JPH1123285A

JPH1123285A - 振動子の支持構造

Info

Publication number: JPH1123285A
Application number: JP9182131A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Onishi; 一正大西; Kimiya Nakamura; 公哉中村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】平板型音叉構造の振動子の支持構造におい
て、過度の衝撃が加わった場合に、振動子の破壊や振動
子と支持部材との接着面の剥離を防止する。【解決手段】少なくとも２箇所の折り曲げ部を有する
弾性部を含む支持部材６により、振動子１を基板７にほ
ぼ平行に固定し、支持部材６は振動子１の長手方向に関
しほぼ左右対称に接着するとともに、振動子１を上にし
て基板７を見たとき支持部材６と基板７の固定部（支持
孔７ａ）は、振動腕１ａの真下に位置するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は振動子に関し、特にカー
ナビゲーションシステムやビデオカメラの手振れ防止シ
ステムなどに用いられる振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の振動子の支持構造の一
例を示す斜視図および正面図である。例えば振動ジャイ
ロを構成する振動子１は、各振動腕１ａ、１ｂ、１ｃが
基部１ｄの一端にそれぞれ平行に設けられた、三脚音叉
形状にて構成されている。振動子１は、例えばエリンバ
材などの恒弾性金属板の表裏に圧電材料が接合されたも
の、または全体が圧電材料により形成されたものであ
る。各振動腕１ａ、１ｂ、１ｃにはＸ方向に振動させる
ための駆動電極、およびＹ方向の振動成分を検出する検
出電極が設けられている。そして振動子１は支持部材１
３により基板７上に支持されている。この支持部材１３
は平板上の支持板１３ａと、支持板１３ａの一端に、支
持板に対し略垂直に立設された支持柱１３ｂとから構成
されている。この支持板１３ａに振動子１の基部１ｄが
接着剤により固定され、さらに支持柱１３ｂは基板７に
半田で取り付けられている。この基部１ｄは振動子１の
振動の節部である。

【０００３】振動子１に設けられた振動腕１ａ、１ｂ、
１ｃのうち、左右の振動腕１ｂ、１ｃの駆動電極には、
同位相の交流駆動電圧が印加され、中央の振動腕１ａの
駆動電極には振動腕１ｂ、１ｃとは逆位相の交流駆動電
圧が印加される。その結果、左右の振動腕１ｂおよび１
ｃと、中央の振動腕１ａは、Ｘ方向に互いに逆の位相で
振動される。前記Ｘ方向に振動が生じている振動子１
が、Ｚ軸回りの回転系におかれると、振動腕１ａ、１
ｂ、１ｃに対し、Ｚ軸回りの回転角速度ωに比例した大
きさのコリオリ力がＹ方向へ作用し、各振動腕１ａ、１
ｂ、１ｃがＹ方向への振動成分を持つようになる。この
Ｙ方向の振動においても、外側の振動腕１ｂ、１ｃと中
央の振動腕１ａの位相が逆となる。各振動腕１ａ、１
ｂ、１ｃのＹ方向の振動成分のうち少なくとも１つの振
動成分が、検出電極から取り出され、この検出出力から
Ｚ軸回りの回転角速度ωが算出される。

【０００４】上記に記載した振動腕１の質量をｍ、振動
腕１のＸ軸方向の振動速度をｖ（ベクトル値）、回転系
でのＺ軸回りの角速度をω0 （ベクトル値）とすると、
コリオリ力Ｆ（ベクトル値）は、

【０００５】

【数１】Ｆ＝２ｍ（ｖ×ω0 ）（×はベクトル積）

【０００６】で表され、コリオリ力Ｆは角速度ω0 に比
例する。よって、振動腕１のＹ軸方向への変形振動が検
出電極により検出されることにより、角速度ω0 が求め
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示す振動子の
支持構造において、落下・衝突など過度の衝撃が加わっ
た場合、その衝撃は図示しないケース内に固定されてい
る基板７から支持部材１３に伝達され、さらに振動子１
に伝わる。この衝撃力により、振動腕１ａ、１ｂ、１ｃ
と振動子の基部１ｄとの境界など機械的強度の弱い部分
での破壊や、振動子１の基部１ｄと支持部材１３の接着
面での剥離が生じる。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、支持部材に弾性部を設けることにより、振動子が
支持されている基板に落下・衝突など過度の衝撃が加わ
った場合に、支持部材の弾性部でこの衝撃を緩和し、振
動子の破壊や振動子と支持部材との接着面での剥離を防
止することを目的としている

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、振動子の節部
に接着した支持部材は、少なくとも２箇所の折り曲げ部
を有する弾性部を備え、前記支持部材により前記振動子
を基板に固定することを特徴とするものである。

【００１０】上記において、前記支持部材を前記振動子
の長手方向に対してほぼ左右対称な位置に接着した構造
を有することが好ましい。

【００１１】さらに、振動子の基部の一端に少なくとも
２脚以上の振動腕を備えた平板型音叉構造であり、前記
平板型音叉構造の振動子を前記支持部材により基板にほ
ぼ平行に固定し、前記支持部材の弾性部に前記振動子の
基部より長く、前記振動子とほぼ平行な主弾性腕を設
け、前記支持部材と前記基板の接続箇所は、前記振動子
を上にして前記基板を見たとき、振動腕もしくは振動腕
の間のスリットの真下に位置することが好ましい。

【００１２】本発明において、振動子が支持されている
基板に落下・衝突などの過度の衝撃が加わった場合に、
例えば基板から伝わってくる衝撃は、支持部材の弾性部
で緩和、吸収され、振動子または振動子と支持部材との
接着面に加わる衝撃が緩和される。

【００１３】また、支持部材に設けられた弾性部に、少
なくとも２箇所の折り曲げ部が設けられていることによ
り、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に加わる衝撃に対する緩衝効果
が得られる。

【００１４】音叉型振動子の基部においても、微弱な振
動が発生することがある。従って、比較的振動の少な
い、振動子の長手方向に対してほぼ左右対称な位置で、
支持部材と振動子を接着することにより、支持部材を通
して基板に振動が漏れることを防止でき、振動子の振動
特性が安定する。

【００１５】緩衝効果を大きくするため主弾性腕は長い
方が好ましい。この主弾性腕を長くとるために、支持部
材と基板との固定点は、支持部材と基板の固定点を振動
子を上にして基板を見たときに、振動子の振動腕もしく
は振動腕の間のスリットのほぼ真下に位置することが好
ましい。このとき主弾性腕は少なくとも振動子の基部以
上の長さを持たなければ十分な緩衝効果が得られない。
一方、主弾性腕が長すぎる場合は、衝撃が加わった時に
支持部材の弾性変形により振動子が大きく動き、振動子
が固定された基板を収納するケースの内壁と振動子とが
接触する。このため、振動子の破壊や振動子と支持部材
との接着面の剥離を生じる。この衝撃による振動子の動
きは、支持部材と基板との固定点を中心に動く。従っ
て、振動子の変位量を小さくするためには、支持部材と
基板との固定点は、振動子を上にして基板を見たときに
振動子の振動腕もしくは振動腕の間のスリットのほぼ真
下に位置することが好ましいものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照して説明する。図１、図２は、本発明の一実施例を示
す振動ジャイロの支持構造の斜視図および正面図であ
る。図３、図４、図５、図６、図７は、それぞれ振動子
の基部と支持部材の接着部を示した斜視図である。図８
（Ａ）は振動子を表面側を上にして示す斜視図である。
図８（Ｂ）は振動子を裏面側を上にして示す斜視図であ
る。図９は振動子の分極状態及び電極の形成状態を示す
図８のＩＶ矢視端面図である。

【００１７】振動子１は、全体を圧電材料で形成された
ものであり、基部１ｄの一端に３個の振動腕１ａ、１
ｂ、１ｃが設けられている。各振動腕１ａ、１ｂ、１ｃ
での圧電材料の分極方向は、図９に示す通りであり、左
右両側の振動腕１ｂと振動腕１ｃとで分極方向が同じで
あり、中央の振動腕１ａでは、左右の振動腕１ｂ、１ｃ
と分極方向が左右および上下において対称な分極方向で
ある。図８（Ｂ）に示すように、各振動腕１ａ、１ｂ、
１ｃの下面にそれぞれ一対の駆動電極２が導電性材料に
より形成されており、この駆動電極２は、各振動腕１
ａ、１ｂ、１ｃの先端部から振動子１の基端部１ｅまで
延在している。上記駆動電極２は後述する導電経路によ
り、交流駆動電源３に導通し、交流駆動電源３から各駆
動電極２に同電位の駆動電圧が与えられている。

【００１８】一方、図８（Ａ）に示すように振動子１の
上面では、左右の振動腕１ｂ、１ｃに一対のアース電極
４が、中央の振動腕１ａにアース電極４が形成されてい
る。前記駆動電極２とアース電極４とで、振動子１を構
成する圧電材料に対して駆動電圧が与えられる。図９に
示す分極構造に従って、左右の振動腕１ｂ、１ｃは、Ｘ
方向に同位相で駆動され、中央の振動腕１ａは、左右の
振動腕１ｂ、１ｃと逆の位相により同じくＸ方向へ振動
駆動される。すなわち、ある時点において、左右の振動
腕１ｂ、１ｃのＸ方向への振動と中央の振動腕１ａのＸ
方向への振動とは互いに逆方向である。

【００１９】中央の振動腕１ａの上面には、アース電極
４を挟んで一対の検出電極５ａ、５ｂが形成されてい
る。振動子１がＺ軸回り（振動腕の長手方向の軸回り）
の角速度ωを有する回転系に置かれると、数１に示した
コリオリ力により、各振動腕１ａ、１ｂ、１ｃがＹ方向
の振動成分を持つ。左右の振動腕１ｂ、１ｃと、中央の
振動腕１ａとでは、駆動電圧による振動位相が逆（１８
０度異相の異なるもの）であるため、コリオリ力による
振動位相も、振動腕１ｂ、１ｃと、振動腕１ａとで逆で
ある。すなわち、ある時点において、左右の振動腕１
ｂ、１ｃのコリオリ力によるＹ軸での振動が同じ方向で
あり、中央の振幅腕１ａのＹ軸での振動は振動腕１ｂ、
１ｃと逆方向である。

【００２０】検出電極５ａ、５ｂは、中央の振動腕１ａ
の同一面（上面）に形成されており、中央の振動腕１ａ
の圧電材料がコリオリ力の検出手段として機能する。こ
の検出電極５ａ、５ｂが形成されている部分の圧電材料
の分極方向が互いに逆であるため、コリオリ力によるＹ
方向の振動成分に関して、検出電極５ａと検出電極５ｂ
とで１８０度位相の相違する圧電作用による検出出力が
得られる。検出電極５ａと検出電極５ｂからの検出出力
の差をとることにより、検出電極５ａと検出電極５ｂか
らのそれぞれの検出出力の絶対値が加算される。この検
出出力からＺ軸回りの角速度ω成分を算出することが可
能になる。

【００２１】そして本発明においては図１に示すよう
に、振動子１の基部１ｄは線状の支持部材６の副弾性部
６ｄにより支持され、支持部材６の副弾性部６ａは基板
７の支持孔７ａに挿入、固定される。この基部１ｄは、
振動子１の振動の節部である。そしてこの支持部材６
は、リン青銅などの半田付け性の良いバネ材料を、折り
曲げ部６ｂ、６ｃが２箇所形成され、折り曲げ部６ｂ、
６ｃ間に主弾性腕６ｅが設けられている。その結果、振
動子１は基板７の平面に対しにほぼ平行に取り付けられ
ている。なお支持部材６の材質は、表面にＮｉメッキや
半田メッキを施すことにより、半田付け性を向上させた
バネ材料でも良い。

【００２２】支持部材６の副弾性腕６ｄは、振動子１の
基部１ｄへ紫外線硬化型接着剤９により、図３に示すよ
うに振動漏れの少ない接着位置である振動子の長手方向
に関し、ほぼ左右対称な位置に接着されている。接着剤
は、硬化時に加える熱による圧電材料の極性の変化を防
止するため、紫外線硬化型接着剤を用いているが、１０
０℃前後の低温硬化型のエポキシ系接着剤でも良い。

【００２３】支持部材６の基板７への取付は、基板７に
設けられた支持孔７ａに副弾性腕６ａが挿入され、半田
により固定されている。基板７は銅板などの半田付け性
が良い材質、Ｎｉメッキや半田メッキなどが表面に施さ
れた半田付け性が良い材質、または回路基板が用いられ
ている。基板７を回路基板とした場合、半田付けを行う
ため、支持孔７ａと基板表面に接した箇所に導電パター
ンが形成されている必要がある。この場合、副弾性腕６
ｄと基部１ｄとの固定は導電性接着剤によりされれば、
振動子１に形成されたアース電極と回路基板を支持部材
６によりアース接続することが可能である。ここで、電
極と回路基板とを電気的に接続する場合、一般的にリー
ド線を引き回して接続するが、リード線の数が多いと、
引き回しのための工数が多くかかってしまい、量産性に
劣ってしまう。またリード線同士が接触しやすく、ショ
ートしやすい。しかしながら、振動子１に形成されたア
ース電極と回路基板を支持部材６によりアース接続する
ことにより、リード線引き回し構造を簡素化でき、その
工数を大きく削減することが出来る。また、リード線同
士の接触も防止することが出来る。

【００２４】また、振動子１の基部１ｄと支持部材の固
定は、振動子の長手方向にほぼ左右対称（寸法Ａ＝
Ａ’）な位置であれば良い。図４のように、支持部材１
０の副弾性部６ｄの先端に支持平板部６ｆが設けられ、
この支持平板部６ｆの平面と、振動子１の基部１ｄ平面
もしくは基部１ｄ端縁とを、紫外線硬化型接着剤９によ
り接着してもよい。振動子１の基部１ｄと支持平板部６
ｆ又は、振動子の長手方向に関しほぼ左右対称（寸法Ｂ
＝Ｂ’）な位置に固定されている。この場合、振動子１
と支持部材６との接着面を広くとれることより、振動子
１と支持部材１０の接着強度が強くなる。また、振動子
への衝撃もより安定した状態で緩和することができる。

【００２５】以上のような支持構造において、振動子１
は支持孔７ａを支点として、変位可能な構造となり、衝
撃が加わった時に振動子１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各方向
に自在に変位する。この変位は、主弾性腕６ｅ、副弾性
腕６ａ、副弾性腕６ｄ、折り曲げ部６ｂおよび折り曲げ
部６ｃの弾性変形により生じ、振動子１の基部１ｄと支
持部材６の接着面への衝撃の伝達を少なくすることがで
きる。また、振動子１への衝撃をも緩和することができ
る。

【００２６】一方、衝撃による支持部材６の弾性変形に
より起こる振動子１の変位を小さくし、支持部材６の緩
衝効果を大きくするため、振動子１を上にして基板７を
見たとき、支持部材６と基板の固定点（支持孔７ａ）は
中央の振動腕１ａの真下に位置し、かつ主弾性腕６ｅを
振動子１の基部１ｄの長さより長くしている。その結果
として、基板７を固定しているケース（図示せず）内壁
に振動子１が衝突するのを防ぎ、また基板７から振動子
１へ伝わる衝撃を緩和することにより、振動子１の破壊
や振動子１と支持部材６の接着の剥離を防ぐことができ
る。この固定点は、振動子の振動腕が奇数本の場合、中
央の振動腕１ａの真下に位置し、偶数本の場合、振動子
の中心軸を挟む２つの振動腕間のスリットの真下に位置
することが好ましい。

【００２７】図２は支持部材８の折り曲げ箇所を折り曲
げ部８ｂ、８ｃ、８ｇの３箇所にした実施例である。振
動子１の基部１ｄは支持部材８の副弾性部８ｆにより支
持され、支持部材８の副弾性部８ａは基板７の支持孔７
ａに挿入、固定される。その結果、振動子１は基板７の
平面に対しにほぼ平行に取り付けられている。この支持
部材６はリン青銅などの半田付け性の良いバネ材料を、
折り曲げ部８ｂ、８ｃ、８ｇが３箇所形成され、折り曲
げ部８ｂ、８ｃ間に主弾性腕８ｅを設けたことにより、
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のどの方向からの衝撃も緩和できる構造
としている。

【００２８】支持部材６の副弾性腕８ｆは、振動子１の
基部１ｄへ紫外線硬化型接着剤９により接着固定されて
いる。振動子１の基部１ｄと支持部材８の副弾性部８ｆ
との接着は、振動子１の長手方向に関し、ほぼ左右対称
な位置（寸法Ｃ＝Ｃ’）に接着されている。図１の実施
例では、振動子１の基部１ｄ端縁に支持部材６を接着す
る構成により、振動子１を支持部材６の副弾性部６ｆに
対し、ほぼ垂直に立てた状態で接着しなければならず、
接着の作業が行いにくい。これに対して図２に示す実施
例においては、振動子１を支持部材８の副弾性部８ｆに
対して平行に接着できるため、接着作業が行い易い。

【００２９】また、振動子１の基部１ｄと支持部材８の
固定は、振動子１の長手方向にほぼ左右対称な位置であ
れば良い。図６のように、支持部材１１の副弾性部８ｄ
の先端に支持平板部８ｆ’が設けられ、この支持平板部
８ｆ’の平面と、振動子１の基部１ｄ平面もしくは基部
１ｄ端縁とを、紫外線硬化型接着剤９により接着しても
よい。振動子１の基部１ｄと支持平板部８ｆ’は、振動
子１の長手方向に関しほぼ左右対称（寸法Ｄ＝Ｄ’）な
位置に固定されている。この場合、振動子１と支持部材
１１との接着面を広くとれることより、振動子１と支持
部材１１の接着強度が強くなる。また、振動子への衝撃
もより安定した状態で緩和することができる。

【００３０】また図６においては、支持部材１１の副弾
性部８ｄおよび折り曲げ部８ｃ、８ｇが振動子１の基部
１ｄ端縁よりも外側に設けられているが、図７のように
支持部材１２の副弾性部８ｄおよび折り曲げ部８ｃ、８
ｇが振動子１の基部１ｄ端縁よりも内側に設けられてい
てもよい。この場合、振動子１及び支持部材１２全体の
大きさを小さくすることができ、支持構造全体をより小
型化することができる。

【００３１】なお本発明の実施例において、三脚の平板
音叉型振動子について説明したが、これに限るものでは
なく、２脚もしくは４脚以上の平板音叉型振動子につい
ても適用できるものである。また、平板音叉型振動子だ
けでなく、三角柱、四角柱もしくは円柱の振動子の支持
構造についても本発明を適用できるのは言うまでもな
い。また、本発明の実施例において、支持部材は線状の
もので説明したが、これに限るものではなく、例えば平
板上の部材を折り曲げて、支持部材が構成されたもので
も良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる振
動子の支持構造によれば、落下などの過度の衝撃が加わ
った場合でも、支持部材に設けられた弾性部で衝撃を緩
和し、振動子の破壊や振動子と支持部材の接着部の剥離
を防止することができる。その結果、衝撃に強い振動子
の支持構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における振動子の斜視図（Ａ）
および正面図（Ｂ）

【図２】本発明の実施例における振動子の斜視図（Ａ）
および正面図（Ｂ）

【図３】本発明の実施例における振動子の基部と支持部
材の接着箇所を示す斜視図

【図４】本発明の実施例における振動子の基部と支持部
材の接着箇所を示す斜視図

【図５】本発明の実施例における振動子の基部と支持部
材の接着箇所を示す斜視図

【図６】本発明の実施例における振動子の基部と支持部
材の接着箇所を示す斜視図

【図７】本発明の実施例における振動子の基部と支持部
材の接着箇所を示す斜視図

【図８】振動子の表裏両面をそれぞれ示す斜視図（Ａ）
（Ｂ）

【図９】振動子の分極方向を示す図６のＩＶ矢視端面図

【図１０】従来の振動子の斜視図（Ａ）及び正面図
（Ｂ）

【符号の説明】

１振動子１ａ、１ｂ、１ｃ振動腕１ｄ基部１ｅ基端部２駆動電極３交流駆動電源４アース電極５ａ、５ｂ検出電極６、１０、１１、１２支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子の節部に接着した支持部材は、少
なくとも２箇所の折り曲げ部を有する弾性部を備え、前
記支持部材により前記振動子を基板に固定することを特
徴とする振動子の支持構造。
【請求項２】前記支持部材を前記振動子の長手方向に
対してほぼ左右対称な位置に接着したことを特徴とする
請求項１記載の振動子の支持構造。
【請求項３】振動子の基部の一端に少なくとも２脚以上
の振動腕を備えた平板型音叉構造であり、前記平板型音
叉構造の振動子を前記支持部材により基板にほぼ平行に
固定したことを特徴とする請求項１ないし２記載の振動
子の支持構造。
【請求項４】前記支持部材の弾性部に、前記振動子の
基部より長く、前記振動子とほぼ平行な主弾性腕を設
け、前記支持部材と前記基板の接続箇所は、前記振動子
を上にして前記基板を見たとき、振動腕もしくは振動腕
の間のスリットの真下に位置することを特徴とする請求
項３記載の振動子の支持構造。