JPH11281361A - 音叉型振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は回転角速度検出に使用されるジャイ
ロ、より詳細には、音叉型振動ジャイロに関し、検出感
度の劣化をすることなくクロストークノイズを低減し、
製造時の特性安定性を高めることを目的とする。 【解決手段】 ２つのアーム12， 14 と、２つの該アー
ム12，14のそれぞれを結合するベース16とからなる音叉
型振動体10とを有する音叉型振動ジャイロにおいて、前
記ベース16を保持するホールダ18はスリットを有し、前
記ホールダ18を所定位置に固定するための支持板52が前
記スリットに弾性体54を介して挿入され、前記２つのア
ーム12,14 のそれぞれの軸を含む第１の平面と、前記ス
リットに挿入された前記支持板52の部分を含む第２の平
面とが直交するように構成する。さらに、前記ホールダ
18と前記弾性体54とに共に接触する支持補助材を設ける
ことによって、安定した性能が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転角速度検出に使
用されるジャイロに関し、より詳細には、音叉型振動ジ
ャイロに関する。

【０００２】近年のカメラの手振れ防止や車載ナビゲー
ション装置等に使用されるジャイロ（ジャイロ素子とも
いう）において、高精度化や高感度化が求められてい
る。このため、振動ジャイロ特に圧電素子を用いた音叉
型振動ジャイロに関する技術開発が活発化している。

【０００３】

【従来の技術】図４は、音叉型振動ジャイロの振動を示
す第１の図である。音叉型振動体１は２つのアーム２、
３及びこれらを支持するベース４を有する。アーム２、
３とベース４とは、圧電体（例えば圧電単結晶）を加工
した一体のものである。

【０００４】図５は、音叉型振動ジャイロの振動を示す
第２の図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、
音叉型振動体はｆｙモード振動（面垂直振動）及びｆｘ
モード振動（面内振動）の２種類の異なる振動がある。
図５（Ａ）に示すように、ｆｙモード振動はねじり振動
（点線の矢印）を含むので、記号×で示すように不動点
はベース４の底面の一点にある（不動点をベースの回転
運動中心ともいう）。

【０００５】一方、図５（Ｂ）に示すように、ｆｘモー
ド振動の不動部分はベース４の底面上の中央線である。
従って、例えばベース４の長さＬを適当に調節すること
で底面の動きを実質的にゼロに抑えることができる。

【０００６】一般に、ｆｘモード振動（駆動振動モー
ド）を駆動し、ｆｙモード振動（検出振動モード）を検
出することで、コリオリ力による出力が得られる。本出
願人は上記の点を考慮し、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す
構成を先の出願特開平８−１２８８３０号で提案してい
る。図示するように、音叉型振動体１のベース４に支持
基板（以下、ホールダ）５を結合することで、音叉型振
動体１を支持する構成としている。ベース４にホールダ
５を取り付けると、ｆｙモード振動はホールダ５に対し
てねじれ応力（図４（Ａ）の矢印）を与えるのに対し
て、ｆｘモード振動はホールダ５に圧縮応力（図４
（Ｂ）の矢印）を与える。音叉全長に対するホールダ５
の長さを適当に設定すれば、面内振動のホールダ５付近
の振動をほとんど抑圧でき、ホールダ５の影響を実質的
に無視することができる。なお、ベース４とホールダ５
とをあわせてベース部と呼ぶ。

【０００７】一方、ｆｙモード振動のねじれ変位は、面
内振動の縦変位に比べて非常に大きい。ｆｙモード振動
においては、ホールダ５も図４（Ａ）の矢印で示すよう
に、ホールダ５内の回転運動中心（ホールダ５の中心に
あるｙｚ平面）を中心として回転運動（捩じれ運動）を
起こす。すなわち、検出側のｆｙモード振動は音叉振動
体１とホールダ５とが一体となって振動するので、ホー
ルダ５の形状、材質及び質量等を変化させることによっ
て共振周波数及び機械的Ｑを変化させることができ、所
望のｆｙモード振動の周波数帯域を設定できる。

【０００８】例えば、ホールダ５に重りを取り付けて、
ホールダ５の質量を変えれば、ホールダ５の回転運動が
抑制される。ホールダ５の回転運動が抑制されたこと
で、検出周波数は低下する。なお、ベース４に質量を付
加しても同様の効果が得られる。

【０００９】上記の点を考慮して、図４に示すジャイロ
は、図６に示すように基板６上に支持される。図６は、
従来技術の要点を説明する図であり、図４におけるホー
ルダ５の底面から基板に実装されたジャイロを見た図で
ある。図示しないホールダ５の中心にピン８が貫通して
いる。ピン８は弾性部材（例えば、弾性接着剤）７によ
り基板６上に支持される。この取り付け構造では、ｆｘ
モード振動は基板６の面に平行に起こり、ｆｙモード振
動は基板６の面に垂直に起こる。ジャイロはホールダ５
の中心で支持されるので、上記ホールダ５の回転運動は
抑制されることがない。よって、重りの付加等による検
出周波数の調整は容易である。

【００１０】ところが、図６に示すような取り付け構造
は外部振動の影響を受けやすいという問題点を有する。
すなわち、外部振動を受けると、ジャイロは図６の矢印
で示す方向にピン８の付け根を支点として首振り運動を
起こす。

【００１１】例えば、図４の（Ａ）で示す回転運動とは
異なる回転運動が外部振動によりベース部に引き起こさ
れ、ノイズ（特にクロストークノイズと呼ぶ）となって
検出電極に現われる。図６の矢印で示す不要運動以外の
運動がｘ、ｙ、ｚ軸方向の全てで発生するが、ノイズと
なって顕著に現われるのは、上記首振り運動である。こ
のようなクロストークノイズは、例えば車載用等、常に
振動が発生する環境では誤差の要因となり、精度の良い
角速度の検出ができない。なお、ベース部全体を固定す
れば上記首振り運動を防止できるが、ベース部が運動で
きなくなるため重りの付加等による周波数調整が行えな
くなってしまう。

【００１２】外部振動によるクロストークノイズの発生
を抑え、なおかつベース部の調整により検出振動の周波
数調整も可能である音叉型振動ジャイロを提供するため
には、図７に示すように構成することが望ましい。すな
わち、ベース部が有するスリット５０内に設けられる支
持板（剛体）５２と、該支持板５２と前記ベース部とを
固定する接着剤（弾性体）５４とからなる支持部５６に
よって構成する。なお、図７に示すような構造に関して
は、先の出願特開平９−２６９２２８号において提案さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すような構造では剛体の周辺が接着剤のような弾性体
で構成されるため、デバイス製造時に音叉型振動ジャイ
ロにおけるアーム部がコリオリ力を検出する検出振動軸
に対して垂直方向から傾いた状態で出来上がる場合があ
る。このような状態で完成した音叉型振動ジャイロで
は、漏れ信号レベルにバラツキが生じ、デバイス性能を
劣化させてしまう。このため、高精度が要求される応用
に対しては、製造歩留りが著しく下がってしまう。

【００１４】このため、バラツキを低減し、デバイスの
性能を劣化させず、高歩留りの製造可能な音叉型振動ジ
ャイロの構造が必要とされている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１に示すように、２つ
のアーム１２，１４と、２つの該アームのそれぞれを結
合するベース１６とからなる音叉型振動体１０を有する
音叉型振動ジャイロにおいて、前記ベース１６を保持す
るホールダ１８はスリットを有し、前記ホールダ１８を
所定位置に固定するための支持板５２が前記スリットに
弾性体５４を介して挿入され、前記２つのアーム１２，
１４のそれぞれの軸を含む第１の平面と、前記スリット
に挿入された前記支持板の部分を含む第２の平面とが直
交するように音叉型振動ジャイロを構成することによっ
て、前記課題を解決することができる。

【００１６】また、前記ホールダ１８と前記支持板５２
とに共に接触する支持補助材５７を有する構成にするこ
とによって、前記第１平面と前記第２平面の直交状態を
確実に維持して製造することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の基本構成を示す
図である。図１中、（ａ）〜（ｃ）は基板に対してエレ
メントを平行に配置した構成を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。同じく図１
中、（ｄ）〜（ｆ）は基板に対してエレメントを垂直に
配置した構成を示し、（ｄ）は平面図、（ｅ）は側面
図、（ｆ）は正面図である。（ａ）〜（ｃ）の構成、
（ｄ）〜（ｆ）の構成のいずれも、音叉型振動ジャイロ
は音叉型振動体１０と、ホールダ１８と、デバイス固定
用の支持部で構成される。音叉型振動体１０は、２つの
アーム１２，１４とベース１６を有する。ベース１６の
底面にはホールダ１８が取り付けられている。ベース部
が有するスリット内に設けられる支持板（剛体）５２
と、該支持板５２と前記ベース部とを固定する接着剤
（弾性体）５４とは支持部を構成する。ベース１６とホ
ールダ１８とで、音叉型振動ジャイロのベース部を構成
する。

【００１８】図１の構成において、Ａ−Ａ’は支持板５
２の中心線を示し、Ｂ−Ｂ’はアーム１２，１４の中心
線を示し、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’は直交する。すなわち、
スリットに挿入された支持板の部分を含む平面と２つの
アームの軸を含む平面が直交するように位置関係を保ち
ながら、弾性体（弾性接着剤）５４をスリットに挿入し
且つ固定する。上記平面を直交させる為には、組み立て
中にマニュプレータ等の保持手段を用いてもよいが、以
下に説明するように、保持手段を内蔵する構成によって
一層容易に目的が達成される。

【００１９】図２は、本発明の実装形態を示す第１の図
であり、４例を示すものであり、図１（ａ）〜（ｃ）の
構成を基本とした音叉型振動体の具体的な支持方法を示
す。なお、図１（ｄ）〜（ｆ）の構成についても同様の
方法が適用可能である（図３参照）。

【００２０】第１の例は（ａ）を正面図、（ｂ）を側面
図とする構成である。本構成は、弾性体による支持を特
徴とする構成である。すなわち、ゴム等の弾性体を用い
た支持補助材５７と支持板５２を一体化し、支持補助材
５７の表面をホールダ１８の表面で接触させるとともに
支持板５２をホールダ１８に設けられたスリット５０中
央に挿入してスリットに残る隙間に弾性接着剤５４を注
入して固定する。なお、支持板５２は（ｂ）に図示する
ように支持補助材５７の下端まで貫通していてもよい
し、途中で切れた構造でもよい。基板６との接続は支持
補助材５７で行うことを特徴としている。もちろん、支
持板５２が支持補助材５７の下端まで貫通している場合
には、何れか一方または両者で基板６に接続してもよ
い。

【００２１】第２の例は（ｃ）を正面図、（ｄ）を側面
図とする構成である。本構成は、支持補助材５７を一部
に溝５１を設けた平板状の弾性体で構成したもので、第
１の例と同様に、支持補助材５７の表面をホールダ１８
の表面で接触させるとともに支持板５２をホールダ１８
に設けられたスリット１８中央に挿入してスリットに残
る隙間に弾性接着剤５４を注入して固定する。本例の場
合、支持補助材５７を一部に溝５１を設けてあるので、
接着剤注入の際スリットの空気が完全に抜けてより強固
な接着が可能となる。基板６との接続は支持板５２で行
う。

【００２２】第３の例は（ｅ）を正面図、（ｆ）を側面
図とする構成である。本構成は、支持補助材５７をホー
ルダ１８の上下面に設けたもので、スリット５０の両端
を蓋した形を採り、接着剤固化の際の安定度が一層高ま
るものである。その他は、第２の例と同様である。

【００２３】第４の例は（ｇ）を正面図、（ｈ）を側面
図とする構成である。本構成は、支持補助材５７を支持
板５２から鋭角で突き出したものであり、ホールダ１８
との接続はスリット５０の近傍で行われる。このため、
ホールダ１８の下面と支持補助材５７との間に（ｈ）で
三角にみえる小さい空間が出来るため、接着剤５４を注
入する際、スリット内に十分行き渡る。

【００２４】以上のように、図２の各例の共通の特徴
は、ホールダ１８にスリット５０を設け、このスリット
内に支持板５２を挿入し、弾性接着剤５４でホールダ１
８と支持板５２とを接着した基本構成において、接着剤
よりも固い弾性体（例えばゴム製）の支持補助材５７を
設けたことに在る。本構成の音叉型振動ジャイロを製作
する場合、弾性接着剤５４をホールダ１８と支持板５２
の間に挿入し固化する過程において、前記直交性を損な
うことが回避できる。

【００２５】このように、本構成は支持板とアームの角
度が垂直になるように制御することが容易とすることを
意図したものである。これにより、完成したジャイロの
支持板とアームの角度が垂直になること（直交性）が保
証され、その結果、外部振動によるクロストークノイズ
の発生を抑さえ、なおかつ支持部の調整により検出側振
動の感度及び周波数調整も可能となる。

【００２６】図３は、本発明の実装形態を示す第２の図
を示す斜視図であり、音叉型振動体１０上に設けられた
電極構成をも含めて図示したものである。図３の構成
は、図７に示す従来の構成と比較するとその特徴が明確
になる。共通する部材には同じ番号が付与されている。
本構成の特徴は、支持補助材５７を設けた点にある。支
持補助材の働きについては図２の場合と同様で、接着剤
の注入と固化の過程においてホールダ１８と支持板５２
との位置関係が変動することを回避出来る点にある。

【００２７】本構成は両側に支持補助材５７を取り付け
た支持板５２をホールダ１８のスリット内に挿入したも
のである。支持補助材５７の中央部に溝５５を設けてあ
るため接着剤５４を注入する際、スリット内に十分行き
渡る特徴が在る。

【００２８】スリット５０は、ホールダ１８の回転運動
中心を含むように形成されている。スリットは、ホール
ダ１８の向かい合う面を接続するように形成されてい
る。スリットの幅は、挿入される支持板５２の厚みより
も大きい。

【００２９】支持補助材５７はゴムに限らず剛体（例え
ば鉄）や弾性体（例えばポリエチレン系プリント板やフ
ェノール系高分子材料の板）で形成することもできる
（前述の支持板５２も同様である）。また、弾性接着剤
５４は例えばシリコーン系又はウレタン系の接着剤を用
いることができる。

【００３０】ホールダ１８は矩形状で、その厚みは音叉
型振動体１０の厚みにほぼ等しい。これは、ｆｙモード
振動でホールダ１８も音叉型振動体１０と一緒に共振さ
せるためである。また、厚みが同じであると、音叉型振
動体１０のホールダ１８の面とベース１６の所定の側面
を突き合わせて各々の電極を対向させることが容易にな
る。なお、ホールダ１８の形状は矩形状に限定されるも
のではなく、他の形状を用いてもよい。

【００３１】表１に示すように、最大クロストークレベ
ルは、図２に示す本発明を用いれば従来の改良された構
成の場合の１／２以下にすることが可能となった。

【００３２】

【表１】

【００３３】図２に示す実装構造がベース部（ベース１
６とホールダ１８）の回転動作を妨げていないことを確
認した。なお、上記発明には、以下に示すような特徴を
備えたものをも含むものとする。すなわち、（１）支持
補助材をホールダを固定する弾性体よりも硬度の高い弾
性体を用いて形成する、（２）支持補助材を支持板と同
じ素材で形成し、ホールダと支持補助材との間の一部に
隙間（例えば、図２の（ｈ）において、ホールダ１８の
下部と支持補助材５７の間の三角形の部分）を設ける、
（３）支持補助材とホールダがスリット近傍でややスリ
ットから離れた個所で接続（接触）するようにする（例
えば、図２の（ｈ）において、ホールダ１８の下部と支
持補助材５７の接続部）。

【００３４】さらに、製造工程において、支持補助材を
支持板に形成する工程を、ベース部を支持板に固定する
工程より先に行なうことにより、音叉型振動ジャイロが
より安定した性能を有するものになると期待される。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、従来の改良構造をもとにさらに支持補助材を有する
支持構造を付加することにより、検出感度を劣化するこ
となくクロストークノイズを低減し、製造時の特性安定
性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本構成を示す図である。

【図２】 本発明の実装形態を示す第１の図である。

【図３】 本発明の実装形態を示す第２の図である。

【図４】 音叉型振動ジャイロの振動を示す第１の図で
ある。

【図５】 音叉型振動ジャイロの振動を示す第２の図で
ある。

【図６】 従来の技術の要点を説明する図である。

【図７】 従来の実装形態を例示する図である。

【符号の説明】

１、１０は音叉型振動体、 ２、３、１２、１４はアーム、 ４、１６はベース、 ５、１８はホールダ、 ６は基板、 ７、５４は弾性体（弾性接着剤）、 ５０はスリット、 ５１、５５は溝、 ５２は支持板、 ５６は支持部、 ５７は支持補助材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 寛 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 良夫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つのアームと、該２つのアームのそれ
   ぞれを結合するベースとからなる音叉型振動体を有する
   音叉型振動ジャイロにおいて、 前記ベースを保持するホールダはスリットを有し、 前記ホールダを所定位置に固定するための支持板が前記
   スリットに弾性体を介して挿入され、 前記２つのアームのそれぞれの軸を含む第１の平面と、
   前記スリットに挿入された前記支持板の部分を含む第２
   の平面とが直交するように構成されることを特徴とする
   音叉型振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記ホールダと前記支持板とに共に接触
   する支持補助材を有することを特徴とする請求項１記載
   の音叉型振動ジャイロ。