないようにしている。
【００２８】
なお、振動ジャイロ１においては、各支持部材は屈曲部においてノード軸に向かって直角に折り曲げられているが、この曲げ角度は鈍角でも鋭角でも構わない。また、支持部材は金属製の板材のプレス加工によって外形形状の形成と曲げ加工を同時に行うことが一般的だが、例えばエッチングなどで外形形状を形成したものをプレス加工で曲げ加工を行ったものでも構わないものである。
【００２９】
図２に、本発明の振動ジャイロの別の実施例の斜視図を示す。図２において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図２に示した振動ジャイロ２０において、振動子２のノード軸ｎ１の近傍の一方主面および他方主面における分割電極４Ｌ、４Ｒおよび共通電極６には、それぞれ支持部材２１および支持部材２２が電気的かつ機械的に固定されている。また、振動子２のノード軸ｎ２の近傍の一方主面および他方主面における分割電極４Ｌ、４Ｒおよび共通電極６には、それぞれ支持部材２３および支持部材２４が電気的かつ機械的に固定されている。より具体的には、支持部材２１は、分割電極４Ｌの支持領域４Ｌｂの略中央部と分割電極４Ｒの主要領域４Ｒａの端部付近に固定されている。また、支持部材２３は、分割電極４Ｌの主要領域４Ｌａの端部付近と分割電極４Ｒの支持領域４Ｒｂの略中央部に固定されている。その結果、支持部材２１と支持部材２３は互いに電気的に絶縁され、それぞれ主要領域４Ｒａ、４Ｌａに対するリード線としても用いられる。なお、支持部材２２と２４はいずれも共通電極６に接続されており、共通電極６に対するリード線としても用いられる。
【００３１】
支持部材２１は、分割電極４Ｌ、４Ｒに固定された部分から振動子２の幅方向に伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって直角に屈曲する屈曲部２５を有し、支持部材２２は、共通電極６に固定された部分から振動子２の幅方向に伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって直角に屈曲する屈曲部２６を有する。さらに、支持部材２１と支持部材２２はノード軸ｎ１の近傍で近接するとともに、ノード軸ｎ１に沿って振動子２の幅方向に向かって平行に伸びて形成される近接部２７を有する。近接部２７における支持部材２１と支持部材２２の最小間隔は、振動子２の厚みの１／２以下となっている。そして、近接部２７においては、支持部材２１および支持部材２２とノード軸ｎ１との間隔がそれぞれ等しくなるように配置されている。その結果、近接部２７における支持部材２１、２２とノード軸ｎ１の最小間隔は、振動子２の厚みの１／４以下となっている。さらに、支持部材２１は近接部２７に続いて振動子２の長手方向に向かって伸びる延設部２８と、延設部２８に続いて振動子２の幅方向に伸びる部分を有する。また、支持部材２２は近接部２７に続いて振動子２の長手方向に向かって伸びる延設部２９と、延設部２９に続いて振動子２の幅方向に伸びる部分を有する。このうち、延設部２８と２９は互いに逆方向を向いている。
【００３２】
支持部材２３と支持部材２４の関係も、支持部材２１と支持部材２２の関係と全く同様に、屈曲部と近接部と延設部を有するように配置されている。
【００３３】
このように構成された振動ジャイロ２０においては、支持部材２１、２２が近接部２７においてノード軸ｎ１に近接し、支持部材２３、２４が近接部においてノード軸ｎ２に近接しているために、振動子２をノード軸ｎ１、ｎ２で支持する構造に近くなっている。そのため、振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動が安定化し、角速度の検出精度が向上する。
【００３４】
また、振動ジャイロ２０においては、各支持部材に延設部が設けられていることによって、延設部の分だけ支持部材の長さが長くなる。そのため、支持部材の弾性が大きくなり、振動ジャイロ１に比べてさらに振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動子２の振動がさらに安定する。
【００３５】
また、近接部における支持部材の長さが短くなるために、近接部における２つの支持部材が衝撃によって接触する可能性をさらに小さくすることができる。
【００３６】
さらに、同じく近接部における支持部材の長さが短くなるために、支持部材間の浮遊容量が小さくなり、信号の漏れをさらに少なくすることができる。
【００３７】
なお、振動ジャイロ２０においては、延設部２８、２９を振動子２の長手方向に向かって伸ばして形成したが、振動子２の長手方向に対して、長手方向の成分を持つ所定の角度を持って伸ばして形成しても構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【００３８】
図３に、本発明の振動ジャイロのさらに別の実施例の平面図を示す。ここでは、振動子２のノード軸ｎ１の近傍のみを示している。また、図４に、図３のＡ−Ａ断面図を示す。図３および図４において、図２と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
図３および図４に示した振動ジャイロ４０において、振動子２のノード軸ｎ１の近傍の一方主面および他方主面における分割電極４Ｌ、４Ｒおよび共通電極６には、それぞれ支持部材４１および支持部材４２が電気的かつ機械的に固定されている。より具体的には、支持部材４１は、分割電極４Ｌの支持領域４Ｌｂの略中央部と分割電極４Ｒの主要領域４Ｒａの端部付近に固定されている。その結果、支持部材２１は主要領域４Ｒａに対するリード線としても用いられる。支持部材４２は共通電極６に接続されており、共通電極６に対するリード線としても用いられる。
【００４０】
支持部材４１は、分割電極４Ｌ、４Ｒに固定された部分から振動子２の幅方向に伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって緩やかなカーブを描いて屈曲する屈曲部４３を有し、支持部材４２は、共通電極６に固定された部分から振動子２の幅方向伸びるとともにノード軸ｎ１に向かって緩やかなカーブを描いて屈曲する屈曲部４４を有する。さらに、支持部材４１と支持部材４２はノード軸ｎ１の近傍で互いに近接しながらも途中から振動子２の長手方向であって互いに逆方向の離れる方向に向かって伸びている。この場合、支持部材４１と４２のもっとも近接したところが近接部４５となり、近接部４５に続いて振動子２の長手方向に向かって伸びる部分が延設部４６および４７となる。近接部４５においては、支持部材４１と４２の最小間隔は振動子２の厚みの１／２以下となっている。また、近接部４５においては、支持部材４１および支持部材４２とノード軸ｎ１との間隔がそれぞれ等しくなるように配置されている。その結果、近接部４５における支持部材４１、４２とノード軸ｎ１の間隔は、振動子２の厚みの１／４以下となっている。なお、近接部４５において、支持部材４１と４２が平行となる部分はなく、両者は所定の間隔をあけて交差して形成されている。
【００４１】
なお、図示を省略しているが、ノード軸ｎ２においても同様に振動子２に支持部材が固定されている。
【００４２】
このように構成された振動ジャイロ４０においては、支持部材４１、４２が近接部４５においてノード軸ｎ１に近接しているために、振動子２をノード軸ｎ１で支持する構造に近くなっている。また、ノードｎ２における支持に関しても同様の構成となっている。そのため、振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動が安定化し、角速度の検出精度が向上する。
【００４３】
また、振動ジャイロ４０においては、各支持部材に延設部が設けられていることによって、延設部の分だけ支持部材の長さが長くなる。そのため、支持部材の弾性が大きくなり、振動ジャイロ１に比べてさらに振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動子２の振動がさらに安定する。
【００４４】
また、近接部における支持部材が所定の間隔をあけて交差しているために平行となる部分がなく、近接部における２つの支持部材が衝撃によって接触する可能性をさらに小さくすることができる。
【００４５】
さらに、同じく近接部における支持部材が所定の間隔をあけて交差しているために平行となる部分がなく、支持部材間の浮遊容量がさらに小さくなり、信号の漏れをさらに少なくすることができる。
【００４６】
なお、振動ジャイロ４０においては、延設部４６、４７を振動子２の長手方向に向かって伸ばして形成したが、振動子２の長手方向に対して、長手方向の成分を持つ所定の角度を持って伸ばして形成しても構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【００４７】
なお、上記の各実施例においては、各支持部材は中央部が振動子に固定されるとともに振動子の幅方向両側に伸びて形成されている。すなわち、幅方向一方側に伸びる部分と他方側に伸びる部分が一体に形成されている。しかしながら、支持部材の形状としては、幅方向一方側に伸びる部分と他方側に伸びる部分が別体として形成されていて、それぞれの一端が振動子に固定される構成でも構わないもので、一体に形成されているものと同様の作用効果を奏するものである。
【００４８】
さらに、上記の各実施例においては、振動子を厚み方向両側に一方主面と他方主面を有するものとしたが、このような明確な一方主面や他方主面を有する振動子に限るものではなく、例えば多角柱状や円柱状の振動子であっても構わないものである。
【００４９】
図５に、本発明の電子装置の一実施例であるビデオカメラの斜視図を示す。図５において、ビデオカメラ５０は、手ぶれ補正用に本発明の振動ジャイロ１を備えている。
【００５０】
このように構成されたビデオカメラ５０においては、本発明の振動ジャイロ１を備えているために高精度の角速度情報が得られ、性能の向上を図ることができる。
【００５１】
なお、本発明の電子装置としては、ビデオカメラに限られるものではなく、振動ジャイロを同じく手ぶれ補正用に用いるデジタルカメラや、位置検出に用いるナビゲーションシステム、自動車の横転検出システムなど、振動ジャイロを用いるあらゆる電子装置を含むものである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロによれば、柱状の振動子の２つのノード軸近傍に固定された支持部材が、振動子との固定位置から振動子の幅方向に伸びるとともにノード軸に向かって屈曲して形成される屈曲部と、ノード軸近傍において互に所定の間隔を空けて近接する近接部を有することによって、振動子をノード軸で支持する構造に近くなり、振動が外部に漏れにくくなり、振動が安定化し、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００５３】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の振動ジャイロを用いることによって性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の振動ジャイロの別の実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明の振動ジャイロのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図４】図３の振動ジャイロのＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、４０…振動ジャイロ
２…振動子
３、５…圧電体基板
４Ｌ、４Ｒ…分割電極
６…共通電極
７…中間電極
８、９、１０、１１、２１、２２、２３、２４、４１、４２…支持部材
１２、１３、２５、２６、４３、４４…屈曲部
１４、２７、４５…近接部
２８、２９、４６、４７…延設部
５０…ビデオカメラ
ｎ１、ｎ２…ノード軸

Claims

駆動信号に従って厚み方向に両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と、該振動子の２つのノード軸の近傍をそれぞれ厚み方向両側から狭持するように固定して設けられた一対の支持部材とを備え、
前記一対の支持部材が、前記振動子との固定位置から前記振動子の幅方向に伸びるとともに前記ノード軸に向かって屈曲して形成される屈曲部と、前記ノード軸近傍において互に所定の間隔を空けて近接する近接部を有することを特徴とする振動ジャイロ。
前記一対の支持部材が、前記近接部において、所定の間隔をあけて前記振動子の幅方向に平行に伸びて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動ジャイロ。
前記一対の支持部材が、前記近接部において、所定の間隔をあけて交差して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動ジャイロ。
前記一対の支持部材が、前記振動子との固定位置から前記屈曲部と前記近接部を介して、さらに前記振動子の長手方向成分を持って伸びる延設部を備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の振動ジャイロ。
前記近接部における前記一対の支持部材の最小間隔が、前記振動子の厚みの１／２以下であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の振動ジャイロ。
前記近接部における前記一対の支持部材の各々と前記ノード軸との間隔が等しいことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の振動ジャイロ。
前記振動子は厚み方向両側に一方主面と他方主面を有するとともに該一方主面および他方主面に電極が形成され、前記支持部材は前記電極に固定されていることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の振動ジャイロ。
請求項１ないし７のいずれかに記載の振動ジャイロを用いたことを特徴とする電子装置。