JP3969459B1 - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

回転角速度検出時における振動子のねじれ振動を閉じ込めて、本来の振動モードで振動させることができる小型の振動ジャイロを得る。
振動ジャイロ１０は、基台部１２ａと脚部１２ｂとからなる音叉型の振動子１２を含む。振動子１２は、導電性接着剤２４で支持板２６ａに接合される。支持板２６ａは、外枠部２８を含み、外枠部２８の長手方向の一方側において、接合部３２が形成される。接合部３２は、空隙部３０内に、第１の支持部３４で支持される。第１の支持部３４の幅は、接合部３２の幅より狭く形成される。支持板２６ａの接合部３２に、振動子１２が接合される。
【選択図】図１

Description

この発明は、振動ジャイロに関し、特にたとえば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの手振れ防止用などとして用いられる振動ジャイロに関する。

図１８は、従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。この振動ジャイロ１は、音叉型の振動子２を含む。この振動子２は、基台部２ａと、基台部２ａから延びるように形成される２つの脚部２ｂ，２ｂとを含む。振動子２は、積層された音叉型の２つの圧電体基板３ａ，３ｂを含む。積層された圧電体基板３ａ，３ｂは、互いに逆向きの厚み方向に分極される。これらの圧電体基板３ａ，３ｂの間には、中間金属膜４が形成される。さらに、一方の圧電体基板３ａの主面上には、駆動用電極５ａ，５ｂ，５ｃが形成される。駆動用電極５ａ，５ｂ，５ｃは、圧電体基板３ａの幅方向に３分割して形成される。ここで、駆動用電極５ａ，５ｂ，５ｃは、脚部２ｂ，２ｂの長手方向に延びる分割部によって分割される。また、他方の圧電体基板３ｂの主面には、検出用電極６ａ，６ｂが形成される。検出用電極６ａ，６ｂは、圧電体基板３ｂの幅方向の中央部で２分割して形成される。

振動子２は、支持板７に取り付けられる。支持板７は、たとえば長方形の板状に形成され、その中央部に振動子２の基台部２ａが接着される。基台部２ａの接着部分から両側に離れた部分において、支持板７には支持棒８が形成される。支持棒８は、振動子２の脚部２ｂ，２ｂに沿って、支持板７の端部から延びるように形成される。そして、支持棒８が支持されることにより、振動子２がケースなどに固定される。

この振動ジャイロ１では、中央部の駆動用電極５ｂとその両側の駆動用電極５ａ，５ｃとの間に発振回路が接続される。発振回路は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。また、検出用電極６ａ，６ｂは、検出回路に接続される。検出回路は、差動回路、同期検波回路、積分回路、直流増幅回路などを含む。

発振回路により、振動子２には分極方向と直行する向きの電界が印加され、振動子２の脚部２ｂ，２ｂは、互いに開いたり閉じたりするように振動する。この基本振動のとき、２つの脚部２ｂ，２ｂは、分極方向に対して同じ状態で振動するため、検出用電極６ａ，６ｂからは同じ信号が出力される。そのため、検出回路の差動回路からは、信号が出力されない。この状態で、振動ジャイロ１の中心軸を中心として回転角速度が加わると、脚部２ｂ，２ｂには、基本振動と直交する向きにコリオリ力が働く。脚部２ｂ，２ｂに働くコリオリ力は互いに逆向きであるため、２つの脚部２ｂ，２ｂは互いに逆方向に変位する。この変位によって、検出用電極６ａ，６ｂからは、逆位相の信号が出力され、差動回路から大きい信号が出力される。

差動回路の出力信号は、同期検波回路で発振回路の信号に同期して検波され、積分回路で直流信号に変換される。さらに、積分回路の出力信号は、直流増幅回路で増幅される。そして、直流増幅回路の出力信号の大きさから回転角速度の大きさを知ることができ、直流増幅回路の出力信号の極性から回転角速度の向きを知ることができる。

このような振動ジャイロ１の場合、回転角速度が加わると、振動子２の２つの脚部２ｂ，２ｂには、基本振動と、それに直交するコリオリ力による振動とが組み合わさったねじれ振動が発生する。このような振動子２のねじれ振動により、支持板７には２つのノードラインが発生する。つまり、振動子２のねじれ振動によって、支持板７に振動子２との接合部をねじれの中心とした屈曲振動が発生する。この支持板７の屈曲振動の２つのノードラインが、振動子２の外側に現れる。したがって、支持板７の屈曲振動に対する２つのノードライン上に支持棒８を形成することにより、支持板７の屈曲振動が阻害されず、回転角速度が加わったときの振動子２の振動も阻害されない支持を行なうことができる。そのため、振動ジャイロ１から、回転角速度に対応して、正確な信号を取り出すことができる（特許文献１参照）。
特開２０００−２９２１７１号公報

しかしながら、このような振動ジャイロでは、振動子接着部の外側における支持棒で支持板を支持しているため、支持板の屈曲振動のノードラインで支持板を支持しているとはいえ、支持板が自由に屈曲できるわけではなく、回転角速度検出時における振動子のねじれ振動の阻害を避けることはできない。そのため、振動子の振動周波数がシフトして、本来の振動モードと異なる共振が支配的となり、正確な回転角速度の検出が難しくなる。また、屈曲振動の２つのノードライン付近まで支持板を延長する必要があり、振動ジャイロ全体としてのサイズが大きくなるという問題もある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、回転角速度検出時における振動子のねじれ振動を閉じ込めて、本来の振動モードで振動させることができる小型の振動ジャイロを提供することである。

この発明は、一方主面および他方主面を有する振動子と、振動子を支持する支持基板と、振動子を支持基板に接合するための接合手段とを含み、支持基板は、接合手段で振動子が接合される接合部と、接合部と同一平面に形成される外枠部と、接合部の幅より狭い幅に形成されて外枠部の内側における空隙部内に接合部を中空に支持するための第１の支持部とを有する、振動ジャイロである。
外枠部の内側において、空隙部内に幅の狭い第１の支持部で接合部が支持され、接合部に振動子が接合されることにより、振動子の振動で第１の支持部が変形して、空隙部内で振動子が自由振動に近い振動をすることができる。そのため、振動子の振動が閉じ込められ、本来の振動モードで振動子を共振させることができる。
このような振動ジャイロにおいて、振動子は、振動体と、振動体の一方主面に形成される電極とで構成され、かつ基台部と、基台部から平行に延びる２つ以上の柱状の脚部とを備えた音叉型に形成することができる。
音叉型の振動子を用いた振動ジャイロにおいて、上述のような支持基板に振動子を接合することにより、回転角速度検出時における振動子のねじれ振動が阻害されにくくなり、正確に回転角速度の検出を行なうことができる。

また、振動子の脚部に対応する位置において外枠部に第１の中空部が形成され、第１の支持部と交差する向きに延びるようにして外枠部内において第１の支持部を支持するための第２の支持部が形成されてもよい。
振動子の振動に応じて、第１の支持部が変形するとともに、第２の支持部も変形し、振動子がさらに振動しやすくなって、自由振動に近い振動をすることができ、振動閉じ込め効果が大きくなる。

また、第２の支持部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、振動子の脚部が延びる向きに沿って、空隙および第１の中空部の両外側に長尺状の第２の中空部が形成され、第２の支持部と交差する向きに延びるようにして外枠部内において第２の支持部を支持するための第３の支持部が形成されてもよい。
振動子の振動に応じて、第１の支持部、第２の支持部とともに、第３の支持部も変形し、振動子がさらに振動しやすくなって、自由振動に近い振動をすることができ、振動閉じ込め効果が大きくなる。

また、第３の支持部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、第２の中空部の長手方向の両端部およびその中央部に、第２の中空部から外枠部の端部側に向かって第３の中空部が形成されてもよい。
第２の中空部から外枠部の端部側に向かって第３の中空部を形成することにより、外枠部が内部の第２の支持部や第３の支持部と逆位相で変形しやすくなり、支持板の変位量が小さくなって、振動閉じ込め効果が大きくなる。

また、第３の中空部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、第２の中空部の長手方向の中央部における第３の中空部に向かって、第２の支持部から延長するようにして第３の支持部に突出部が形成されてもよい。
第３の支持部に形成された突出部により、振動子が自由振動に近い振動をしながら、第３の支持部の変形が抑えられる。それにより、外枠部と第３の支持部との接続部付近の変位量が小さくなって、振動子の振動閉じ込め効果が大きくなる。

これらの振動ジャイロにおいて、接合手段として導電性接着剤を使用することができる。
また、接合手段として金属バンプを使用してもよい。
さらに、支持板としては、金属板を使用することができる。
また、支持板として樹脂と金属とで構成された多層基板を使用してもよい。
このように、接合手段および支持板の材料としては、種々のものを用いることができる。

これらの振動ジャイロにおいて、さらに、支持板の振動子を接合した主面と対向する主面側に配置される内部に配線電極が形成された凹部を有する回路基板と、凹部内の配線電極に接続するように配置されるＩＣとを含み、凹部形成面側に支持基板が配置され、回路基板と支持基板との対向する主面どうしを導電性接着剤で接着することにより、振動子の電極とＩＣとが電気的に接続されるようにしてもよい。
上述のような振動閉じ込め効果の大きい振動ジャイロにおいて、さらに回路基板とＩＣとを組み合わせることにより、振動子の駆動検出に関する信号処理を行なうことができる振動ジャイロとすることができる。ここで、回路基板に凹部を形成し、この凹部内の配線電極にＩＣを接続し、その上に振動子を接合した支持板を配置することにより、振動ジャイロを低背化することができる。

この発明によれば、振動子の振動閉じ込め効果を大きくすることができ、回転角速度に正確に対応した信号を出力させることができる。そのため、この振動ジャイロを用いることにより、正確に回転角速度を検出することができる。また、振動子を接合する接合部は、外枠部の内側において空隙部内に形成されるため、振動子接合部から外側に大きく延びる支持板は不要である。そのため、振動ジャイロを小型化することができる。また、回路基板、ＩＣ、支持板および振動子を適当な形で組み込むことにより、信号処理ができる低背化された振動ジャイロを得ることができる。

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発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明の振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。 図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子を一方面側からみた斜視図である。 図２に示す振動子を他方面側からみた斜視図である。 図１に示す振動ジャイロに用いられる支持板の一例を示す平面図である。 図１に示す振動ジャイロを用いて回転角速度を検出するための回路を示す回路図である。 （Ａ）は図１に示す振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。 （Ａ）は振動子の自由振動時における基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動子の振動を示す解析図である。 この発明の振動ジャイロに用いられる支持板の他の例を示す平面図である。 （Ａ）は図８に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。 この発明の振動ジャイロに用いられる支持板のさらに他の例を示す平面図である。 （Ａ）は図１０に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。 この発明の振動ジャイロに用いられる支持板の別の例を示す平面図である。 （Ａ）は図１２に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。 この発明の振動ジャイロの用いられる支持板のさらに別の例を示す平面図である。 （Ａ）は図１４に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。 信号処理を行なうことができる振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。 図１６に示す振動ジャイロの断面図である。 従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０，８０ 振動ジャイロ
１２ 振動子
１４ 振動体
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 第１の電極
２２ａ，２２ｂ 第２の電極
２４ 導電性接着剤
２６ａ〜２６ｅ 支持板
２８ 外枠部
３０ 空隙部
３２ 接合部
３４ 第１の支持部
６０ 第１の中空部
６２ 第２の支持部
６４ 第２の中空部
６６ 第３の支持部
６８ 第３の中空部
７０ 突出部
８２ 回路基板
８４ 凹部
８６ 配線電極
８８ 接続電極
９０ ＩＣ
９２ パターン電極
９４ 導電性接着剤
９６ キャップ

図１は、この発明の振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。図２は振動子１２を一方面側からみた斜視図であり、図３は振動子１２を他方面側からみた斜視図である。振動子１２は、図２および図３に示すように、基台部１２ａを含み、基台部１２ａから２つの四角柱状の脚部１２ｂ，１２ｃが平行して延びるように形成され、全体として音叉型に形成される。

振動子１２は、振動体１４を含む。振動体１４は、音叉型の第１の圧電体基板１６ａおよび第２の圧電体基板１６ｂを含む。これらの圧電体基板１６ａ，１６ｂは、中間金属膜１８を挟んでエポキシ樹脂等により接合される。圧電体基板１６ａ，１６ｂは、図２および図３の矢印に示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。この振動体１４の両主面に、第１の電極および第２の電極が形成される。

第１の圧電体基板１６ａの表面には、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成される。第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、第１の圧電体基板１６ａの幅方向に３分割され、基台部１２ａから脚部１２ｂ，１２ｃに渡って延びるように形成される。これらの第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、脚部１２ｂ，１２ｃの幅方向の中央部で分割される。なお、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが３分割されていれば、第１の圧電体基板１６ａに溝が形成される必要はないが、製造方法によっては、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃの分割部において、第１の圧電体基板１６ａに溝が形成されてもよい。その場合、溝は、中間金属膜１８まで届かない範囲で形成される。

また、第２の圧電体基板１６ｂの表面には、第２の電極２２ａ，２２ｂが形成される。第２の電極２２ａ，２２ｂは、第２の圧電体基板１６ｂの幅方向に２分割され、基台部１２ａから脚部１２ｂ，１２ｃに渡って延びるように形成される。これらの第２の電極２２ａ，２２ｂは、基台部１２ａの中央部で分割される。この場合においても、第２の電極２２ａ，２２ｂが分割されていれば、第２の圧電体基板１６ｂに溝が形成されていても、形成されていなくてもよい。溝が形成される場合には、中間金属膜１８まで届かない範囲で形成される。

この振動子１２は、たとえば接合手段としての導電性接着剤２４によって、支持板２６ａに接合される。図４は、支持板２６ａを示す平面図である。支持板２６ａは、図４に示すように、長方形板状の外枠部２８を含む。外枠部２８の長手方向の一方側において、外枠部２８の内側に空隙部３０が設けられ、この空隙部３０内に接合部３２が形成される。接合部３２は、長方形板状に形成され、外枠部２８と同一平面に配置される。接合部３２は第１の支持部３４で支持され、第１の支持部３４によって外枠部２８に接続される。第１の支持部３４の幅は、接合部３２の幅より狭く形成される。

振動子１２の基台部１２ａは、導電性接着剤２４などによって、支持板２６ａの接合部３２に接合される。図１においては、３つの導電性接着剤２４によって、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが接合部３２に接合されている。このような接合は、たとえば支持板２６ａに第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃに接続されるパターン電極が形成されている場合に採用される。このようなパターン電極が形成された支持板２６ａの例としては、たとえばＣｕ、ポリイミド樹脂、Ｃｕの３層構造の積層板などがある。また、Ｃｕとポリイミド樹脂の２層構造や、Ｃｕ、ポリイミド樹脂、ステンレス鋼の３層構造の積層板であってもよい。このような支持板２６ａを用いた場合、支持板２６ａに形成されたパターン電極を介して振動子１２の第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが駆動検出回路に接続され、振動子１２への入出力信号の処理が行なわれる。

なお、支持板２６ａとして、Ｃｕやステンレス鋼などの金属板を用いてもよい。この場合、駆動検出用として用いられる第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃを支持板２６ａに接合できないので、第２の電極２２ａ，２２ｂが支持板２６ａの接合部３２に接合される。そして、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、たとえばリード線などを介して駆動検出回路を接続することができる。このように、振動子１２のどちらの面を支持板２６ａに接合するのかについては、支持板２６ａの材質や駆動検出回路との接続方法などによって選択される。また、振動子１２と支持板２６ａとの接合は、たとえば金属バンプなどによって行なわれてもよい。

図５は、振動ジャイロ１０を用いて回転角速度を検出するための回路を示す回路図である。振動子１２は、たとえば自励振駆動により励振される。そのため、この振動子１２においては、図５に示すように、振動子１２の中央部の第１の電極２０ｂとその両側の第１の電極２０ａ，２０ｃとの間に、発振回路４０が接続される。発振回路４０は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。ここで、両側の第１の電極２０ａ，２０ｃの出力信号の和が増幅回路で増幅され、さらに位相補正回路で位相補正されて、中央の第１の電極２０ｂに入力される。

また、両側の第１の電極２０ａ，２０ｃは、検出回路４２に接続される。検出回路４２は差動回路４４を含み、差動回路４４から両側の第１の電極２０ａ，２０ｃの出力信号の差が出力される。さらに、差動回路４４は同期検波回路４６に接続され、差動回路４４の出力信号が検波される。ここで、同期検波回路４６には、発振回路４０が接続され、発振回路４０の信号に同期して、差動回路４４の出力信号が検波される。また、同期検波回路４６は積分回路４８に接続され、同期検波回路４６の出力信号が直流信号に変換される。さらに、積分回路４８は直流増幅回路５０に接続され、積分回路４８の出力信号が増幅される。なお、検出回路４２には、第１の電極２０ａ，２０ｃでなく、第２の電極２２ａ，２２ｂを接続してもよい。この場合、振動子１２の両面の電極が、駆動回路および検出回路に接続されるため、リード線などを用いて電極を駆動回路または検出回路に接続する必要がある。

発振回路４０によって、振動子１２は、２つの脚部１２ｂ，１２ｃが開いたり閉じたりするようにして基本振動する。このとき、脚部１２ｂ，１２ｃは、分極方向に対して同じ向きの変位となるため、第１の電極２０ａ，２０ｃからの出力信号は同じである。そのため、差動回路４４からは、信号が出力されない。この状態で、振動子１２の脚部１２ｂ，１２ｃの間の中心軸を中心として回転角速度が加わると、脚部１２ｂ，１２ｃには、基本振動に直交する向きにコリオリ力が働く。基本振動は、脚部１２ｂ，１２ｃが互いに開閉する振動であるため、これらの脚部１２ｂ，１２ｃに働くコリオリ力は逆向きとなる。そのため、脚部１２ｂ，１２ｃは、基本振動の方向と直交する向きで、互いに逆向きに変位する。この脚部１２ｂ，１２ｃの変位により、第１の電極２０ａ，２０ｃの出力信号は、逆位相に変化し、差動回路４４からこれらの出力信号の変化量に対応した信号が出力される。

差動回路４４の出力信号は、同期検波回路４６で、発信回路４０の信号に同期して、信号の正部分または負部分が検波される。同期検波回路４６の出力信号は、積分回路４８で直流信号に変換され、さらに直流増幅回路５０で増幅される。

回転角速度が大きいとき、コリオリ力は大きくなって、脚部１２ｂ，１２ｃの変位量は大きくなる。そのため、差動回路４４の出力信号は大きくなり、直流増幅回路５０の出力信号も大きくなる。したがって、直流増幅回路５０の出力信号の大きさから、回転角速度の大きさを知ることができる。また、回転角速度の方向が反対になると、コリオリ力の方向も反対となり、差動回路４４の出力信号は逆位相となる。そのため、回転角速度の方向が反対になれば、直流増幅回路５０の出力信号の極性は逆となる。したがって、直流増幅回路５０の出力信号の極性から、回転角速度の向きを知ることができる。

図１に示す振動ジャイロ１０において、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図６に示した。図６（Ａ）は振動ジャイロ１０の基本振動を示す解析図であり、図６（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロ１０の振動を示す解析図である。また、比較のため、外枠部がなく、振動子１２が空中に浮いた状態で自由振動する場合について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図７に示した。図７（Ａ）は振動子１２の自由振動時における基本振動を示す解析図であり、図７（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動子１２の振動を示す解析図である。なお、これらの解析図においては、脚部１２ｃが支持板２６ａを突き抜けていたり、脚部１２ｂ，１２ｃが重なっていたりして、実際にはあり得ない状態が示されているが、これは各部の動きをわかりやすくするために、各部の動きを実際より大きく示しているためである。実際には、各部の動きは小さく、導電性接着剤２４の厚みがあれば、十分に振動子１２の振動領域を確保できるものである。

振動ジャイロ１０においては、たとえば支持板２６ａの外枠部２８の４隅部近傍が固定されるが、振動子１２の振動が支持板２６ａによって阻害されることは避けられない。しかしながら、図７に示すような自由振動に近い振動ができる状態であれば、振動子１２の振動はあまり阻害されておらず、良好な特性を得ることができる。図６からわかるように、回転角速度が加わっていない基本振動においては、自由振動に近い振動をしている。また、振動子１２に回転角速度が加わったとき、第１の支持部３４がねじれて、振動子１２は自由振動に近い振動をすることができる。

ここで、外枠部２８も変形し、外枠部２８が固定されることにより振動子１２の振動は阻害されるものと考えられるが、図１８に示すように、振動子の振動が直接板状の支持板に伝達される振動ジャイロに比べて、第１の支持部３４のねじれによる振動閉じ込め効果が大きい。そのため、この振動ジャイロ１０では、従来の振動ジャイロに比べて、振動子１２の振動が阻害されず、良好な特性を得ることができる。

また、図８は、振動ジャイロ１０に用いられる他の支持板２６ｂを示す平面図である。図８に示すように、外枠部２８の長手方向の一方側において、空隙部３０内に第１の支持部３４で接合部３２を支持し、外枠部２８の長手方向の他方側に四角形状の第１の中空部６０が形成された支持板２６ｂを用いてもよい。第１の中空部６０を形成することにより、第１の支持部３４と直交する向きに、第２の支持部６２が形成される。第２の支持部６２の両側は、外枠部２８の内側に接続され、第２の支持部６２の中央部から第１の支持部３４が延びて、空隙部３０内に接合部３２が支持されている。

このような支持板２６ｂを用いた振動ジャイロ１０について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図９に示した。図９（Ａ）は支持板２６ｂを用いた振動ジャイロ１０の基本振動を示す解析図であり、図９（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロ１０の振動を示す解析図である。このような支持板２６ｂを用いた場合、第２の支持部６２が変形しやすい形状となっているため、振動子１２のねじれ振動に対応して、第１の支持部３４にねじれが発生するとともに、第２の支持部６２が変形し振動子１２がさらに自由振動に近い振動をすることができる。したがって、この支持板２６ｂを用いることにより、振動子１２の振動閉じ込め効果を大きくすることができ、良好な特性を得ることができる。

また、図１０は、振動ジャイロ１０に用いられるさらに他の支持板２６ｃを示す平面図である。図１０に示すように、振動子１２の脚部１２ｂ，１２ｃの延びる向きに沿って、空隙部３０および第１の中空部６０の両側に、長尺状の第２の中空部６４が形成された支持板２６ｃを用いてもよい。第２の中空部６４が形成されることにより、第２の支持部６２の両端から外枠部２８の長手方向に延びる第３の支持部６６が形成される。第３の支持部６６の両端は、外枠部２８の内側に接続され、第３の支持部６６の中央部に第２の支持部６２が接続される。したがって、第２の支持部６２と第３の支持部６６とでＨ字状に形成され、第２の支持部６２の中央部から第１の支持部３４が延びて接合部３２を支持している。

このような支持板２６ｃを用いた振動ジャイロ１０について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図１１に示した。図１１（Ａ）は支持板２６ｃを用いた振動ジャイロ１０の基本振動を示す解析図であり、図１１（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロ１０の振動を示す解析図である。このような支持板２６ｃを用いた場合、振動子１２のねじれ振動に対応して、第１の支持部３４にねじれが発生するとともに、Ｈ字状の第２の支持部６２および第３の支持部６６が変形し、振動子１２が自由振動に近い振動をすることができる。したがって、この支持板２６ｃを用いることにより、振動子１２の振動閉じ込め効果をさらに大きくすることができ、良好な特性を得ることができる。なお、第２の中空部６４の長手方向の長さは、振動閉じ込め効果が得られる長さであれば、特に限定されるものではない。

図１２は、振動ジャイロ１０に用いられる別の支持板２６ｄを示す平面図である。第１の支持部３４、第２の支持部６２および第３の支持部６６を有する支持板において、図１２に示すように、第２の中空部６４から外枠部２８の幅方向の端部に向かって、第３の中空部６８が形成された支持板２６ｄとしてもよい。第３の中空部６８は、第２の中空部６４の両端および中央部に形成される。第２の中空部６４の両端においては、第３の中空部６８は、空隙部３０の端部および第１の中空部６０の端部に対応した位置に形成される。また、第２の中空部６４の中央部においては、第３の中空部は、第２の支持部６２と第３の支持部６６の接続部に対応した位置に形成される。

このような支持板２６ｄを用いた振動ジャイロ１０について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図１３に示した。図１３（Ａ）は支持板２６ｄを用いた振動ジャイロ１０の基本振動を示す解析図であり、図１３（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロ１０の振動を示す解析図である。このような支持板２６ｄを用いた場合、支持板２６ｄの各部は、図１０に示す支持板２６ｄを用いた振動ジャイロ１０と同様に変位するが、第３の中空部６８が形成されていることにより、外枠部２８の長手方向部分が、Ｈ字状の第２の支持部６２および第３の支持部６６と逆位相で動きやすくなる。それにより、支持板２６ｄ全体の変位量を少なくすることができ、振動子１２の振動閉じ込め効果を大きくすることができる。

また、図１４は、振動ジャイロ１０に用いられるさらに別の支持板２６ｅを示す平面図である。第２の中空部６４に第３の中空部６８を形成した支持板において、図１４に示すように、中央の第３の中空部６８に向かって、第３の支持部６６から突出部７０が形成された支持板２６ｅとしてもよい。この突出部７０は、第２の支持部６２と第３の支持部６６との接続部に対応した位置において、第２の支持部６２から延長して突出するように形成される。

このような振動板２６ｅを用いた振動ジャイロ１０について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図１５に示した。図１５（Ａ）は支持板２６ｅを用いた振動ジャイロ１０の基本振動を示す解析図であり、図１５（Ｂ）はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロ１０の振動を示す解析図である。このような支持板２６ｅを用いた場合、Ｈ字状の第２の支持部６２および第３の支持部６６の変位量が抑えられ、第３の支持部６６と外枠部２８との接続部分近傍の変位量も小さくなり、振動子１２の振動閉じ込め効果をさらに大きくすることができる。

このように、これらの支持板２６ａ〜２６ｅを用いることにより、振動子１２の振動が阻害されにくくなり、振動閉じ込め効果の大きい振動ジャイロ１０を得ることができる。それにより、回転角速度を検出する際にも、良好な特性を得ることができる。

さらに、図１６および図１７に示すように、振動子１２の駆動検出のための信号処理を行なう回路を設けた振動ジャイロ８０とすることができる。図１６は信号処理を行うことができる振動ジャイロ８０を示す分解斜視図であり、図１７はその断面図である。このような振動ジャイロ８０を得るために、回路基板８２が用いられる。回路基板８２は、たとえば長方形の板状に形成され、その一方面側に四角形の凹部８４が形成される。この凹部８４の底面に、配線電極８６が形成される。凹部８４の外側には、配線電極８６に接続される接続電極８８が形成される。

回路基板８２の凹部８４内には、ＩＣ９０が取り付けられる。ＩＣ９０には、発振回路４０や検出回路４２などが形成されている。このＩＣ９０は、配線電極８６に接続される。さらに、回路基板８２上には、たとえば支持板２６ｅが取り付けられる。支持板２６ｅには、接合部３２から外枠部２８の４隅の近傍まで、パターン電極９２が形成される。たとえば、振動子１２の両側の第１の電極２０ａ，２０ｃから空隙部３０側の隅部までパターン電極９２が形成され、中央部の第１の電極２０ｂから第１の中空部６０側の隅部までパターン電極９２が形成される。支持板２６ｅの４隅部近傍においては、パターン電極９２は支持板２６ｅの反対面に回り込むように形成される。この支持板２６ｅの反対面に回り込んだパターン電極９２が、導電性接着剤９４によって、回路基板８２の接続電極８８に接続される。ここでは、支持板２６ｅとして、Ｃｕ、ポリイミド樹脂、Ｃｕの３層構造の積層板が用いられている。なお、この振動ジャイロ８０において、上述の他の支持板２６ａ〜２６ｄを用いてもよいことは言うまでもない。

支持板２６ｅの回路基板８２側の主面と対向する主面側において、接合部３２には、導電性接着剤２４によって、振動子１２が取り付けられる。それにより、振動子１２の第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、パターン電極９２に接続され、さらにＩＣ９０に接続される。この支持板２６ｅによって、ＩＣ９０が取り付けられた凹部８４が覆われる。さらに、振動子１２および支持板２６ｅを覆うようにして、金属性のキャップ９６が取り付けられる。

この振動ジャイロ８０では、ＩＣ９０によって振動子１２が励振され、回転角速度が加わることによって検出された信号が、ＩＣ９０で処理される。ここで、ＩＣ９０は、回路基板８２の凹部８４内に取り付けられ、それを覆うようにして支持板２６ｅが取り付けられている。また、導電性接着剤２４によって、振動子１２が支持板２６ｅに支持されるとともに、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃがＩＣ９０に接続される。このような構成とすることにより、信号処理を行なうことができ、かつ低背化された振動ジャイロ８０を得ることができる。

このような振動ジャイロ８０において、支持板２６ｅがＣｕやステンレス鋼などの単板で形成される場合、その表面にパターン電極を形成することができないため、第２の電極２２ａ，２２ｂが支持板２６ｅに接合される。そして、第１の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃと回路基板８２の配線電極８６との接続は、リード線などによって行なわれる。このような構成とした場合においても、回路基板８２に凹部８４を形成し、この凹部８４内にＩＣ９０を取り付け、ＩＣ９０を覆うように支持板２６ｅを取り付けることにより、振動ジャイロ８０の低背化が可能である。

このような低背化された振動ジャイロ８０において、上述のような支持板２６ａ〜２６ｅを用いることにより、振動子１２の振動を閉じ込めることができ、振動ジャイロ８０に加わった回転角速度を正確に検出することができる。

なお、本発明における振動ジャイロの振動子としては、音叉型のみならず音片型やユニモルフ型等の他の振動子にも適用することができる。また、上記実施例で示した支持部あるいは中空部の形状は長方形に限ったものではなく、楕円等の別の形状でも構わない。さらに、上記実施例で使用した音叉型振動子１２の圧電体基板１６ｂの表面に形成した第２の電極２２ａ，２２ｂは部分的に形成されていても、完全に除去されていても構わない。

Claims (11)

1. 一方主面および他方主面を有する振動子、
   前記振動子を支持する支持基板、および
   前記振動子を前記支持基板に接合するための接合手段を含み、
   前記支持基板は、前記接合手段で前記振動子が接合される接合部と、前記接合部と同一平面に形成される外枠部と、前記接合部の幅より狭い幅に形成されて前記外枠部の内側における空隙部内に前記接合部を中空に支持するための第１の支持部とを有する、振動ジャイロ。
2. 前記振動子は、振動体と、前記振動体の一方主面に形成される電極とで構成され、かつ基台部と、前記基台部から平行に延びる２つ以上の柱状の脚部とを備えた音叉型に形成される、請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 前記振動子の前記脚部に対応する位置において前記外枠部に第１の中空部が形成され、前記第１の支持部と交差する向きに延びるようにして前記外枠部内において前記第１の支持部を支持するための第２の支持部が形成された、請求項２に記載の振動ジャイロ。
4. 前記振動子の前記脚部が延びる向きに沿って、前記空隙部および前記第１の中空部の両外側に長尺状の第２の中空部が形成され、前記第２の支持部と交差する向きに延びるようにして前記外枠部内において前記第２の支持部を支持するための第３の支持部が形成された、請求項３に記載の振動ジャイロ。
5. 前記第２の中空部の長手方向の両端部およびその中央部に、前記第２の中空部から前記外枠部の端部側に向かって第３の中空部が形成された、請求項４に記載の振動ジャイロ。
6. 前記第２の中空部の長手方向の中央部における前記第３の中空部に向かって、前記第２の支持部から延長するようにして前記第３の支持部に突出部が形成された、請求項５に記載の振動ジャイロ。
7. 前記接合手段として導電性接着剤を使用した、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の振動ジャイロ。
8. 前記接合手段として金属バンプを使用した、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の振動ジャイロ。
9. 前記支持板として金属板を使用した、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の振動ジャイロ。
10. 前記支持板として樹脂と金属とで構成された多層基板を使用した、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の振動ジャイロ。
11. さらに、前記支持板の前記振動子を接合した主面と対向する主面側に配置される内部に配線電極が形成された凹部を有する回路基板と、前記凹部内において前記配線電極に接続するように配置されるＩＣとを含み、
    前記凹部形成面側に前記支持基板が配置され、前記回路基板と前記支持基板との対向する主面どうしを導電性接着剤で接着することにより、前記振動子と前記ＩＣとが電気的に接続された、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の振動ジャイロ。

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