JP5282686B2 - 振動ジャイロ素子、振動ジャイロ素子の支持構造及びジャイロセンサー - Google Patents
振動ジャイロ素子、振動ジャイロ素子の支持構造及びジャイロセンサー Download PDFInfo
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Description
ジャイロセンサーに関する。
ンシステムの姿勢制御に、振動ジャイロ素子を容器に収容し、角速度を検出するジャイロ
センサーが多く用いられている。
振動ジャイロ素子として、例えば、中央の基部から延出する検出振動系と、略T字型の
駆動振動系を中央の基部に左右対称となるように配置したダブルT型と呼ばれる振動ジャ
イロ素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
以下、検出感度ともいう)の向上及び耐衝撃性の向上などを目的として、一部が略S字状
に屈曲して形成されているものがある(例えば、特許文献1の図5参照)。
ところで、上記の振動ジャイロ素子は、圧電材料である水晶を基材として、所定の方向
にカットした平板から、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより形成されてい
るものが多い。
エッチングレート(エッチングの進行速度)が異なる異方性を有する。
このことから、振動ジャイロ素子は、例えば、特許文献1の図5に示されているような
、基部10からX軸のプラス方向に延出し、Y軸方向に屈曲した後、X軸のマイナス方向
に折り返す梁30b,31bの、折り返し部の各角部の内側に、平面視において、角部の
内側を隅切りしたような略三角形のヒレ状の異形部が生じることがある。
そして、振動ジャイロ素子は、上記異形部が、平面視において互いに接することがある
。
辺領域が、平面視において切り欠き状となることから、外部から振動、衝撃などが加わり
梁が撓む際に、この部分に応力集中が発生し、耐衝撃性が低下する虞がある。
この結果、振動ジャイロ素子は、梁が破損する虞がある。
態または適用例として実現することが可能である。
また、X軸とY軸とで規定される平面に沿った主面を有する基部と、前記基部から、一方が前記Y軸のプラス方向へ延出され、他方が前記Y軸のマイナス方向へ延出された1対の検出用振動腕と、前記基部から、一方が前記X軸のプラス方向へ延出され、他方が前記X軸のマイナス方向へ延出された1対の連結腕と、前記各連結腕から、一方が前記Y軸のプラス方向へ延出され、他方が前記Y軸のマイナス方向へ延出された各1対の駆動用振動腕と、前記基部から延出される少なくとも2本の梁と、前記各梁の先端部に接続される支持部と、を備え、前記各梁の1つである水晶からなる第1の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、前記第1の梁は、前記基部から前記X軸のプラス方向に延出する第1延出部と、前記第1延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第2延出部と、前記第2延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第3延出部と、を含み、前記第1延出部と前記第2延出部との角部の内側に有する第1異形部と、前記第2延出部と前記第3延出部との角部の内側に有する第2異形部とが、平面視において互いに接しない間隔で配置されていることを特徴としていてもよい。
方向に延出する第1延出部と、第1延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のプラス方向に
延出する第2延出部と、第2延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のマイナス方向に延出
する第3延出部とを含む第1折り返し部を有して構成されている。
そして、第1折り返し部の第1延出部と第3延出部とは、角部の内側に生じる第1異形
部と第2異形部とが、平面視において互いに接しない間隔で配置されている。
したがって、振動ジャイロ素子は、第1異形部と第2異形部とが、平面視において互い
に接しないことから、第1折り返し部に従来のような切り欠き状部分が形成されず、外部
から振動、衝撃などが加わり第1の梁が撓んだ際の、第1折り返し部における応力集中が
緩和される。
この結果、振動ジャイロ素子は、第1の梁の耐衝撃性が向上することから、第1の梁の
破損を低減できる。
なお、本発明に係る記載では、「X軸」という文言を、X軸及びX軸を中心に0度より
大きく2度以下の範囲の傾斜をした軸を意味するものとして用いる。「Y軸」および「Z
軸」についても同様とする。
また、前記振動ジャイロ素子の厚みをTとし、前記第1延出部と前記第3延出部との間隔をW1としたときに、W1/T≧0.73であることを特徴としていてもよい。
この結果、振動ジャイロ素子は、第1異形部と第2異形部とが、平面視において互いに
接しないことから、第1折り返し部に、従来のような切り欠き状部分が形成されない。
これにより、振動ジャイロ素子は、外部から振動、衝撃などが加わり第1の梁が撓んだ
際の、第1折り返し部における応力集中が緩和される。
この結果、振動ジャイロ素子は、第1の梁の耐衝撃性が向上することから、第1の梁の
破損を低減できる。
また、前記各梁の1つである水晶からなる第2の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、前記第2の梁は、前記基部から前記X軸のプラス方向に延出する第4延出部と、前記第4延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第5延出部と、前記第5延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第6延出部と、を含み、前記第4延出部と前記第5延出部との角部の内側に有する第3異形部と、前記第5延出部と前記第6延出部との角部の内側に有する第4異形部とが、平面視において互いに接しない間隔で配置されていることを特徴としていてもよい。
方向に延出する第4延出部と、第4延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のマイナス方向
に延出する第5延出部と、第5延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のマイナス方向に延
出する第6延出部とを含む第2折り返し部を有して構成されている。
そして、第4延出部と第6延出部とは、角部の内側に生じる第3異形部と第4異形部と
が、平面視において互いに接しない間隔で配置されている。
したがって、振動ジャイロ素子は、第3異形部と第4異形部とが、平面視において互い
に接しないことから、第2折り返し部に従来のような切り欠き状部分が形成されず、外部
から振動、衝撃などが加わり第2の梁が撓んだ際の、第2折り返し部における応力集中が
緩和される。
この結果、振動ジャイロ素子は、上記適用例の第1の梁に加えて、第2の梁の耐衝撃性
が向上することから、第1の梁及び第2の梁の破損を低減できる。
また、前記振動ジャイロ素子の厚みをTとし、前記第4延出部と前記第6延出部との間隔をW2としたときに、W2/T≧0.73であることを特徴としていてもよい。
この結果、振動ジャイロ素子は、第3異形部と第4異形部とが、平面視において互いに
接しないことから、第2折り返し部に、従来のような切り欠き状部分が形成されない。
これにより、振動ジャイロ素子は、外部から振動、衝撃などが加わり第2の梁が撓んだ
際の、第2折り返し部における応力集中が緩和される。
この結果、振動ジャイロ素子は、第2の梁の耐衝撃性が向上することから、第2の梁の
破損を低減できる。
また、前記各梁の1つである第3の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、前記第3の梁は、前記基部から前記X軸のマイナス方向に延出する第7延出部と、前記第7延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第8延出部と、前記第8延出部から前記X軸のプラス方向に延出する第9延出部と、前記第9延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第10延出部と、前記第10延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第11延出部と、を含むことを特徴としていてもよい。
ス方向に延出する第7延出部と、第7延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のプラス方向
に延出する第8延出部と、第8延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のプラス方向に延出
する第9延出部と、第9延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のプラス方向に延出する第
10延出部と、第10延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のマイナス方向に延出する第
11延出部とを含む第3折り返し部を有して構成されている。
ることから、上記第1の梁及び第2の梁と比較して、梁の全長を長くすることができる。
これにより、振動ジャイロ素子は、梁の弾性が向上することから、検出感度及び耐衝撃
性を向上させることができる。
また、前記各梁の1つである第4の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、前記第4の梁は、前記基部から前記X軸のマイナス方向に延出する第12延出部と、前記第12延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第13延出部と、前記第13延出部から前記X軸のプラス方向に延出する第14延出部と、前記第14延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第15延出部と、前記第15延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第16延出部と、を含むことを特徴としていてもよい。
ス方向に延出する第12延出部と、第12延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のマイナ
ス方向に延出する第13延出部と、第13延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のプラス
方向に延出する第14延出部と、第14延出部の先端部からY軸に沿ってY軸のマイナス
方向に延出する第15延出部と、第15延出部の先端部からX軸に沿ってX軸のマイナス
方向に延出する第16延出部とを含む第4折り返し部を有して構成されている。
ることから、上記第1の梁及び第2の梁と比較して、梁の全長を長くすることができる。
これにより、振動ジャイロ素子は、梁の弾性が向上することから、検出感度及び耐衝撃
性を向上させることができる。
ャイロ素子の重心に対して回転対称であることが好ましい。
であることから、全体のバランスを確保でき、安定した姿勢を保つことができる。
また、本適用例にかかる振動ジャイロ素子の支持構造は、上記適用例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が載置される支持台と、前記振動ジャイロ素子の前記支持部と前記支持台とを固定する固定部材とを備え、前記固定部材は、弾性を有する材料であることを特徴としていてもよい。
とから、外部からの振動、衝撃を緩和し、振動ジャイロ素子の駆動振動および検出振動を
安定に保つことができる。
また、振動ジャイロ素子の支持構造は、振動ジャイロ素子の支持部に漏洩してきている
微小な振動を、固定部材が緩衝材として吸収することから、微小な振動による駆動振動及
び検出振動への影響を低減することができる。
また、本適用例にかかるジャイロセンサーは、上記適用例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が載置される支持台と、前記振動ジャイロ素子の前記支持部と前記支持台とを固定する固定部材と、前記振動ジャイロ素子を駆動振動させる駆動回路と、前記振動ジャイロ素子に角速度が加わったときに前記振動ジャイロ素子に生じる検出振動を検出する検出回路と、を備えることを特徴としていてもよい。
動ジャイロ素子の基部に漏洩する駆動振動を抑制し、角速度の誤検出を防止する支持構造
を用いて搭載可能なことから、特性の優れたジャイロセンサーを提供することができる。
(実施形態)
の拡大図である。
振動ジャイロ素子1は、圧電材料である水晶を基材(主要部分を構成する材料)として
形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸及び光学軸と呼
ばれるZ軸を有している。
そして、振動ジャイロ素子1は、水晶結晶軸において直交するX軸及びY軸で規定され
る平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するZ軸方向に所定の厚みを
有している。なお、所定の厚みは、発振周波数(共振周波数)、外形サイズ、加工性など
により適宜設定される。
軸およびZ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、X軸を中心に0度から2度
の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Y軸及びZ軸についても同様
である。
振動ジャイロ素子1は、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング(ウエットエッチ
ングまたはドライエッチング)により形成されている。なお、振動ジャイロ素子1は、1
枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
振動ジャイロ素子1は、中心部分に位置する基部10と、基部10からY軸に沿って、
直線状に、一方がY軸のプラス方向へ延出され、他方がY軸のマイナス方向へ延出された
1対の検出用振動腕11a,11bと、検出用振動腕11a,11bと直交するように、
基部10からX軸に沿って、直線状に、一方がX軸のプラス方向へ延出され、他方がX軸
のマイナス方向へ延出された1対の連結腕13a,13bと、検出用振動腕11a,11
bと平行になるように、各連結腕13a,13bの先端側からY軸に沿って、直線状に、
一方がY軸のプラス方向へ延出され、他方がY軸のマイナス方向へ延出された各1対の駆
動用振動腕14a,14b,15a,15bとを備えている。
形成され、駆動用振動腕14a,14b,15a,15bに、図示しない駆動電極が形成
されている。
振動ジャイロ素子1は、検出用振動腕11a,11bで、角速度を検出する検出振動系
を構成し、連結腕13a,13bと駆動用振動腕14a,14b,15a,15bとで、
振動ジャイロ素子1を駆動する駆動振動系を構成している。
形成され、駆動用振動腕14a,14b,15a,15bのそれぞれの先端部には、重り
部16a,16b,17a,17bが形成されている。
これにより、振動ジャイロ素子1は、小型化および角速度の検出感度の向上が図られて
いる。なお、検出用振動腕11a,11bには、重り部12a,12bが含まれ、駆動用
振動腕14a,14b,15a,15bには、重り部16a,16b,17a,17bが
含まれている。
bが延出されている。
梁20aは、連結腕13aと検出用振動腕11aとの間の基部10の外縁から延出され
ている。
第1の梁としての梁20bは、X軸方向において、基部10よりプラス側に位置する連
結腕13bと、Y軸方向において、基部10よりプラス側に位置する検出用振動腕11a
との間の基部10の外縁から延出されている。
梁21aは、連結腕13aと検出用振動腕11bとの間の基部10の外縁から延出され
ている。
そして、第2の梁としての梁21bは、X軸方向において、基部10よりプラス側に位
置する連結腕13bと、Y軸方向において、基部10よりマイナス側に位置する検出用振
動腕11bとの間の基部10の外縁から延出されている。
b1と、第1延出部20b1の先端部からY軸に沿って、Y軸のプラス方向に延出する第
2延出部20b2と、第2延出部20b2の先端部からX軸に沿って、X軸のマイナス方
向に延出する第3延出部20b3とを含む第1折り返し部20cを有して構成されている
。
b1と、第4延出部21b1の先端部からY軸に沿って、Y軸のマイナス方向に延出する
第5延出部21b2と、第5延出部21b2の先端部からX軸に沿って、X軸のマイナス
方向に延出する第6延出部21b3とを含む第2折り返し部21cを有して構成されてい
る。
子1の重心Gに対して回転対称である。具体的には、梁20aと梁21bとが、振動ジャ
イロ素子1の重心Gを回転中心として回転対称形状であり、梁21aと梁20bとが、振
動ジャイロ素子1の重心Gを回転中心として回転対称形状である。
これにより、梁20aには、第2折り返し部21cと回転対称形状の折り返し部20d
が形成され、梁21aには、第1折り返し部20cと回転対称形状の折り返し部21dが
形成されている。
位置しX軸に沿って延在する支持部22に接続され、梁21a,21bの先端部は、Y軸
方向において、検出用振動腕11bよりマイナス側に位置しX軸に沿って延在する支持部
23に接続されている。
なお、支持部22と支持部23とは、振動ジャイロ素子1の重心Gを回転中心として、
回転対称形状となっていることが、バランス上好ましい。
振動ジャイロ素子1は、支持部22,23が後述する支持台などに固定されることによ
り、支持される。
て詳述する。
図2に示すように、梁20bの第1折り返し部20cには、第1延出部20b1と第2
延出部20b2とで角部20c1が形成され、第2延出部20b2と第3延出部20b3
とで角部20c2が形成されている。
上述したように、振動ジャイロ素子1は、水晶を基材としてエッチング(主としてウエ
ットエッチング)により形成されている。水晶は、エッチングに対して異方性(以下、エ
ッチング異方性ともいう)を有しており、結晶軸に対するエッチング方向によってエッチ
ングレートが異なる。
いて、角部20c1,20c2の内側を隅切りしたような、エッチング未済部分である略
三角形のヒレ状の第1異形部H1、第2異形部H2が生じる。
なお、この第1異形部H1、第2異形部H2は、小さくしようとするとオーバーエッチ
ングとなり、振動ジャイロ素子1における本来必要な形状を損ねることになる。したがっ
て、振動ジャイロ素子1において、第1異形部H1、第2異形部H2の除去は、非常に困
難であるといえる。
これらを踏まえて、梁20bの第1折り返し部20cの第1延出部20b1と、第3延
出部20b3とは、角部20c1の内側に生じる第1異形部H1と、角部20c2の内側
に生じる第2異形部H2とが、平面視において互いに接しない間隔W1を有して配置され
ている。
2とで角部21c1が形成され、第5延出部21b2と第6延出部21b3とで角部21
c2が形成されている。
には、平面視において、角部21c1,21c2の内側を隅切りしたような、エッチング
未済部分である略三角形のヒレ状の第3異形部H3、第4異形部H4が生じる。
なお、梁20bと同様に、この第3異形部H3、第4異形部H4は、小さくしようとす
るとオーバーエッチングとなり、振動ジャイロ素子1における本来必要な形状を損ねるこ
とになる。したがって、振動ジャイロ素子1において、第3異形部H3、第4異形部H4
の除去は、非常に困難であるといえる。
これらを踏まえて、梁21bの第2折り返し部21cの第4延出部21b1と、第6延
出部21b3とは、角部21c1の内側に生じる第3異形部H3と、角部21c2の内側
に生じる第4異形部H4とが、平面視において互いに接しない間隔W2を有して配置され
ている。
、平面視において互いに接しない位置にあり、梁21bの第3異形部H3と第4異形部H
4とが、平面視において互いに接しない位置にある。
このことから、振動ジャイロ素子1は、従来のような、第1異形部H1と2点鎖線で示
す第2異形部H2’とが、平面視において互いに接することによる切り欠き状部分K1が
形成されず、第3異形部H3と2点鎖線で示す第4異形部H4’とが、平面視において互
いに接することによる切り欠き状部分K2が形成されない。
この結果、振動ジャイロ素子1は、外部から振動、衝撃などが加わり梁20b,21b
が撓んだ際の、第1折り返し部20c及び第2折り返し部21cに発生する応力集中の緩
和を図ることができる。
きに、W1/T≧0.73、W2/T≧0.73であることが好ましく、W1/T≧0.
83、W2/T≧0.83であることが、マージンを得る上でより好ましく、W1/T≧
1.67、W2/T≧1.67であることが、よりマージンを得る上で特に好ましい。
より具体的には、例えば、振動ジャイロ素子1の厚みTを100μmとしたときに、間
隔W1,W2は、73μm以上が好ましく、83μm以上がより好ましく、167μm以
上が特に好ましい。
また、間隔W1,W2の上限に関しては、検出感度上の制約、外形サイズ上の制約、及
び加工上の制約などから自ずと設定され得る。
、梁20b,21bの第1折り返し部20c及び第2折り返し部21cと、折り返し方向
が逆となることから、エッチング異方性により、角部の内側に上記のような異形部が生じ
ない。
また、振動ジャイロ素子1において、エッチング異方性により、梁20aの根元部と基
部10との間の角部、連結腕13aの根元部と基部10との間の各角部、梁21aの根元
部と基部10との間の角部に、上記と同様の異形部が生じる虞があることから、梁20a
の根元部と基部10との間隔及び梁21aの根元部と基部10との間隔は、広い方が好ま
しい。
図3及び図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3は駆動振
動状態を示し、図4は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示している。
なお、図3及び図4において、振動状態を簡易に表現するために、各振動腕及び各梁は
線で表し、支持部は省略してある。
まず、振動ジャイロ素子1は角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕14a,
14b,15a,15bが矢印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2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、基部10には、矢印Fで示すような力が働く。つまり、駆動用振動腕14a
,14b,15a,15bの屈曲振動に従い、基部10には、引張りと圧縮の力が交互に
働く振動が発生する。
この振動は、駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの屈曲振動に比べて微小な
振動である。
スが崩れた場合には、基部10を回転させるように働き、検出用振動腕11a,11bを
微小に振動させようとするが、根元部分が基部10から駆動用振動腕14a,14b,1
5a,15bと直交する向きに延出した梁20a,20b,21a,21bによって基部
10の振動が抑制される。
これにより、検出用振動腕11a,11bは、振動することがない。
加わると、振動ジャイロ素子1は、図4に示すような振動を行う。
まず、図4(a)に示すように、駆動振動系を構成する駆動用振動腕14a,14b,
15a,15b及び連結腕13a,13bには、矢印B方向のコリオリ力が働く。また同
時に、検出用振動腕11a,11bは、矢印B方向のコリオリ力に呼応して、矢印C方向
に変形する。
連結腕13a,13bには、矢印B’方向に戻る力が働く。また同時に、検出用振動腕1
1a,11bは、矢印B’方向の力に呼応して、矢印C’方向に変形する。
振動ジャイロ素子1は、この一連の動作を交互に繰り返して新たな振動が励起される。
なお、矢印B,B’方向の振動は、重心Gに対して周方向の振動である。そして、振動
ジャイロ素子1は、検出用振動腕11a,11bに形成された検出電極が、振動により発
生した水晶の歪を検出することで角速度が求められる。
bが撓み、矢印D,D’方向に、重心Gに対して周方向に振動する。これは、検出振動が
駆動振動系と検出用振動腕11a,11bとの釣り合い振動だけでなく、基部10を含め
た釣り合い振動となっているためである。
この矢印D,D’で示す基部10の外縁部の振動振幅は、矢印B,B’で示す駆動振動
系の振動振幅、または矢印C,C’で示す検出用振動腕11a,11bの振動振幅に比べ
て微小である。微小ではあるが、例えば、基部10を固定した場合には、この固定により
基部10の外縁部の振動が抑制され、検出振動も抑制される。
このことから、振動ジャイロ素子1において、基部10を固定することは、角速度の検
出感度を低下させることになる。
説明する。
図5は、ジャイロセンサーの概略構成を示す模式断面図である。図5では、振動ジャイ
ロ素子1を図1のF−F線での断面として表している。
えている。セラミックなどで形成され、凹部を有する収容器81の凹部底面には、IC8
4が配置され、Auなどのワイヤ85で収容器81に形成された図示しない配線と電気的
接続がなされている。
IC84には、振動ジャイロ素子1を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わ
ったときに振動ジャイロ素子1に生じる検出振動を検出する検出回路とが含まれている。
の中継基板82に、導電性接着剤などの固定部材83を介して、接着固定されている。
また、中継基板82には、図示しない配線が形成され、振動ジャイロ素子1の電極と配
線間との導通が、導電性を有する固定部材83を介してなされている。
この固定部材83は、弾性を有する材料であることが好ましい。弾性を有する材料とし
ては、シリコーンを基材とする導電性接着剤などが知られている。また、固定部材83に
は、エポキシ系の導電性接着剤などを用いてもよい。
器81に形成された配線と電気的接続がなされている。
そして、ジャイロセンサー80は、収容器81内が真空に保持され、収容器81上部の
開口部分が、コバールなどの金属を用いた蓋体86にて封止されている。
部20cの第1延出部20b1と、第3延出部20b3とは、角部20c1の内側に生じ
る第1異形部H1と、角部20c2の内側に生じる第2異形部H2とが、平面視において
互いに接しない間隔W1を有して配置されている。
加えて、振動ジャイロ素子1において、梁21bの第2折り返し部21cの第4延出部
21b1と、第6延出部21b3とは、角部21c1の内側に生じる第3異形部H3と、
角部21c2の内側に生じる第4異形部H4とが、平面視において互いに接しない間隔W
2を有して配置されている。
が、平面視において互いに接しない位置にあることから、従来のような、切り欠き状部分
K1が形成されず、梁21bの第3異形部H3と第4異形部H4とが、平面視において互
いに接しない位置にあることから、従来のような、切り欠き状部分K2が形成されない。
この結果、振動ジャイロ素子1は、外部から振動、衝撃などが加わり梁20b,21b
が撓んだ際の、第1折り返し部20c及び第2折り返し部21cに発生する応力集中の緩
和を図ることができる。
これにより、振動ジャイロ素子1は、梁20b及び梁21bの耐衝撃性が向上すること
から、梁20b及び梁21bの破損を低減できる。
対して回転対称形状に形成され、梁21aと梁20bとが振動ジャイロ素子1の重心Gに
対して回転対称形状に形成され、支持部22と支持部23とが振動ジャイロ素子1の重心
Gに対して回転対称形状に形成されていることから、全体のバランスを確保でき、安定し
た姿勢を保つことができる。
なお、振動ジャイロ素子1は、各梁20a,20b,21a,21bが回転対称形状に
形成されなくてもよく、支持部22と支持部23とが回転対称形状に形成されなくてもよ
い。また、振動ジャイロ素子1は、間隔W1と間隔W2とが等しいことがバランス上好ま
しいが、間隔W1と間隔W2とが等しくなくてもよい。
継基板82とを固定部材83によって固定することから、振動ジャイロ素子1の駆動振動
の漏洩を抑制でき、角速度の誤検出を防止することができる。
から、外部からの振動、衝撃を緩和し、振動ジャイロ素子1の駆動振動および検出振動を
安定に保つことができる。
また、振動ジャイロ素子1の支持構造は、支持部22,23に漏洩してきている微小な
振動を、固定部材83が緩衝材として吸収することから、微小な振動による駆動振動及び
検出振動への影響を低減することができる。
子1を、振動ジャイロ素子1の基部10に漏洩する駆動振動を抑制し、角速度の誤検出を
防止する支持構造を用いて収容器81に搭載可能なことから、特性の優れたジャイロセン
サー80を提供することができる。
ここで、振動ジャイロ素子1の変形例1について、図6、図7を用いて説明する。
図6は、振動ジャイロ素子の変形例1を示す模式平面図である。図7は、図6のJ部の
拡大図である。なお、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省
略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。
の梁としての梁120a、第4の梁としての梁121aが異なっている。
梁120aは、X軸方向において、基部10よりマイナス側に位置する連結腕13aと
、Y軸方向において、基部10よりプラス側に位置する検出用振動腕11aとの間の基部
10の外縁から延出されている。
梁121aは、X軸方向において、基部10よりマイナス側に位置する連結腕13aと
、Y軸方向において、基部10よりマイナス側に位置する検出用振動腕11bとの間の基
部10の外縁から延出されている。
延出する第7延出部3d1と、第7延出部3d1の先端部からY軸に沿って、Y軸のプラ
ス方向に延出する第8延出部3d2と、第8延出部3d2の先端部からX軸に沿って、X
軸のプラス方向に延出する第9延出部3d3と、第9延出部3d3の先端部からY軸に沿
って、Y軸のプラス方向に延出する第10延出部3d4と、第10延出部3d4の先端部
からX軸に沿って、X軸のマイナス方向に延出する第11延出部3d5とを含む第3折り
返し部3dを有して構成されている。
2延出部4d1と、第12延出部4d1の先端部からY軸に沿って、Y軸のマイナス方向
に延出する第13延出部4d2と、第13延出部4d2の先端部からX軸に沿って、X軸
のプラス方向に延出する第14延出部4d3と、第14延出部4d3の先端部からY軸に
沿って、Y軸のマイナス方向に延出する第15延出部4d4と、第15延出部4d4の先
端部からX軸に沿って、X軸のマイナス方向に延出する第16延出部4d5とを含む第4
折り返し部4dを有して構成されている。
、それぞれ2箇所でX軸方向に折り返されている。この結果、梁120a,121aの全
長は、上記実施形態の梁20a,21aの全長より長くできることから、梁20a,21
aと比較して、梁120a,121aの弾性が向上する。
この結果、振動ジャイロ素子2は、上記実施形態の振動ジャイロ素子1と比較して、耐
衝撃性に優れる。
ことから、梁120a,121aによる基部10の振動阻害が抑制され、振動ジャイロ素
子1と比較して、検出感度が向上する。なお、振動ジャイロ素子1の検出感度は、実用上
問題ないレベルに設定されている。
1,3c2,4c1,4c2に、エッチング異方性により第5異形部H5、第6異形部H
6、第7異形部H7、第8異形部H8が生じる。
しかしながら、振動ジャイロ素子2は、角部3c1,3c2,4c1,4c2の位置が
、特許文献1の図5に示されている梁30b,31bの折り返し部と比較して、支持部2
2,23と基部10との中間に近いことなどから、外部から振動、衝撃などが加わり梁1
20a,121aが撓んだ際に、角部3c1,3c2,4c1,4c2周辺に発生する応
力が小さい。
この結果、振動ジャイロ素子2は、角部3c1,3c2,4c1,4c2周辺に発生す
る応力が、応力集中によっても梁120a,121aの有する機械的強度(許容応力)内
に収まることから、梁120a,121aの破損を回避できる。
。また、振動ジャイロ素子2は、例えば、梁120aまたは梁121aを、振動ジャイロ
素子1の梁20aまたは梁21aと同形状としてもよいし、別の形状としてもよい。
ここで、振動ジャイロ素子1の変形例2について、図8を用いて説明する。
図8は、振動ジャイロ素子の変形例2を示す模式的平面図である。なお、上記実施形態
との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を
中心に説明する。
、梁20aの2本の梁を有するが、梁21b、梁21aを有さず、支持部23も有さない
。
つまり、振動ジャイロ素子3は、基部10が梁20b及び梁20aのみによって支持部
22に接続され支持されている。
ロ素子を得ることができる。
の梁120a及び梁20bと同形状としてもよい。その場合は、上記変形例1と同様に、
振動ジャイロ素子の梁の弾性が向上することから、検出感度及び耐衝撃性が向上した振動
ジャイロ素子を得ることができる。
び支持部23を用いないため、上記実施形態と比較して振動ジャイロ素子のY軸方向の寸
法を10%程度小さくすることができるという効果がある。
なお、振動ジャイロ素子3は、上記実施形態のジャイロセンサー80に適用可能である
。
,16a,16b,17a,17b…重り部、13a,13b…連結腕、14a,14b
,15a,15b…駆動用振動腕、20a…梁、20b…第1の梁としての梁、20b1
…第1延出部、20b2…第2延出部、20b3…第3延出部、20c…第1折り返し部
、20d…折り返し部、21a…梁、21b…第2の梁としての梁、21b1…第4延出
部、21b2…第5延出部、21b3…第6延出部、21c…第2折り返し部、21d…
折り返し部、22,23…支持部。
Claims (9)
- X軸とY軸とで規定される平面に沿った主面を有する基部と、
前記基部から、一方が前記Y軸のプラス方向へ延出され、他方が前記Y軸のマイナス方向へ延出された1対の検出用振動腕と、
前記基部から、一方が前記X軸のプラス方向へ延出され、他方が前記X軸のマイナス方向へ延出された1対の連結腕と、
前記各連結腕から、一方が前記Y軸のプラス方向へ延出され、他方が前記Y軸のマイナス方向へ延出された各1対の駆動用振動腕と、
前記基部から延出される少なくとも2本の梁と、
前記各梁の先端部に接続される支持部と、を備え、
前記各梁の1つである水晶からなる第1の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、
前記第1の梁は、前記基部から前記X軸のプラス方向に延出する第1延出部と、
前記第1延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第2延出部と、
前記第2延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第3延出部と、
を含み、
前記第1延出部と前記第2延出部との角部の内側に有する第1異形部と、前記第2延出部と前記第3延出部との角部の内側に有する第2異形部とが、平面視において互いに接しない間隔で配置されていることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1に記載の振動ジャイロ素子において、前記振動ジャイロ素子の厚みをTとし、前記第1延出部と前記第3延出部との間隔をW1としたときに、W1/T≧0.73であることを特徴とする振動ジャイロ素子。
- 請求項1または2に記載の振動ジャイロ素子において、前記各梁の1つである水晶からなる第2の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、
前記第2の梁は、前記基部から前記X軸のプラス方向に延出する第4延出部と、
前記第4延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第5延出部と、
前記第5延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第6延出部と、を含み、
前記第4延出部と前記第5延出部との角部の内側に有する第3異形部と、前記第5延出部と前記第6延出部との角部の内側に有する第4異形部とが、平面視において互いに接しない間隔で配置されていることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子において、前記振動ジャイロ素子の厚みをTとし、前記第4延出部と前記第6延出部との間隔をW2としたときに、
W2/T≧0.73であることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子において、前記各梁の1つである第3の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりプラス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、
前記第3の梁は、前記基部から前記X軸のマイナス方向に延出する第7延出部と、
前記第7延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第8延出部と、
前記第8延出部から前記X軸のプラス方向に延出する第9延出部と、
前記第9延出部から前記Y軸のプラス方向に延出する第10延出部と、
前記第10延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第11延出部と、
を含むことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子において、前記各梁の1つである第4の梁が、前記X軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記連結腕と、前記Y軸方向において、前記基部よりマイナス側に位置する前記検出用振動腕との間の前記基部の外縁から延出され、
前記第4の梁は、前記基部から前記X軸のマイナス方向に延出する第12延出部と、
前記第12延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第13延出部と、
前記第13延出部から前記X軸のプラス方向に延出する第14延出部と、
前記第14延出部から前記Y軸のマイナス方向に延出する第15延出部と、
前記第15延出部から前記X軸のマイナス方向に延出する第16延出部と、
を含むことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1に記載の振動ジャイロ素子において、前記各梁が、前記振動ジャイロ素子の重心に対して回転対称であることを特徴とする振動ジャイロ素子。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子と、
前記振動ジャイロ素子が載置される支持台と、
前記振動ジャイロ素子の前記支持部と前記支持台とを固定する固定部材とを備え、
前記固定部材は、弾性を有する材料であることを特徴とする振動ジャイロ素子の支持構造。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子と、
前記振動ジャイロ素子が載置される支持台と、
前記振動ジャイロ素子の前記支持部と前記支持台とを固定する固定部材と、
前記振動ジャイロ素子を駆動振動させる駆動回路と、
前記振動ジャイロ素子に角速度が加わったときに前記振動ジャイロ素子に生じる検出振動を検出する検出回路と、を備えることを特徴とするジャイロセンサー。
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