KR100230652B1 - 진동 자이로스코프 - Google Patents

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KR100230652B1
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요시오 가와이
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무라타 야스타카
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 진동 자이로스코프에서, 진동자는 지지핀을 통해 실장 기판에 설치된다. 실장 기판 및 지지 기판은 지지 기판의 돌기를 실장 기판의 제 2삽입홀에 삽입시키고, 볼록부에 의해 실장 기판이 지지됨으로써 서로 대향하여 배치된다. 실장 기판과 지지 기판 사이의 공간은 우레탄 및 실리콘(silicone) 등과 같은 합성 수지로 제조된 신축성있는 페이스트로 채워져 있다. 이 페이스트는 건조되어 진동 흡수 부재를 형성한다. 또한, 진동 흡수 부재는 실장 기판의 표면 상에 형성된다.

Description

진동 자이로스코프 {Vibration Gyroscope}
본 발명은 회전 각속도를 감지함으로써 이동 물체의 위치가 검출되도록 적절한 가이드를 제공하는 항행 시스템에 사용되거나, 카메라 흔들림처럼 외적 진동으로 인한 회전 각속도를 감지함으로써 흔들림을 정확히 방지하는 카메라-흔들림 방지 장치같이 반진동 시스템에도 사용될 수 있는 진동 자이로스코프에 관한 것이다.
종래 진동 자이로스코프의 구성은 도 6 및 7을 참조하여 설명한다.
이 도면에서, 진동 자이로스코프(31)는 진동자(32)를 포함한다. 진동자(32)는 예를 들어 석영, 글래스, 수정 및 세라믹과 같은 기계적 진동을 발생시키는 재료, 및 엘린버(elinvar)와 같은 영구적인 탄성 금속 재료로 정삼각주 모양으로 형성된다. 구동 및 검출용의 압전 소자(33) 및 (34)는 서로 인접하는 측면에 설치되고, 피드백 압전 소자(35)는 또 다른 측면에 설치된다. 압전 소자(33)∼(35)는 도면에 상세히 도시되지는 않았지만 양면 상에 전극이 설치되는 압전 부재로 제조된 판이 형성됨으로써 제조된다. 진동자(32)의 노드 근처와 압전 소자(33) 및 (34) 사이에 위치된 능선 상에는 지지 부재로서 작용하는 두 개의 지지핀(36)의 중간부가 설치된다. 지지핀(36)은 게이트(gate) 형상으로 형성된 금속 와이어(wire)로 제조된다. 지지핀(36)의 양단은 실장 기판(37)에 설치되는 제 1삽입홀(38)에 삽입되고 땜납 등으로 고정된다. 실장 기판(37)은 예를 들어 글래스 에폭시로 평면판이 성형되고 기판(37)의 두 주면을 관통하는 제 1삽입홀(38) 및 제 2삽입홀(39)이 설치됨으로써 제조된다. 제 2삽입홀(39)은 실장 기판(37)의 주면 상에서 제 1삽입홀(38)보다 외부에 형성된다. 실장 기판(37)과 대향하면서 지지 기판(40)이 배치된다. 지지 기판(40)은 니켈과 같은 금속을 평면판에 주입시키는 주입식 성형법에 의해 제조된다. 지지 기판(40)에서, 돌기(41)는 하나의 주면으로부터 수직으로 연장되고, 볼록부(43)는 돌기(41)의 근방에서 볼록부(43)의 표면 상에 실장 기판(37)을 위치시킴으로써 형성된다. 또한, 또 다른 주면 상의 네 곳의 코너에서 후크 모양의 다리(42)는 진동 자이로스코프가 또 다른 부재와 맞물리도록 설치된다. 지지 기판(40)의 돌기(41)는 실장 기판(37)의 제 2삽입홀(39)에 삽입되고 땜납 등으로 고정되며, 실장 기판(37)은 볼록부(43)에 의해 지지된다. 그러므로, 실장 기판(37) 및 지지 기판(40)은 서로 대향하면서 갭(44)을 통해 고정된다.
갭(44)이 진동 자이로스코프(31)에서 실장 기판(37)과 지지 기판(40) 사이에 설치되고, 지지핀(36)을 통해 진동자(32)로부터 실장 기판(37)까지 전달되는 진동은 지지 기판(40)에 전달되는 것이 방해를 받는다.
또 다른 종래 진동 자이로스코프는 도 8을 참조하여 후술한다. 도 6에 도시된 부분과 동일하거나 대응 가능한 부분은 동일한 참조 번호로 나타내고 설명은 생략된다.
도 8에 도시된 진동 자이로스코프(51)에서, 지지 기판(52) 및 실장 기판(53)에는 돌기 또는 제 2삽입홀이 설치되지 않는다. 기판(52) 및 (53) 각각은 부틸기와 같은 탄성 부재를 평면판에 성형시킴으로써 제조되는 완충판(54)을 통해 접착제 등으로 접합된다. 완충판(54)이 진동을 흡수하므로, 지지핀(36)을 통해 진동자(32)로부터 실장 기판(37)까지 전달되는 진동은 억제된다.
종래의 진동 자이로스코프는 다음과 같은 문제점을 지니고 있었다.
진동 자이로스코프(31)에서, 실장 기판(37)으로부터 지지 기판(40)까지 전달되는 진동은 억제될 수 있다. 그러나, 진동자(32)로부터 실장 기판(37)까지 전달되는 진동은 억제될 수 없고 진동자(32)로부터의 진동 누출량이 충분히 감소될 수 없다. 그 결과, 진동자(32)에서의 진동은 안정하지 못하고, 진동 자이로스코프의 특성이 약화될 수 있다.
진동 자이로스코프(51)에서, 진동자(32)로부터 실장 기판(53)까지 전달되는 진동은 완충판(54)에 의해 억제될 수 있다. 그러나, 완충판(54)이 독립 부재이므로, 조립 작업이 복잡하게 된다.
본 발명의 목적은 복잡한 조립 작업이 필요하지 않고 진동자로부터 실장 기판까지 전달되는 진동을 억제할 수 있는 구조를 지닌 진동 자이로스코프를 제공하는 것이다.
상기 목적은 기둥 형상의 진동자; 대략 진동자의 노드 위치에서 진동자를 지지하는 지지 부재; 지지 부재가 설치되는 실장 기판; 및 실장 기판과 대향하여 배치되는 지지 기판을 지닌 진동 자이로스코프의 제공에 의해 달성되고, 지지 부재를 통해 진동자로부터 실장 기판까지 전달되는 진동을 흡수하는 진동 흡수 부재가 설치되고, 진동 흡수 부재는 신축성있는 페이스트로 형성된다.
진동 흡수 부재는 실장 기판과 지지 기판 사이에 설치될 수 있다.
진동 흡수 부재는 지지 부재가 설치되는 실장 기판의 주면 상에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 진동 자이로스코프는 복잡한 조립 작업이 필요하지 않다. 진동자로부터 실장 기판까지 전달되는 진동을 흡수하는 구조도 어떤 복잡한 조립 작업없이도 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 자이로스코프에서, 지지 부재를 통해 진동자로부터 실장 기판까지 전달되는 진동은 진동 흡수 부재에 의해 억제된다. 그러므로, 진동자로부터의 진동 누출량은 감소되고, 진동자에서 안정한 진동을 하게 된다. 그 결과, 진동 자이로스코프의 원하는 특성을 얻게 된다. 또한, 진동 흡수 부재가 신축성있는 페이스트에 의해 형성되므로, 복잡한 조립 작업이 요구되지 않지만, 진동 흡수 부재가 진동 자이로스코프(51)에서 부재(54)처럼 독립 부재로 사용되면 복잡한 조립 작업이 필요하게 된다.
본 발명의 또 다른 특징 및 잇점은 첨가된 도면을 참조하여 하술로부터 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1양태에 따른 확실한 이해를 위해 부품이 제거된 진동 자이로스코프의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진동 자이로스코프에 사용되는 진동자의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 진동 자이로스코프의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1양태에 따른 확실한 이해를 위해 부품이 제거된 변형 진동 자이로스코프의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2양태에 따른 확실한 이해를 위해 부품이 제거된 진동 자이로스코프의 부분적인 횡단면도이다.
도 6은 확실한 이해를 위해 부품이 제거된 종래 진동 자이로스코프의 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 진동 자이로스코프에 사용되는 진동자의 단면도이다.
도 8은 확실한 이해를 위해 부품이 제거된 또 다른 종래 진동 자이로스코프의 측면도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
1, 21 -------- 진동 자이로스코프 2 ------------- 진동자
2, 3, 4 ---------- 압전 소자 6a, 6b -------- 지지 부재
7, 22 ------------ 실장 기판 10 ------------ 지지 기판
13 ------------- 진동 흡수재
본 발명의 제 1양태에 따른 진동 자이로스코프는 도 1∼3을 참조하여 후술한다.
도면에서, 진동 자이로스코프(1)는 진동자(2)를 포함한다. 진동자(2)는 예를 들어 석영, 글래스, 수정 및 세라믹과 같은 기계적 진동을 발생시키는 재료, 및 엘린버와 같은 영구적인 탄성 금속 재료로 정삼각주 모양으로 형성된다. 구동 및 검출용의 압전 소자(3) 및 (4)는 접착제 등으로 서로 인접한 측면에 설치되고, 피드백 압전 소자(5)도 접착제 등으로 또 다른 측면에 설치된다. 압전 소자(3)∼(5)는 도면에 상세히 도시되지는 않았지만 양면 상에 전극이 형성되는 압전 부재로 제조된 판이 설치됨으로써 제조된다.
진동자(2)의 노드 근처와 압전 소자(3)과 (4) 사이에 위치된 능선 상에 지지 부재로서 작용하는 두 개의 지지 부재(6a) 및 (6b)의 중간부가 접착제 등의 사용으로 접합된다. 지지핀(6a) 및 (6b)는 텅스텐 와이어와 같은 금속 와이어로 제조되어 게이트 형상, 즉 U자 모양의 역으로 형성된다. 지지핀(6a) 및 (6b)의 양단은 실장 기판(7)에 설치되는 제 1삽입홀(8a)∼(8d)에 삽입되고 땜납 등으로 고정된다. 실장 기판(7)은 예를 들어 글래스 에폭시로 평면판이 성형되고 제 1삽입홀(8a)∼(8d) 및 제 2삽입홀(9a) 및 (9b)이 설치됨으로써 제조된다. 실장 기판(7)은 지지 기판(10)과 대향하도록 배치된다. 지지 기판(10)은 니켈과 같은 금속으로 평면판을 성형함으로써 제조된다. 지지 기판(10)에서, 돌기(11a) 및 (11b)는 하나의 주면으로부터 수직으로 연장되고, 돌기(11a) 및 (11b)와 서로 대향하는 볼록부(14a) 및 (14b)은 표면의 한부분에서 주입 성형에 의해 표면 상에 형성된다. 또한, 또 다른 표면 상의 네 곳의 코너에서 후크 모양의 다리(12a)∼(12d)는 또 다른 부재와 진동 자이로스코프(1)가 맞물리도록 설치된다. 지지 기판(10)의 돌기(11a) 및 (11b)는 실장 기판(7)의 제 2삽입홀(9a) 및 (9b)에 삽입되고 땜납 등으로 고정되며, 실장 기판(7)은 볼록부(14a) 및 (14b)에 의해 지지된다. 그러므로, 실장 기판(7) 및 지지 기판(10)은 서로 대향하는 조건하에서 고정된다. 지지 기판(10)의 볼록부(14a) 및 (14b)는 실장 기판(7)이 설치될 때 위치 결정용으로 사용되어, 지지 기판(10)의 주면의 중앙 근방, 즉 돌기(11a) 및 (11b)의 근처에 설치된다.
돌기(11a) 및 (11b)와 볼록부(14a) 및 (14b)를 제외하고 실장 기판(7)과 지지 기판(10) 사이의 공간에 우레탄 및 실리콘(silicone) 등과 같은 합성 수지로 제조된 신축성있는 페이스트로 채워진 진동 흡수 부재(13)가 형성된다.
진동 자이로스코프(1)에서, 지지핀(6a) 및 (6b)을 통해 진동자(2)로부터 실장 기판(7)까지 전달되는 진동은 진동 흡수 부재(13)에 의해 억제된다. 그러므로, 진동자(2)로부터의 진동 누출량이 감소되어, 진동자(2)에서 안정한 진동을 하게 된다. 그 결과, 진동 자이로스코프의 원하는 특성을 얻게 된다. 또한, 진동 흡수 부재(13)는 공간을 페이스트로 채움에 의해 형성되어, 독립 부재가 아니므로 복잡한 조립 작업이 필요하지 않다.
도 4에 도시된 것처럼, 진동 흡수 부재(13)는 실장 기판(7)과 지지 기판(10) 사이의 공간의 일부분에 설치될 수 있다. 도 4에서, 진동 흡수 부재(13)는 기판(7) 및 (10) 사이의 두 개의 점에 설치된다. 진동 흡수 부재(13)의 개수 및 진동 흡수 부재(13)가 설치되는 위치는 특별히 지정되어 있지 않다.
본 발명의 제 2양태에 따른 진동 자이로스코프는 도 5를 참조하여 후술한다. 도 1에 도시된 부분과 동일하거나 대응 가능한 부분은 도 1과 동일한 참조 번호로 나타내고 설명은 생략한다. 도 5는 진동 자이로스코프의 측면도이다. 실장 기판과 진동 흡수 부재만이 횡단면으로 도시되어 있다.
도면의 진동 자이로스코프(21)에서, 진동자(2)는 지지핀(6a) 및 (6b)를 통해 실장 기판(22)에 설치된다. 지지핀(6a) 및 (6b)이 실장 기판(22)의 주면 상에 설치되는 위치의 주위에서 조(jaw: 23)가 표면에 수직으로 연장된다. 조(23)의 내부는 합성 수지 등으로 제조된 신축성있는 페이스트로 채워져 있다. 이 페이스트는 건조되어 진동 흡수 부재(13)를 형성한다. 그러므로, 지지핀(6a) 및 (6b)는 지지핀이 진동 흡수 부재(13)의 양단측 주위에 삽입되는 조건하에서 실장 기판(22)에 고정된다.
실장 기판(22)의 조(23)은 제조 공정에서 페이스트로 채워진 진동 흡수 부재(13)의 형성 작업이 용이하도록 주로 설치되고, 본 발명에서 꼭 필요한 부품은 아니다.
상술한 것처럼 구성된 진동 자이로스코프(21)에서, 진동자(2)로부터 지지핀(6a) 및 (6b)까지 전달된 진동이 실장 기판(22)에 전달되기 전에 진동 흡수 부재(13)에 의해 억제되므로, 실장 기판(22)에 전달된 진동은 제 1양태에서 보다 약화게 된다. 진동 흡수 부재(13)가 제 1양태와 동일한 방법으로 페이스트에 의해 형성되므로, 복잡한 조립 작업이 요구되지 않는다.
이 양태에서, 기둥의 횡단면이 정삼각형 형상인 진동자가 사용된다. 본 발명은 또한 기둥의 횡단면이 사각형 또는 또 다른 형상인 진동자를 지닌 진동 자이로스코프에도 적용될 수 있다.
상기 양태에서, 지지핀은 진동자용 지지 부재로서 사용된다. 지지 부재는 핀-형상의 소자로만 제한되지 않는다. 예를 들어, 판-형상의 소자도 사용될 수 있다.
상기 양태에서, 진동 흡수 부재는 실장 기판과 지지 부재 사이에 설치되거나, 실장 기판의 표면 상에 설치된다. 본 발명은 또한 진동 흡수 부재가 실장 기판과 지지 부재 사이에 설치되고, 또한 실장 기판의 표면 상에도 설치되는 진동 자이로스코프를 포함한다.
진동 흡수 부재의 재료로는 페이스트를 사용할 수 있고, 신축성이 있으면 어떠한 재료라도 사용될 수 있다.
본 발명이 발명의 특정한 양태에 대해서만 설명하였지만, 많은 또 다른 변형, 변화 및 용도가 발명의 기술 내에서 실행될 수 있다는 것이 명확하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위를 벗어나지만 않는다면 상기의 특정한 양태에만 제한되지 않는다.

Claims (23)

  1. 기둥 형상의 진동자;
    대략 상기 진동자의 노드 위치에서 상기 진동자를 지지하는 지지 부재;
    상기 지지 부재가 설치되는 실장 기판; 및
    상기 실장 기판과 대향하여 배치되는 지지 기판으로서, 상기 지지 기판은 적어도 제 1 볼록부를 포함하며 상기 실장 기판은 상기 제 1 볼록부 상에서 지지되는 지지기판을 포함하며,
    상기 진동자로부터 상기 지지 부재를 통해 상기 실장 기판까지 전달되는 진동을 흡수하는 진동 흡수 부재가 설치되며, 상기 진동 흡수 부재는 상기 실장 기판과 접촉하며 신축성있는 페이스트임을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 진동 흡수 부재가 상기 실장 기판과 상기 지지 기판 사이에 설치됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 신축성있는 페이스트가 우레탄 및 실리콘(silicone)으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 지지 부재가 지지핀을 형성하는 게이트 형상의 적어도 제 1소자를 포함하고, 상기 실장 기판은 상기 게이트 형상의 제 1소자의 지지핀을 받을 수 있는 적어도 제 1홀을 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 지지 부재가 지지핀을 형성하는 게이트 형상의 제 2소자를 포함하고, 상기 실장 기판은 상기 게이트 형상의 제 2소자의 지지핀을 받을 수 있는 제 2홀을 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2 볼록부를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1 및 제 2 볼록부에 의해 지지됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 지지 기판이 적어도 제 1돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1돌기를 받을 수 있는 적어도 제 1개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 2돌기를 받을 수 있는 제 2개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 진동 흡수 부재는 상기 지지 부재가 설치되는 상기 실장 기판의 주면 상에 설치됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 신축성있는 페이스트가 우레탄 및 실리콘(silicone)으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 지지 부재가 지지핀을 형성하는 게이트 형상의 적어도 제 1소자를 포함하고, 상기 실장 기판은 상기 게이트 형상의 제 1소자의 지지핀을 받을 수 있는 적어도 제 1홀을 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 지지 부재가 지지핀을 형성하는 게이트 형상의 제 2소자를 포함하고, 상기 실장 기판은 상기 게이트 형상의 제 2소자의 지지핀을 받을 수 있는 제 2홀을 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2 볼록부를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1 및 제 2 볼록부에 지지됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 지지 기판이 적어도 제 1돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 제 1돌기를 받을 수 있는 적어도 제 1개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 제 2돌기를 받을 수 있는 적어도 제 2개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  16. 기둥 형상의 진동자;
    대략 상기 진동자의 노드 위치에서 상기 진동자를 지지하는 지지 부재;
    상기 지지 부재가 설치되는 실장 기판으로서, 지지핀을 형성하는 적어도 게이트(gate) 형상의 제1 및 제2 소자, 및 상기 게이트(gate) 형상의 제1 및 제2 소자의 상기 지지핀을 받기(receiving) 위한 적어도 제1 및 제2 홀을 포함하는 실장 기판; 및
    상기 실장 기판과 대향하여 배치되는 지지 기판으로서, 상기 지지 기판은 적어도 제 1 볼록부를 포함하며 상기 실장 기판은 상기 제 1 볼록부 상에서 지지되는 지지기판을 포함하며,
    상기 진동자로부터 상기 지지 부재를 통해 상기 실장 기판까지 전달되는 진동을 흡수하는 진동 흡수 부재가 설치되며, 상기 진동 흡수 부재는 우레탄 및 실리콘(silicone)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 신축성있는 페이스트임을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2 볼록부를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1 및 제 2 볼록부에 의해 지지됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 지지 기판이 적어도 제 1돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1돌기를 받을 수 있는 적어도 제 1개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 2돌기를 받을 수 있는 제 2개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  20. 기둥 형상의 진동자;
    대략 상기 진동자의 노드 위치에서 상기 진동자를 지지하는 지지 부재;
    상기 지지 부재가 설치되는 실장 기판으로서, 지지핀을 형성하는 적어도 게이트(gate) 형상의 제1 및 제2 소자, 및 상기 게이트(gate) 형상의 제1 및 제2 소자의 상기 지지핀을 받기(receiving) 위한 적어도 제1 및 제2 홀을 포함하는 실장 기판; 및
    상기 실장 기판과 대향하여 배치되는 지지 기판으로서, 상기 지지 기판은 적어도 제 1 볼록부를 포함하며 상기 실장 기판은 상기 제 1 볼록부 상에서 지지되는 지지기판을 포함하며,
    상기 진동자로부터 상기 지지 부재를 통해 상기 실장 기판까지 전달되는 진동을 흡수하는 진동 흡수 부재가 설치되며, 상기 진동 흡수 부재는 상기 지지 기판이 실장되는 상기 실장 기판의 주 표면상에 실장되며 우레탄 및 실리콘(silicone)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 신축성있는 페이스트임을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2 볼록부를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1 및 제 2 볼록부에 의해 지지됨을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 지지 기판이 적어도 제 1돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 1돌기를 받을 수 있는 적어도 제 1개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 지지 기판이 제 2돌기를 포함하고, 상기 실장 기판이 상기 제 2돌기를 받을 수있는 제 2개구부를 포함함을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
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