KR100287481B1

KR100287481B1 - 진동자이로스코프

Info

Publication number: KR100287481B1
Application number: KR1019980019522A
Authority: KR
Inventors: 노부유끼 이시토코; 가쯔미 후지모토; 요시지 오카모토; 히로후미 다나카
Original assignee: 무라타 야스타카; 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2001-08-07
Also published as: US20020047502A1; EP1406062B1; DE69832843D1; US6288478B1; EP0881465B1; EP1406062A3; DE69832843T2; EP0881465A3; EP0881465A2; EP1406062A2; US6720714B2

Abstract

본 발명은 진동 자이로스코프(vibrating gyroscope)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 각속도를 측정함에 의해서 손의 진동과 같은 외부 진동을 측정하고 상기의 측정된 정보에 의해 상기 진동을 제거하는, 비디오 카메라와 같은 장치에서 사용되는 진동 자이로스코프에 관한 것이다. 본 발명에 따른 진동 자이로스코프는 노드를 갖는 진동자와; 박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 상기 박형 탄성부보다 넓은 면적을 갖는 확장부를 갖는 지지부재를 구비한다. 상기 지지부재의 확장부는 상기 노드에서 상기 진동자에 고정된다.

Description

진동 자이로스코프{Vibrating gyroscope}

본 발명은 진동 자이로스코프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전 각속도를 측정함에 의해서 손의 진동과 같은 외부 진동을 측정하고 상기의 측정된 정보에 의해 상기 진동을 제거하는, 비디오 카메라와 같은 장치에서 사용되는 진동 자이로스코프에 관한 것이다.

일본공개특허공보 평8-278145호에 개시된 진동 자이로스코프의 일형태가 도1을 참조하여 설명된다. 도1에 도시된 바와같이, 진동 자이로스코프1은 사각형 압전세라믹 물질로 된 진동자2와, 원기둥 형태이며 실리콘을 주성분으로 한 수지 물질로 된 두 개의 지지부재3을 구비한다.

진동자2는 각 지지부재3의 일끝면이 각 진동자2가 진동할 때 발생하는 두 개의 노드N들 중의 하나에 연결되고, 각 지지부재3의 타끝면이 기판4에 연결되는 방식에 의하여 지지부재3을 통하여 기판4에 고정된다.

일본공개특허공보 평8-278145호는 또한 원기둥 형태가 아닌 사각형 형태로 형성되어 있는 지지부재들3을 개시하고 있다.

종래기술에 따른 진동 자이로스코프는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

진동자가 기둥 형태의 지지부재에 의해 지지되는 종래의 진동 자이로스코프에서는, 상기 기둥의 지름이 상기 진동자를 안정적으로 지지할 만큼 충분히 커야만 한다. 그러나, 큰 지름을 갖는 기둥은 상기 진동자의 진동이 상기 지지부재를 통하여 기판으로 누설될 수 있게 만든다. 결과적으로, 상기 진동자의 진동 크기의 감소가 일어난다. 진동 자이로스코프에 의해 감지된 신호의 크기는 상기 진동자의 진폭에 비례하여 변하며, 상기 진동자의 진동 진폭의 감소는 검출된 신호를 저하시키게 된다. 따라서 상기 형태의 진동 자이로스코프는 다소 낮은 감도를 갖는다.

따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하는 것이며, 보다 상세하게는 감도의 저하를 야기함 없이 고감도를 가지며 안정한 형상으로 진동자가 지지되는 진동 자이로스코프를 제공하는 데 있다.

도1은 종래의 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도2는 본 발명의 제1구현예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도3은 도2에 도시된 진동 자이로스코프의 동작을 나타내는 개략 회로도,

도4는 본 발명의 제2구현예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도5는 프레임에 실장된 도4의 진동 자이로스코프를 나타내는 사시도,

도6은 본 발명의 제2구현예의 변형예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도7은 본 발명의 제3구현예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도8은 프레임에 실장된 도7의 진동 자이로스코프를 나타내는 사시도,

도9는 본 발명의 제3구현예의 변형예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도10은 본 발명의 제3구현예의 또다른 변형예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도11은 본 발명의 제4구현예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도,

도12는 프레임에 실장된 도11의 진동 자이로스코프를 나타내는 사시도,

도13은 본 발명의 제4구현예의 변형예에 따른 진동 자이로스코프의 구조를 나타내는 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 설명 >

10: 진동 자이로스코프 11: 진동자

12: 지지부재 13: 제1압전기판

14: 제2압전기판 15: 전극층

16a,16b: 분할전극(split electrode) 17: 공통전극

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 진동 자이로스코프는 적어도 하나의 노드를 갖는 진동자와; 박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 상기 박형 탄성부보다 넓은 면적을 갖는 확장부를 갖는 지지부재를 구비한다. 상기 지지부재의 확장부는 상기 적어도 하나의 노드에서 상기 진동자에 고정된다.

확장부는 상기 확장부 내에 형성된 관통구를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 제1노드를 포함하는 진동자와, 상기 진동자를 지지하는 제1 및 제2지지부재로서, 상기 진동자의 제1노드가 상기 제1 및 제2지지부재 사이에 개재(sandwich)되어 상기 진동자를 지지하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프가 제공된다.

상기 구현예중의 하나의 상기 진동자는 서로 대향하는 두께방향으로 분극처리되며 서로 적층되는 제1 및 제2압전기판; 상기 제1압전기판의 한 주면상에 형성된 제1 및 제2분할전극과; 상기 제2압전기판의 한 주면상에 형성된 공통전극을 포함한다.

상기 진동 자이로스코프는 제3 및 제4지지부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 진동자는 제2노드를 구비할 수 있다. 상기 제3 및 제4지지부재는 상기 제3지지부재와 상기 제4지지부재 사이에 상기 진동자의 상기 제2노드를 개재시킴으로 상기 진동자를 지지한다. 상기 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4지지부재는 박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 박형 탄성부보다 넓은 면적을 갖는 확장부를 구비하며, 상기 각 제1, 제2, 제3 및 제4지지부재는 각각의 확장부에서 상기 진동자에 고정될 수 있다.

상기 제1 및 제2지지부재들중 하나는 상기 제1분할전극에 전기적으로 연결되며 상기 제3 및 제4지지부재들중 하나는 상기 제2분할전극에 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 진동 자이로스코프에서는, 진동자와 지지부재와의 접합면적이 크기 때문에 충분한 접착강도를 가지므로, 외부 진동에 대한 내충격성이 향상된다.

또한, 접합면적을 제외하고는, 지지부재가 박형 형상으로 형성되었으므로 진동자에 대한 지지부재의 영향이 작고, 따라서 진동자의 자유진동이 방해되는 것이 없기 때문에 진동자의 진폭이 크고, 진동 자이로스코프로부터 얻어지는 검출신호가 크며 충분한 감도를 얻을 수 있다.

또한, 상기 진동자가 지지부재들에 의해 수직으로 양방향에서 밀착되는(sandwiched) 방식에 의해 고정되어 지지됨으로써, 상기 진동자와 그의 지지부재들이 결합된 부분이, 상기 진동자가 진동할 때 분리되어 떨어지는 문제점이 발생하지 않으므로, 향상된 내충격성과 안정적인 접합상태를 갖는 지지구조를 제공할 수 있다.

더욱이, 상기 지지부재들이 그들 사이 개재된 상기 진동자를 지지하기 때문에, 상기 지지부재는 특별히 어떠한 실질적인 높이를 갖는 것이 필요하지 않게되며, 따라서 상기 지지부재는 더 소형으로 만들어 질수 있으므로 전체 장치가 더 소형화 될 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

(제1구현예)

도2는 본 발명의 제1구현예에 따른 진동 자이로스코프를 도시하고 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 진동 자이로스코프10은 실질적으로 사각기둥 형상을 갖는 진동자11과 네 개의 지지부재12를 구비한다. 지지부재12는 진동자11이 진동할 때 나타나는 두 개의 진동노드N1 및 N2에 대응하는 위치에서 진동자 11을 지지한다.

진동자 11은 제1압전기판13, 제2압전기판14 및 전극층15를 구비하며, 제1압전기판13, 제2압전기판14는 전극층15이 제1압전기판13과 제2압전기판14 사이에 개재되어 적층된다. 제1 및 제2압전기판13과 14는 도2의 화살표가 가리키는 서로 대향하는 두께방향으로 분극처리된다. 압전기판13과 14는 전극층이 접지된 채로 진동 자이로스코프가 동작하는 경우에는 같은 방향으로 분극처리될 수 있다.

제1압전기판의 주면(principal surface), 즉 전극층15과 접하고 있는 면의 반대측 제1압전기판의 표면상에는, 길이방향에 대해 수직인 방향으로 거리가 이격된 분할전극(split electrode)16a 및 16b이 형성되어 있다. 분할전극16a 및 16b는 각각 진동자11의 진동 노드N1 및 N2로부터 진동자11의 폭방향 단부측으로 분할됨으로써, 상기 분할전극16a 및 16b를 외부에 분할된 전극(divided electrode)과 내부에 분할된 전극(divided electrode)으로 각각 분할된다. 상기 제2압전기판14의 주면상, 즉 상기 제2압전기판14의 상기 전극층15에 대향하는 면에는 공통전극17이 제공된다.

상기 네 개의 지지부재12 각각은 금속박판으로 만들어지며 ,와이어 형상의 박형 탄성부와 상기 박형 탄성부보다 더 넓은 면적을 갖는 확대부를 구비한다. 보다 상세히 설명하면, 각 지지부제12는 박형 탄성부로 형성된 Z-형상상 굴곡부와 Z-형상상 굴곡부의 일끝단에 형성된 확대부18를 갖는다. Z-형상상 굴곡부는 좁은 폭을 갖는 박판으로 형성된다. 확대부18은 상기 굴곡부보다 더 큰 면적을 가지면서 상기 굴곡부가 연장되는 방향에 수직인 방향으로 연장된다. 도2의 확대부18은 사각형 형상을 갖고 있는 것으로 도시되어 있다. 네 개의 지지부재의 확대부18은, 연결위치가 진동자11이 진동하는 경우 나타나는 진동노드N1 및 N2에 대응되며 각 지지부재12의 일끝단이 진동자11의 길이방향에 수직인 방향으로 연장되도록 하여, 중앙의 분할된 전극에 솔더링과 같은 수단에 의해 고정된다.

도3은 진동자11에 연결되는 전기회로를 도시하고 있다. 분할전극16a 및 16b는 저항22a 및 22b을 통하여 각각 구동수단으로 작용하는 발진기21의 일출력단자에 연결된다. 공통전극17은 발진기21의 타단에 연결된다. 분할전극16a 및 16b는 또한 저항23a 및 23b을 통하여 각각 감지수단으로 작용하는 차동증폭기25의 비반전(noninverting)입력단자(+) 및 반전입력단자(-)에 연결된다. 차동증폭기24의 출력은 저항25를 통하여 차동증폭기24의 반전입력단자(-)에 연결된다.

구동신호, 예를들면 발진기21에 의해 발생한 정현파가 저항22a 및 22b를 통해 진동자11의 분할전극16a 및 16b에 인가되는 경우에는, 제1압전기판13과 제2압전기판14는 각 압전기판의 주표면에 수직인 방향으로 굴곡진동한다. 진동 자이로스코프10이 진동자11의 중심축O를 중심으로 회전하는 경우에는, 이 회전 각속도에 따라 코리올리의 힘(Coriolis force)이 발생하게 되는데, 이 코리올리의 힘은 제1압전기판 및 제2압전기판의 주표면에 평행한 방향과 진동자11의 중심축11에 수직인 방향으로 발생된다. 상기 코리올리의 힘은 진동자11의 굴곡진동의 방향의 변화를 야기하며, 이는 회전 각속도에 따라 분할전극16a 및 16b 사이에서 신호가 발생되는 것을 야기하게 된다. 분할전극16a 및 16b사이에서 발생된 신호는 저항23a 및 23b를 통하여 차동증폭기 24에 의해 감지된다. 이렇게 하여 회전 각속도는 차동증폭기 24의 출력신호로부터 감지될 수 있다.

진동 자이로스코프10에서, 진동자11과 지지부재12 사이의 접촉영역은 진동자11이 지지부재12에 의해 단단히 지지됨으로 충분히 높은 내충격성을 얻을 수 있을 만큼 크다. 지지부12는 확대부18 이외에는 박판형태로 형성되어 실질적으로 어떠한 진동도 진동자11로부터 지지부재12을 통하여 진동자11의 외부로 전달되지 않으므로, 어떠한 진동감쇠도 발생되지 않으며, 이에의해 진동자11이 높은 감도를 가질 수 있을 만큼 충분히 큰 진폭으로 진도하는 것이 보장된다.

이에 부가하여, 각 지지부재가 Z-형상상의 굴곡부를 가짐으로, x,y 및 z축을 따라 진동자11에 인가되는 충격을 지지부재12가 흡수하는 것이 가능하다.

(제2구현예)

도4는 본 발명의 제2구현예에 따른 진동 자이로스코프를 도시하고 있다. 진동 자이로스코프30에서는, 진동자11은 두 개의 진동 노드N1 및 N2에서 공통전극17에 연결되고 진동자11의 길이방향에 수직한 방향으로 진동자11로부터 연장되는 두 개의 지지부재32에 의해 지지된다.

각 지지부재32는 한쌍의 박형 탄성부로 된 Z-형상 굴곡부와 실질적으로 원형인 확장부을 구비하고 있다. 한쌍의 Z-형상 굴곡부는 대향하는 방향으로 연장되도록 하여 대칭적으로 확장부38에 연결된다. 지지부재32의 확장부38은 각 지지부재32가 확장부38와 넓은 접합면적을 가지며, 각 지지부재32의 양끝단이 진동자11의 길이방향에 수직한 방향으로 연장되도록 하여, 각각 노드N1 및 N2에 고정된다. 진동 자이로스코프30의 다른 부분은 진동 자이로스코프10의 그것과 유사하며 동일한 참조번호를 부여한다. 또한 진동 자이로스코프30은 도2의 회로를 사용하여 동작한다.

상기 진동 자이로스코프30에서는, 진동자가 제1구현예의 진동 자이로스코프보다 보다 단순한 형태로 단지 두 개의 지지부재에 의해 지지되고 있다.

진동 자이로스코프30은 프레임 형상의 지지 구조에도 성공적으로 실장될 수 있다. 도5에 도시되었듯이, 진동자11은 진동자11이 지지부재32를 통해 매달리는 방법에 의해 금속프레임61에 실장된다. 지지부재32는 진동자11이 상기 프레임의 빈 공간내에 매달리고 진동자11의 공통전극17이 프레임61의 상부 끝면과 평행하게 되도록, 솔더링과 같은 수단에 의해 프레임61의 상부 끝면에 단단히 연결된다.

진동 자이로스코프를 실장하는 상기의 기술을 도입함에 의해, 총 높이가 작은 진동 자이로스코프를 실현하는 것이 가능해 진다. 총 높이의 감소는 진동 자이로스코프 설계의 유연성의 증대를 야기한다. 진동자11의 공통전극17의 면이 프레임61의 상부 끝면과 평행하기 때문에, 복수의 접속점을 동시에 솔더링하는 것이 가능해진다. 이것은 단순한 구조를 갖는 자동화 조립기계(assembling machine)를 사용하여 조립공정을, 높은 효율성으로 수행하는 것을 가능하게 한다.

제1구현예 및 제2구현예에서, 각 지지부재가 Z-형상상으로 제조되었지만, 상기 지지부재의 형상은 Z-형상의 예각을 갖는 형상에 국한되지 않으며 곡선형의 형상도 또한 가능하다. 더욱이, 지지부재는 굴곡 형상을 갖거나 비굴곡 형상을 가질 수 있다. 그러나, 굴곡형상은 진동자가 진동할 때, 상기 지지부재의 굴곡부분에서 진동감쇠를 억제할 수 있으므로 상기 지지부재를 탄성적으로 지지할 수 있다.

더욱이, 상기의 구현예에서 지지부재 물질로서 금속이 사용되었으나, 상기 물질은 금속으로 한정되지는 않는다. 그러나, 탄성을 갖는 금속을 사용하는 경우에는 상기 지지부재를 쉽게 굴곡시켜서 진동감쇠를 억제할 수 있게된다. 더욱이, 상기 지지부재가 금속으로 만들어지는 경우에는, 상기 지지부재는 또한 리드 와이어(lead wire)로서 사용될 수 있다. 이 경우 부가적인 리드 와이어가 필요하지 않으므로, 따라서 제작공정이 보다 단순해지며 상기의 빈 공간을 통과하여 연장된 부가적인 리드 와이어의 제거함에 의해서 진동 자이로스코프의 구조를 단순하게 만들 수 있다.

더욱이, 상기 지지부재의 확장부의 형상은 원형 또는 사각형으로 한정되지 않으며, 임의적인 형태가 진동 자이로스코프가 사용되는 특정 적용예에 따라, 또는 상기 진동자의 형상에 따라 도입될 수 있다.

상기 구현예들에서 진동자가 두 개의 압전기판을 구비하였으나, 상기 진동자의 구조에 대한 어떠한 특정 제한도 없으며, 또한 본원발명에 삼각기둥 또는 사각기둥형상의 금속 피스들(pieces)로 된 진동자가 사용될 수 있다.

도6은 본 발명의 제2구현예에 따른 진동 자이로스코프의 변형예를 나타내고 있다. 이 진동 자이로스코프50에서는, 접속위치가 두 개의 진동 노드N1 및 N2에 대응하도록 하여 두 개의 지지부재52가 진동자11의 공통전극17에 연결된다. 각 지지부재52는, 확장부58의 중심위치에 관통구59가 형성되어 있는 점을 제외하고는 도4의 지지부재32와 동일한 형상을 갖는다. 진동 자이로스코프50의 다른 부분은 진동 자이로스코프30과 동일하므로 동일한 참조번호를 부여한다.

상기에서 설명한 구조를 갖는 이런한 진동 자이로스코프에서는, 지지부재52가 각 지지부재52의 관통구59를 통하여 놓일 수 있는 솔더를 통하여 진동자11에 연결된다. 이것은, 진동자11을 지지부재52에 연결하는 솔더의 양을, 도2 또는 도5의 구현예에 따른 진동 자이로스코프보다 과량 또는 과부족의 솔더를 제공함 없이 보다 손쉽게 목적하는 고정된 값으로 조절하는 것을 가능하게 한다. 더욱이 상기 솔더링 위치를 고정된 위치에 정확하게 형성할 수 있는 관통구59의 위치에 위치시킬 수 있으므로, 솔더링 위치는 정밀하게 조절될 수 있다. 따라서 높은 연결 신뢰성을 제공하는 것이 가능한 지지 메카니즘을 갖는 진동 자이로스코프을 실현하는 것이 가능하다.

(제3구현예)

도7은 본 발명의 제3구현예에 따른 진동 자이로스코프를 도시하고 있다. 진동 자이로스코프60은 사각기둥 형상의 진동자11과, 지지부재12a, 12b, 12c, 12d, 12e 및 12f가 두 개의 노드N1 및 N2에 대응하는 진동자11의 위치에서 상기 진동자11을 고정함에 의해 상기 진동자11은 지지하는 하는 지지부재12a, 12b, 12c,12d, 12e 및 12f를 구비한다. 진동자11은 도2을 참조하여 상세히 설명된 구조와 동일한 구조를 갖는다.

지지부재12a, 12b, 12c, 12d 및 12e는 Z-형상상 굴곡부와 확장부18a, 18d 및 18e를 각각 구비하며, 제1구현예에서 설명된 지지부재12의 구성과 동일한 구성을 갖는다. 반면에, 지지부재12c 및 12f 한 쌍의 Z-형상 굴곡부와 확장부18c 및 18f를 구비하며 제2구현예에서 설명된 지지부재12의 구성과 동일한 구성을 갖는다.

지지부재12a 및 12b는 솔더링과 같은 방법에 의해 확장부18a 및 18b를 통하여 노드N1의 진동자11의 상면에 위치한 전극편 16a 및 16b에 고정된다. 지지부재12c는 솔더링과 같은 방법에 의해 확장부18c를 통하여, 노드N1에서 진동자11의 저부에 위치한 공통전극17에 고정된다. 이와 유사하게, 지지부재12d 및 12e는 확장부18d 및 18e를 통하여 노드N2에 위치한 전극편16a 및 16b에 고정된다. 지지부재12f는 확장부18f를 통하여 노드N2에 위치한 공통전극17에 고정된다.

이렇게하여, 진동자11은 노드N1에서 지지부재12a,12b 및 12c에 의해, 노드N2에서 지지부재12d,12e 및 12f에 의해 수직으로 양쪽에서 눌려짐(sandwiched)으로써 지지 및 고정된다.

진동 자이로스코프60에서는, 진동자11이 양쪽에서 눌려짐으로써 지지되기 때문에, 진동자가 그의 지지물들로부터 분리될 가능성은 감소되며, 따라서 이 구현예의 지지구조를 도입한 진동 자이로스코프는 향상된 내충격성과 고신뢰성을 갖는다.

도8은 프레임61에 실장된 진동 자이로스코프60를 도시하고 있다. 도시(圖示)의 명확성을 위해서, 진동자는 단순화된 형태로 도시되어 있다.

진동자11은 지지부재12a 내지 12f에 의해 지지되며 금속 등으로 만들어진 프레임61내에 실장된다. 프레임61의 상면과 지지부재 12a,12b,12d 및 12f는 솔더링과 같은 방법에 의해 결합되어 고정된다. 동일한 방법에 의해, 프레임61의 저면과 지지부재12a,12b,12d 및 12f는 솔더링과 같은 방법에 의해 결합 및 고정된다. 진동자11은 프레임61에 의해 형성된 빈 공간에 고정되어 지지된다. 동시에, 진동자11의 상면은 프레임61의 상면과 평행하게 배치된다. 이와 유사하게, 진동자11의 저면도 프레임61의 저면과 평행하게 배치된다.

상기에 설명된 대로 설치된 진동 자이로스코프는 진동 자이로스코프 전체의 높이를 감소시킬 수 있으므로, 소형의 진동 자이로스코프를 실현하는 것이 가능하게 되며 감소된 높이는 설계 자유도를 크게 향상시킨다. 이에 부가하여, 진동자의 상면과 프레임의 상면이 평행하며 진동자의 저면과 프레임의 저면이 또한 평행하므로, 솔더링 공정에서 솔더를 동일 평면상의 복수의 지점에 부착시킬 수 있다. 이것은 작업 용이성을 향상시키며, 따라서 조립공정에서 보다 단순화된 구조의 자동화 기계의 도입을 가능하게 한다.

도9는 본 발명의 제3구현예에 따른 진동 자이로스코프의 변형예를 도시하고 있다.

도9에 도시된 진동 자이로스코프70은 도7에 도시된 진동 자이로스코프와, 지지부재12b와 지지부재12d가 실장되지 않는다는 점에서 구별된다. 즉, 단지 네 개의 지지부재12a, 12c, 12e 및 12f만이 존재한다. 나머지 구성은 제1구현예와 동일하므로 동일한 참조번호가 사용되며 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

상기에 나타난 진동자 지지 구조는 지지부재를 거의 갖지 않으므로, 구성이 단순화되어 있다. 더욱이, 진동자와 지지부재 사이의 접촉점의 개수가 감소되기 때문에, 진동자의 진동은 제한되지 않으며 따라서 무발진(free oscillation)에 가깝게 된다. 내충격성이 진동 자이로스코프60의 내충격성보다 더 낮지만, 단순한 샌드위치 구조의 때문에 실제 사용에 있어서는 내충격성이 충분이 높다.

도10은 본 발명의 제3구현예에 따른 진동 자이로스코프의 또다른 변형예를 도시하고 있다.

진동 자이로스코프80은 도7에 도시된 진동 자이로스코프60과, 지지부재12d와 지지부재12e가 실장되지 않는다는 점에서 구별된다. 즉, 단지 네 개의 지지부재12a, 12b, 12c 및 12f만이 존재한다. 나머지 구성은 제1구현예와 동일하므로 동일한 참조번호가 사용되며 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

상기에 나타난 진동자 지지 구조는 지지부재를 거의 갖지 않으므로, 구성이 단순화되어 있다. 더욱이, 진동자와 지지부재 사이의 접촉점의 개수가 감소되기 때문에, 진동자의 진동은 제한되지 않으며 따라서 무발진(free oscillation)에 가깝게 된다. 내충격성이 진동 자이로스코프60의 내충격성보다 더 낮지만, 노드N1의 일위치에서의 단순한 샌드위치 구조의 때문에 실제 사용에 있어서는 내충격성이 충분이 높다.

이러한 구현예에서는, 지지부재12a 내지 12f는, 진동자11이 지지부재12a 내지 12f에 접합되는 부분에서 확장부18a 내지 18f를 구비한다. 그러나, 본 발명은 특별히 상기 지지부재의 접합부분의 면적이 증가되는 구조에 한정되지 않는다. 그러나, 접합 면역을 증가시키기 위해서 지지부재에 확장부를 제공하는 것은 지지부재12a 내지 12f와 진동자11 사이의 접합력을 증가시키므로, 이에 의해 충분한 내충격성이 얻어질 수 있다. 지지부재12a 내지 12f를 통한 진동자11의 외부로의 진동자11의 진동의 누설에 의해 야기된 진동감쇠 문제의 발생을 최소화하기 위해서, 지지부재12는 진동자11의 결합된 부분보다 더 가는 형상을 갖는다. 따라서, 진동 자이로스코프는 향상된 내충격성과 충분히 큰 진동 진폭을 갖는 것이 가능하게 되므로, 진동 자이로스코프은 보다 향상된 감도를 제공할 수 있다.

또한, 상기의 구현예에서, 상기 지지부재는 Z-형상상으로 형성된 굴곡부를 갖는다. 그러나, 지지부재는 Z-형상상과 같이 예각으로 굴곡진 형상에 국한되는 것은 아니다. 지지부재는 또한 이와 택일적으로 곡선형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 지지부재는 특별히 굴곡된 부분을 가질 필요는 없다. 그러나, 지지부재가 굴곡된 부분을 갖는 경우는 진동자를 탄력있게 지지하는 것이 가능해 진다. 진동자가 발진하는 경우, 지지부재는 상기 발진의 감쇠를 조절하기 위해서 곡선형으로 변형된다.

이에 부가하여, 상기의 구현예에서 지지부재 물질로서 금속이 사용되었으나, 상기 물질은 특별히 금속으로 한정되는 것은 아니다. 지지부재로서 탄력성있는 금속이 사용되면 지지부재가 쉽게 휠 수 있으므로, 진동의 감쇠가 보다 회피될 수 있게된다. 더욱이, 금속재질로 지지부재를 제조하는 경우에는, 또한 지지부재를 리드 와이어로 작용하도록 하는 것이 가능하게 하므로, 리드 와이어를 별도로 제공할 필요가 없어지게 된다. 이것은 공정 단순화를 야기하며, 또한 리드 와이어의 와이어링(wiring) 구조를 사용하지 않기 때문에 구조의 단순화를 야기한다.

두 개의 압전기판으로 구성된 진동자를 사용한 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명은 특별히 여기에 국한되는 것은 아니며, 사각기둥 또는 삼각기둥 금속 진동 리드(reeds)로 구성된 진동자에 적용될 수 있다.

(제4구현예)

도11은 본 발명의 제4구현예에 따른 진동 자이로스코프을 도시하고 있다. 도11에 도시되었듯이, 진동 자이로스코프90은 실질적으로 사각기둥 형상의 진동자11을 구비하고 있다.

진동자11은 제1압전기판13, 제2압전기판14와 전극층15를 구비하며, 제1압전기판13과 제2압전기판14의 사이에 전극층15가 개재되어 적층된다. 제1 및 제2압전기판13과 14는 도11의 화살표가 가리키는, 서로 대향하는 두께방향으로 분극처리된다. 압전기판13과 14는 전극층이 접지된 채로 진동 자이로스코프가 동작하는 경우에는 같은 방향으로 분극처리될 수 있다.

제1압전기판13의 주면(principal surface), 즉 전극층15과 접하고 있는 면의 반대측 제1압전기판13의 표면상에는, 제1압전기판13의 길이방향에 대해 수직인 방향으로 거리가 이격되며 상기 길이방향을 따라 연장되는 분할전극(split electrode)16a 및 16b가 형성되어 있다. 상기 제2압전기판14의 주면상, 즉 상기 제2압전기판14의 상기 전극층15에 대향하는 면에는공통전극17이 제공된다.

분할전극16a 및 16b는 길이방향에 대해 수직인 방향을 따라서 홈S1,S2,S3 및 S4가 형성되어 있으며, 진동자11의 노드N1 및 N2에 대응되는 위치가 각각 홈S1 및S2와 홈S3 및 S4 사이에 개재되도록 하여 배치된다. 결과적으로, 분할전극16a는 분할된 전극16a-1, 16a-2, 16a-3, 16a-4 및 16a-5으로 분할된다. 동일한 방식으로, 분할전극16b는 분할된 전극16b-1, 16b-2, 16b-3, 16b-4 및 16b-5으로 분할된다.

진동 자이로스코프90은 지지부재98a, 98b, 98c 및 98d를 또한 포함한다. 지지부재98a, 98b, 98c 및 98d는 각각 한쌍의 Z-형상상 굴곡부와 사각형의 확장부99a, 98b, 99c 및 99d를 구비한다. 각 한쌍의 Z-형상상 굴곡부의 일끝단은, 확장부99a, 98b, 99c 및 99d가 각각 지지부재98a, 98b, 98c 및 98d의 실질적인 중심에 위치하도록 하여, 각각 확장부99a, 98b, 99c 및 99d에 연결된다. 각 지지부재는 엘린바(elinvar)와 같은 영구 탄성 금속으로 만들어지므로 전기도전성을 갖는다. 각 지지부재의 확장부는 진동자11이 각 지지부재에 고정되기 위하여 면적이 크도록 형성된다.

지지부재98a의 확장부99a는 노드N1에 위치한 분할된 전극16a-2 및 16b-2에 솔더링에 의해 고정되며, 지지부재98b의 확장부99b는 N2에 위치한 분할된 전극16a-4 및 16b-4에 솔더링에 의해 고정된다. 반면에, 지지부재98c 및 98d의 확장부99c 및 99d는 각각 솔더링에 의하여 노드N1 및 N2의 공통전극17의 일부분에 고정된다. 도11에 도시되었듯이, 지지부재98a 및 98b는 서로 가까워지도록 굴곡되고, 지지부재98c 및 98d는 서로 멀어지도록 굴곡되거나, 또는 그 역으로 굴곡됨에 의해 진동자11이 보다 안정적으로 지지되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 진동자11은 지지부재98a 및 98c와 지지부재98c 및 98d의 사이에 개재하여 고정되며, 지지부재98a, 98b,98c 및 98d에 의해 지지된다.

진동 자이로스코프90에서는, 지지부재98a 내지 98d는 금속으로 만들어지며 분할된 전극16a-3 및 16b-3와 공통전극17을 전기적으로 연결하기 위한 도선으로 사용된다. 보다 상세히 설명하면, 지지부재98a는 분할된 전극16a-3의 입력/출력단자로 사용되며, 이때 지지부재98a는 분할된 전극16a-3에만 전기적으로 연결되는 것이 필요하다. 따라서, 지지부재98a에는 확장부99a로부터 분할된 전극16a-3으로 연장된 돌기부98a′가 제공된다. 돌기부98a′는 솔더링 등에 의하여 분할된 전극16a-3에 전기적으로 연결되어, 지지부재98a가 분할된 전극16a-3에 대해 도선으로 작용하도록 한다.

동일한 방식에 의해, 지지부재98b는 분할된 전극16b-3을 위한 입력/출력단자로서 사용되며, 이때 지지부재98b는 분할된 전극16b-3에만 전기적으로 연결되는 것이 필요하다. 따라서, 지지부재98b에는 확장부99b로부터 분할된 전극16b-3으로 연장된 돌기부98b′가 제공된다. 돌기부98b′는 솔더링 등에 의하여 분할된 전극16b-3에 전기적으로 연결되어, 지지부재98b가 분할전극16b-3에 대해 도선으로 작용하도록 한다.

지지부재98a가 분할된 전극16a-2 및 16b-2 양자에 솔더링된다는 것이 주지된다. 이것은 지지부재98a가 분할된 전극16a-2 및 16b-2 양자에 전기적으로 연결되는 것을 의미하며, 양 분할된 전극16a-2 및 16b-2로부터 나온 출력신호가 지지부재98a를 통해 검출된다는 것을 의미한다. 그러나 이것은 지지부재98a를 통하여 분할된 전극16a-3으로부터 신호를 검출하는데 있어서 어떠한 실질적인 역효과도 야기하지 않는데, 이는, 분할된 전극16a-2로부터 나온 신호와 분할된 전극16b-2로부터 나온 신호가 감산되어 분할된 전극16a-2 및 16b-2로부터 나온 신호가 서로 상쇄되기 때문이다.

동일한 방식에 의해, 지지부재98a는 분할된 전극16a-1 및 16b-2 양자에 솔더링되기 때문에, 지지부재98b는 분할된 전극16a-4 및 16b-4 양자에 전기적으로 연결되며, 이는 양 분할된 전극16a-4 및 16b-4로부터 나온 출력신호가 지지부재98b를 통해 검출된다는 것을 의미한다. 그러나 이것은 지지부재98a를 통하여 분할된 전극16a-3으로부터 신호를 검출하는데 있어서 어떠한 실질적인 역효과도 야기하지 않는데, 이는, 분할된 전극16a-4로부터 나온 신호가 분할된 전극16b-4로부터 나온 신호와 감산되어 분할된 전극16a-4 및 16b-4로부터 나온 신호가 서로 상쇄되기 때문이다.

도12는 프레임31에 실장된 진동 자이로스코프90을 도시하고 있다. 도12에 도시된 진동자11은 도면 도시의 명확성을 위해 전극이 도시되지 않은 사각기둥 형상으로 도시되어 있다. 진동자11은 지지부재98a 내지 98d에 의해 매달려지며, 금속 등으로 된 프레임31에 실장된다. 프레임31의 상면과 지지부재12a, 12b, 12d 및 12f는 솔더링과 같은 방법에 의하여 결합되어 고정된다. 동일한 방식에 의하여, 프레임31의 저면과 지지부재 12c 및 12f는 고정된다. 이러한 방식에 의해, 진동자11은 프레임31의 빈 공간에 지지되어 고정된다.

본 발명의 제4구현예의 진동 자이로스코프에 따르면, 진동자11과 지지부재98a 내지 98d 사이의 접합면적은 확장부99a 내지 99d에 의해 넓게 형성될수 있다. 따라서, 진동자11과 지지부재98a 내지 98d 사이의 접착력은 커지며, 이에의해 충분한 내충격성이 얻어진다. 더욱이, 지지부재98a 내지 98d는 확장부99a 내지 99d과 달리 박형 와이어(wire) 구조를 갖는다. 이것은, 진동자11의 진동 진폭의 증가와 감지감도의 향상시키도록, 진동자11로부터 지지부재99a 내지 99d를 통한 진동 누설과 같은 감쇄의 발생을 방지한다.

이에 부가하여, 지지부재 각각은 확장부와, 상기 확장부에 연결되는 한쌍의 굴곡부를 구비하며, 각 지지부재의 확장부는 폭방향으로 진동자11의 대략 중심부에 고정된다. 각 지지부재의 확장부가 충격에 의한 변형되거나 강한 충격을 받지 않지않도록, 진동자11에 가해지는 충격은 각 지지부재의 양 끝단으로 전파된다. 이는, 각 지지부재가 각 지지부재에 고정된 분할된 전극으로부터 분리되는 것을 방지한다.

이에 부가하여, 분할전극16a 및 16b가 형성된 표면에 고정된 지지부재98a 및 98b는 분할된 전극16a-3 및 16b-3에 각각 전기적으로 연결되는 구성을 갖는다. 따라서, 지지부재98a 및 98b는 리드 와이어(lead wire)로 작용하는 경우 진동자11을 단단히 지지한다.

도13은 본 발명의 제3구현예에 따른 진동 자이로스코프의 변형예를 도시하고 있다. 도13에 도시된 진동 자이로스코프100은 도11에 도시된 진동 자이로스코프90과 하기의 특징점들에 있어서 구별된다.

지지부재98a는 돌출부98a′의 연장되는 방향과 반대방향으로, 확장부99a로부터 분할된 전극16b-1쪽으로 연장된 또다른 돌출부98a″를 구비하며, 돌출부98a″는분할된 전극16a-5에 전기적으로 연결된다.

이러한 구조에 따르면, 대각선으로 위치하는 분할된 전극에 각각 연결되도록, 분할된 전극16a-3 및 분할된 전극16b-3은 분할된 전극16b-1 및 분할된 전극16a-5에 각각 전기적으로 연결된다. 분할된 전극16a-1 및 16b-1 또는 분할된 전극16a-5 및 16b-5에서 발생한 신호는 분할된 전극16a-3 및 16b-3에서 발생한 신호와 반대의 극성을 갖기 때문에, 회전 각속도에 대응하는 신호는, 분할된 전극16a-3에서 발생한 신호와 분할된 전극16b-1에서 발생한 신호의 합과, 분할된 전극16b-3과 분할된 전극16a-5에서 발생한 신호의 합에 의해 증가하게 되므로 감지 효율이 향상된다.

이러한 구현예에서, 분할된 전극16a-1 및 16b-1에서 발생한 신호가 사용되지 않고 분할된 전극16a-2 및 16b-2에서 발생한 신호가 노드N1 및 N2근방에서 서로 상쇄되도록, 도11에 도시된 진동 자이로스코프90에는 홈S1, S2, S3 및 S4가 제공된다. 노드N1 및 N2근방에서 발생한 신호는 매우 약하기 때문에, 이러한 구조는 조성과/또는 진동자의 수치오차에서 기인한 역효과를 제거하며 보다 정밀한 신호 감지를 제공한다.

이러한 오차가 무시될 수 있는 경우에, 홈S1 및 S4는 생략될 수 있다. 이러한 경우에, 노드N1 및 N2의 외부에서 발생한 신호는 이상적으로 소멸되므로, 회전 각속도에 대응되는 신호 감지에 영향을 미치지 않는다.

이에 부가하여, 지지부재98a 내지 98d는 비도전성 접착제를 통하여 진동자11에 고정될 수 있다. 이 경우에, 홈S2를 생략하는 것이 가능하며, 또한 홈S2 및 S3를 생략하는 것도 가능하다. 또한, 홈S1 및 S4는, 신호의 극성이 노드N1 및 N2의 내부와 노드N1 및 N2의 외부사이에서 전환된다는 사실 때문에 분할전극16a 및 16b로부터 발생한 출력신호가 감소하게됨에도 불구하고, 생략될 수 있다.

더욱이, 지지부재98a 내지 98d는 도11 또는 도13에 도시된 형태와 구별될 수 있다. 상세히 설명하면, 확장부99a 내지 99d는 원형, 반지형(ring) 또는 다른 다각형 형상을 가질 수 있다. 확장부99a 내지 99d는 생략될 수 있다. 또한, 지지부재의 굴곡부는 Z-형상상과 다른 형상을 가질수 있다. 지지부재가 진동자를 탄성적으로 지지하기 위한 탄성 굴곡부를 갖는 것이 바람직하지만, 굴곡부는 직선 탄성 와이어 등에 의해 형성될도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 진동 자이로스코프를 사용하면, 진동자와 지지부재와의 접합면적이 크기 때문에 충분한 접착강도를 가지며, 외부 진동에 대한 내충격성이 향상되어 진동자를 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 접합면적을 제외하고는, 지지부재가 박형으로 형성되었으므로 진동자에 대한 지지부재의 영향이 작고, 따라서 진동자의 자유진동이 방해되는 것이 없기 때문에 진동자의 진폭이 크고, 진동 자이로스코프로부터 얻어지는 검출신호가 크며 충분한 감도를 얻을 수 있다.

또한 지지부재의 진동자와의 접합부분에 관통구가 형성되었으므로, 지지부재와 진동자와의 접합에 있어서, 항상 일정한 양의 솔더를 도포하는 것이 가능하므로, 솔더를 위치시키는 것을 안정적으로 할 수 있기 때문에, 항상 안정적인 접합상태의 지지구조를 갖는 진동 자이로스코프를 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예를 설명하였지만, 개시된 원리를 구현하는 다양한 변형예는 다음 청구범위의 내에서 예측될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제외된다는 것으로 이해된다.

본 발명을 설명하게 위하여, 본 발명의 바람직한 구현예를 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 예시된 특정 배치와 장치들에 국한되는 것은 아니다.

Claims

하나의 노드를 포함하는 진동자 및;

박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 상기 박형 탄성부보다 더 큰 면적을 갖는 확장부를 구비하는 지지부재를 포함하며,

상기 지지부재의 상기 확장부는 상기 진동자의 상기 하나의 노드에 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 확장부는 상기 확장부 내에 형성된 관통구를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 지지부재의 상기 박형 탄성부가 Z-형상상으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 진동 자이로스코프는, 상기 진동자를 수납하기 위한 내부의 빈 공간를 갖는 프레임을 더 구비하며, 상기 박형 탄성부는 상기 프레임에 연결되어 상기 진동자를 상기 프레임 내부의 빈 공간내에 매다는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제1항에 있어서, 상기 진동자는 서로 적층되며 두께방향에 대해 반대방향으로 분극처리되는 제1 및 제2압전기판;

상기 제1압전기판의 한 주면(principal surface)에 형성된 한 쌍의 분할전극들 및;

상기 제2압전기판의 한 주면에 형성된 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제1노드를 포함하는 진동자 및;

상기 진동자를 지지하는 제1 및 제2지지부재를 포함하되,

상기 진동자의 상기 제1노드가 상기 제1 및 제2지지부재 사이에 개재되어 상기 진동자를 지지하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제6항에 있어서, 상기 각 지지부재는 박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 박형 탄성부보다 넓은 면적을 갖는 확장부를 구비하며, 상기 각 지지부재의 확장부는 상기 적어도 하나의 노드의 반대 측면에서 상기 진동자에 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제7항에 있어서, 상기 각 지지부재의 박형 탄성부는 Z-형상상으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제6항에 있어서, 상기 진동 자이로스코프는, 상기 진동자를 수납하기 위한내부의 빈 공간를 갖는 프레임을 더 구비하며, 상기 박형 탄성부는 상기 프레임에 연결되어 상기 진동자를 상기 프레임 내부의 빈 공간내에 매다는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제6항에 있어서, 상기 진동자는, 서로 적층되며 두께방향에 대해 반대방향으로 분극처리되는 제1 및 제2압전기판;

상기 제1압전기판의 한 주면(principal surface)에 형성된 한 쌍의 분할전극들 및;

상기 제2압전기판의 한 주면에 형성된 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제10항에 있어서, 상기 진동 자이로스코프는 제3 및 제4지지부재를 더 포함하며, 상기 진동자는 제2노드를 구비하며, 상기 제3 및 제4지지부재가 상기 제3지지부재와 상기 제4지지부재 사이에 상기 진동자의 상기 제2노드를 개재시킴으로 상기 진동자를 지지하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제11항에 있어서, 상기 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4지지부재는 박형 탄성부와, 상기 박형 탄성부에 연결되며 박형 탄성부보다 넓은 면적을 갖는 확장부를 구비하며, 상기 각 제1, 제2, 제3 및 제4지지부재는 각각의 확장부에서 상기 진동자에 고정되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2지지부재들중 하나는 상기 제1분할전극에 전기적으로 연결되며 상기 제3 및 제4지지부재들중 하나는 상기 제2분할전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코.
제12항에 있어서, 상기 각각의 지지부재의 박형 탄성부는 Z-형상상으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.