WO2007125612A1

WO2007125612A1 - 振動ジャイロ

Info

Publication number: WO2007125612A1
Application number: PCT/JP2006/316340
Authority: WO
Inventors: Shinya Oguri; Masato Koike; Haruyoshi Kurakawa; Katsumi Fujimoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US7805995B2; JPWO2007125612A1; EP2012087B1; EP2012087A4; EP2012087A1; KR101042101B1; JP3969459B1; CN101416027B; US20090007666A1; KR20080109041A; CN101416027A

Abstract

　回転角速度検出時における振動子のねじれ振動を閉じ込めて、本来の振動モードで振動させることができる小型の振動ジャイロを得る。　振動ジャイロ１０は、基台部１２ａと脚部１２ｂとからなる音叉型の振動子１２を含む。振動子１２は、導電性接着剤２４で支持板２６ａに接合される。支持板２６ａは、外枠部２８を含み、外枠部２８の長手方向の一方側において、接合部３２が形成される。接合部３２は、空隙部３０内に、第１の支持部３４で支持される。第１の支持部３４の幅は、接合部３２の幅より狭く形成される。支持板２６ａの接合部３２に、振動子１２が接合される。

Description

明細書

振動ジャイロ

技術分野

[0001] この発明は、振動ジャイロに関し、特にたとえば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの手振れ防止用などとして用いられる振動ジャイロに関する。

背景技術

[0002] 図 18は、従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。この振動ジャイロ 1は、音叉型の振動子 2を含む。この振動子 2は、基台部 2aと、基台部 2aから延びるように形成される 2つの脚部 2b, 2bとを含む。振動子 2は、積層された音叉型の 2つの圧電体基板 3a, 3bを含む。積層された圧電体基板 3a, 3bは、互いに逆向きの厚み方向に分極される。これらの圧電体基板 3a, 3bの間には、中間金属膜 4が形成される。さらに、一方の圧電体基板 3aの主面上には、駆動用電極 5a, 5b, 5cが形成される。駆動用電極 5a, 5b, 5cは、圧電体基板 3aの幅方向に 3分割して形成される。ここで、駆動用電極 5a, 5b, 5cは、脚部 2b, 2bの長手方向に延びる分割部によって分割される。また、他方の圧電体基板 3bの主面には、検出用電極 6a, 6bが形成される。検出用電極 6a, 6bは、圧電体基板 3bの幅方向の中央部で 2分割して形成される。

[0003] 振動子 2は、支持板 7に取り付けられる。支持板 7は、たとえば長方形の板状に形成され、その中央部に振動子 2の基台部 2aが接着される。基台部 2aの接着部分から両側に離れた部分において、支持板 7には支持棒 8が形成される。支持棒 8は、振動子 2の脚部 2b, 2bに沿って、支持板 7の端部力延びるように形成される。そして、支持棒 8が支持されることにより、振動子 2がケースなどに固定される。

[0004] この振動ジャイロ 1では、中央部の駆動用電極 5bとその両側の駆動用電極 5a, 5c との間に発振回路が接続される。発振回路は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。また、検出用電極 6a, 6bは、検出回路に接続される。検出回路は、差動回路、同期検波回路、積分回路、直流増幅回路などを含む。

[0005] 発振回路により、振動子 2には分極方向と直行する向きの電界が印加され、振動子 2の脚部 2b, 2bは、互いに開いたり閉じたりするように振動する。この基本振動のとき、 2つの脚部 2b, 2bは、分極方向に対して同じ状態で振動するため、検出用電極 6a , 6bからは同じ信号が出力される。そのため、検出回路の差動回路力もは、信号が出力されない。この状態で、振動ジャイロ 1の中心軸を中心として回転角速度が加わると、脚部 2b, 2bには、基本振動と直交する向きにコリオリカが働く。脚部 2b, 2bに働くコリオリカは互いに逆向きであるため、 2つの脚部 2b, 2bは互いに逆方向に変位する。この変位によって、検出用電極 6a, 6bからは、逆位相の信号が出力され、差動回路から大きい信号が出力される。

[0006] 差動回路の出力信号は、同期検波回路で発振回路の信号に同期して検波され、積分回路で直流信号に変換される。さらに、積分回路の出力信号は、直流増幅回路で増幅される。そして、直流増幅回路の出力信号の大きさから回転角速度の大きさを知ることができ、直流増幅回路の出力信号の極性から回転角速度の向きを知ることができる。

[0007] このような振動ジャイロ 1の場合、回転角速度が加わると、振動子 2の 2つの脚部 2b , 2bには、基本振動と、それに直交するコリオリカによる振動とが組み合わさったねじれ振動が発生する。このような振動子 2のねじれ振動により、支持板 7には 2つのノードラインが発生する。つまり、振動子 2のねじれ振動によって、支持板 7に振動子 2との接合部をねじれの中心とした屈曲振動が発生する。この支持板 7の屈曲振動の 2 つのノードラインが、振動子 2の外側に現れる。したがって、支持板 7の屈曲振動に対する 2つのノードライン上に支持棒 8を形成することにより、支持板 7の屈曲振動が阻害されず、回転角速度が加わったときの振動子 2の振動も阻害されない支持を行なうことができる。そのため、振動ジャイロ 1から、回転角速度に対応して、正確な信号を取り出すことができる (特許文献 1参照)。

特許文献 1 :特開 2000— 292171号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、このような振動ジャイロでは、振動子接着部の外側における支持棒で支持板を支持してヽるため、支持板の屈曲振動のノードラインで支持板を支持してヽるとはいえ、支持板が自由に屈曲できるわけではなぐ回転角速度検出時における振動子のねじれ振動の阻害を避けることはできない。そのため、振動子の振動周波数がシフトして、本来の振動モードと異なる共振が支配的となり、正確な回転角速度の検出が難しくなる。また、屈曲振動の 2つのノードライン付近まで支持板を延長する必要があり、振動ジャイロ全体としてのサイズが大きくなるという問題もある。

[0009] それゆえに、この発明の主たる目的は、回転角速度検出時における振動子のねじれ振動を閉じ込めて、本来の振動モードで振動させることができる小型の振動ジャィ口を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] この発明は、一方主面および他方主面を有する振動子と、振動子を支持する支持基板と、振動子を支持基板に接合するための接合手段とを含み、支持基板は、接合手段で振動子が接合される接合部と、接合部と同一平面に形成される外枠部と、接合部の幅より狭い幅に形成されて外枠部の内側における空隙部内に接合部を中空に支持するための第 1の支持部とを有する、振動ジャイロである。

外枠部の内側において、空隙部内に幅の狭い第 1の支持部で接合部が支持され、接合部に振動子が接合されることにより、振動子の振動で第 1の支持部が変形して、空隙部内で振動子が自由振動に近い振動をすることができる。そのため、振動子の振動が閉じ込められ、本来の振動モードで振動子を共振させることができる。

このような振動ジャイロにおいて、振動子は、振動体と、振動体の一方主面に形成される電極とで構成され、かつ基台部と、基台部から平行に延びる 2つ以上の柱状の脚部とを備えた音叉型に形成することができる。

音叉型の振動子を用いた振動ジャイロにお、て、上述のような支持基板に振動子を接合することにより、回転角速度検出時における振動子のねじれ振動が阻害されに《なり、正確に回転角速度の検出を行なうことができる。

[0011] また、振動子の脚部に対応する位置において外枠部に第 1の中空部が形成され、第 1の支持部と交差する向きに延びるようにして外枠部内において第 1の支持部を支持するための第 2の支持部が形成されてもよい。

振動子の振動に応じて、第 1の支持部が変形するとともに、第 2の支持部も変形し、振動子がさらに振動しやすくなつて、自由振動に近い振動をすることができ、振動閉じ込め効果が大きくなる。

[0012] また、第 2の支持部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、振動子の脚部が延びる向きに沿って、空隙および第 1の中空部の両外側に長尺状の第 2の中空部が形成され、第 2の支持部と交差する向きに延びるようにして外枠部内において第 2の支持部を支持するための第 3の支持部が形成されてもよい。

振動子の振動に応じて、第 1の支持部、第 2の支持部とともに、第 3の支持部も変形し、振動子がさらに振動しやすくなつて、自由振動に近い振動をすることができ、振動閉じ込め効果が大きくなる。

[0013] また、第 3の支持部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、第 2の中空部の長手方向の両端部およびその中央部に、第 2の中空部から外枠部の端部側に向カゝつて第 3の中空部が形成されてもよ!、。

第 2の中空部力も外枠部の端部側に向力つて第 3の中空部を形成することにより、外枠部が内部の第 2の支持部や第 3の支持部と逆位相で変形しやすくなり、支持板の変位量が小さくなつて、振動閉じ込め効果が大きくなる。

[0014] また、第 3の中空部が形成された支持板を用いた振動ジャイロにおいて、第 2の中空部の長手方向の中央部における第 3の中空部に向力つて、第 2の支持部から延長するようにして第 3の支持部に突出部が形成されてもょ、。

第 3の支持部に形成された突出部により、振動子が自由振動に近い振動をしながら、第 3の支持部の変形が抑えられる。それにより、外枠部と第 3の支持部との接続部付近の変位量が小さくなつて、振動子の振動閉じ込め効果が大きくなる。

[0015] これらの振動ジャイロにおいて、接合手段として導電性接着剤を使用することができる。

また、接合手段として金属バンプを使用してもよい。

さらに、支持板としては、金属板を使用することができる。

また、支持板として樹脂と金属とで構成された多層基板を使用してもよい。このように、接合手段および支持板の材料としては、種々のものを用いることができる。

[0016] これらの振動ジャイロにおいて、さらに、支持板の振動子を接合した主面と対向する主面側に配置される内部に配線電極が形成された凹部を有する回路基板と、凹部内の配線電極に接続するように配置される ICとを含み、凹部形成面側に支持基板が配置され、回路基板と支持基板との対向する主面どうしを導電性接着剤で接着することにより、振動子の電極と ICとが電気的に接続されるようにしてもよい。

上述のような振動閉じ込め効果の大きい振動ジャイロにおいて、さらに回路基板と I cとを組み合わせることにより、振動子の駆動検出に関する信号処理を行なうことができる振動ジャイロとすることができる。ここで、回路基板に凹部を形成し、この凹部内の配線電極に ICを接続し、その上に振動子を接合した支持板を配置することにより、振動ジャイロを低背化することができる。発明の効果

[0017] この発明によれば、振動子の振動閉じ込め効果を大きくすることができ、回転角速度に正確に対応した信号を出力させることができる。そのため、この振動ジャイロを用いることにより、正確に回転角速度を検出することができる。また、振動子を接合する接合部は、外枠部の内側において空隙部内に形成されるため、振動子接合部から外側に大きく延びる支持板は不要である。そのため、振動ジャイロを小型化することができる。また、回路基板、 IC、支持板および振動子を適当な形で組み込むことにより、信号処理ができる低背化された振動ジャイロを得ることができる。

[0018] この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明ら力となろう。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]この発明の振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。

[図 2]図 1に示す振動ジャイロに用いられる振動子を一方面側力みた斜視図である

[図 3]図 2に示す振動子を他方面側力もみた斜視図である。

[図 4]図 1に示す振動ジャイロに用いられる支持板の一例を示す平面図である。

[図 5]図 1に示す振動ジャイロを用いて回転角速度を検出するための回路を示す回路図である。

[図 6] (A)は図 1に示す振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、 (B)はコリオリ力が働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。

[図 7] (A)は振動子の自由振動時における基本振動を示す解析図であり、 (B)はコリオリ力が働いたときの振動子の振動を示す解析図である。

[図 8]この発明の振動ジャイロに用いられる支持板の他の例を示す平面図である。

[図 9] (A)は図 8に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり

、 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。

[図 10]この発明の振動ジャイロに用いられる支持板のさらに他の例を示す平面図である。

[図 11] (A)は図 10に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。

[図 12]この発明の振動ジャイロに用いられる支持板の別の例を示す平面図である。

[図 13] (A)は図 12に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。

[図 14]この発明の振動ジャイロの用いられる支持板のさらに別の例を示す平面図である。

[図 15] (A)は図 14に示す支持板を用いた振動ジャイロの基本振動を示す解析図であり、 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロの振動を示す解析図である。

[図 16]信号処理を行なうことができる振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。

[図 17]図 16に示す振動ジャイロの断面図である。

[図 18]従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図である。

符号の説明

10, 80 振動ジャイロ

12 振動子

14 振動体

20a, 20b, 20c 第 1の電極

22a, 22b 第 2の電極

24 導電性接着剤

26a〜26e 支持板 30 空隙部

32 接合部

34 第 1の支持部

60 第 1の中空部

62 第 2の支持部

64 第 2の中空部

66 第 3の支持部

68 第 3の中空部

70 突出部

82 回路基板

84 凹部

86 配線電極

88 拔極

90 IC

92 パターン電極

94 導電性接着剤

96 キャップ

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1は、この発明の振動ジャイロの一例を示す分解斜視図である。振動ジャイロ 10 は、振動子 12を含む。図 2は振動子 12を一方面側力もみた斜視図であり、図 3は振動子 12を他方面側からみた斜視図である。振動子 12は、図 2および図 3に示すように、基台部 12aを含み、基台部 12aから 2つの四角柱状の脚部 12b, 12cが平行して延びるように形成され、全体として音叉型に形成される。

[0022] 振動子 12は、振動体 14を含む。振動体 14は、音叉型の第 1の圧電体基板 16aおよび第 2の圧電体基板 16bを含む。これらの圧電体基板 16a, 16bは、中間金属膜 1 8を挟んでエポキシ榭脂等により接合される。圧電体基板 16a, 16bは、図 2および図 3の矢印に示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。この振動体 14の両主面に、第 1の電極および第 2の電極が形成される。

[0023] 第 1の圧電体基板 16aの表面には、第 1の電極 20a, 20b, 20cが形成される。第 1 の電極 20a, 20b, 20cは、第 1の圧電体基板 16aの幅方向に 3分割され、基台部 12 aから脚部 12b, 12cに渡って延びるように形成される。これらの第 1の電極 20a, 20b , 20cは、脚部 12b, 12cの幅方向の中央部で分割される。なお、第 1の電極 20a, 2 Ob, 20cが 3分割されていれば、第 1の圧電体基板 16aに溝が形成される必要はないが、製造方法によっては、第 1の電極 20a, 20b, 20cの分割部において、第 1の圧電体基板 16aに溝が形成されてもよい。その場合、溝は、中間金属膜 18まで届かない範囲で形成される。

[0024] また、第 2の圧電体基板 16bの表面には、第 2の電極 22a, 22bが形成される。第 2 の電極 22a, 22bは、第 2の圧電体基板 16bの幅方向に 2分割され、基台部 12aから脚咅 12b, 12c【こ渡って延びるよう【こ形成される。これらの第 2の電極 22a, 22biま、基台部 12aの中央部で分割される。この場合においても、第 2の電極 22a, 22b力分割されていれば、第 2の圧電体基板 16bに溝が形成されていても、形成されていなくてもよい。溝が形成される場合には、中間金属膜 18まで届力ない範囲で形成される

[0025] この振動子 12は、たとえば接合手段としての導電性接着剤 24によって、支持板 26 aに接合される。図 4は、支持板 26aを示す平面図である。支持板 26aは、図 4に示すように、長方形板状の外枠部 28を含む。外枠部 28の長手方向の一方側において、外枠部 28の内側に空隙部 30が設けられ、この空隙部 30内に接合部 32が形成される。接合部 32は、長方形板状に形成され、外枠部 28と同一平面に配置される。接合部 32は第 1の支持部 34で支持され、第 1の支持部 34によって外枠部 28に接続される。第 1の支持部 34の幅は、接合部 32の幅より狭く形成される。

[0026] 振動子 12の基台部 12aは、導電性接着剤 24などによって、支持板 26aの接合部 3 2に接合される。図 1においては、 3つの導電性接着剤 24によって、第 1の電極 20a, 20b, 20cが接合部 32に接合されている。このような接合は、たとえば支持板 26aに第 1の電極 20a, 20b, 20cに接続されるパターン電極が形成されている場合に採用される。このようなパターン電極が形成された支持板 26aの例としては、たとえば Cu、ポリイミド榭脂、 Cuの 3層構造の積層板などがある。また、 Cuとポリイミド榭脂の 2層構造や、 Cu、ポリイミド榭脂、ステンレス鋼の 3層構造の積層板であってもよい。このような支持板 26aを用いた場合、支持板 26aに形成されたパターン電極を介して振動子 12の第 1の電極 20a, 20b, 20cが駆動検出回路に接続され、振動子 12への入出力信号の処理が行なわれる。

[0027] なお、支持板 26aとして、 Cuやステンレス鋼などの金属板を用いてもょ、。この場合、駆動検出用として用いられる第 1の電極 20a, 20b, 20cを支持板 26aに接合できないので、第 2の電極 22a, 22bが支持板 26aの接合部 32に接合される。そして、第 1の電極 20a, 20b, 20cには、たとえばリード線などを介して駆動検出回路を接続することができる。このように、振動子 12のどちらの面を支持板 26aに接合するのかについては、支持板 26aの材質や駆動検出回路との接続方法などによって選択される。また、振動子 12と支持板 26aとの接合は、たとえば金属バンプなどによって行なわれてもよい。

[0028] 図 5は、振動ジャイロ 10を用いて回転角速度を検出するための回路を示す回路図である。振動子 12は、たとえば自励振駆動により励振される。そのため、この振動子 1 2においては、図 5に示すように、振動子 12の中央部の第 1の電極 20bとその両側の第 1の電極 20a, 20cとの間に、発振回路 40が接続される。発振回路 40は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含む。ここで、両側の第 1の電極 20a, 20cの出力信号の和が増幅回路で増幅され、さらに位相補正回路で位相補正されて、中央の第 1の電極 20bに入力される。

[0029] また、両側の第 1の電極 20a, 20cは、検出回路 42に接続される。検出回路 42は差動回路 44を含み、差動回路 44から両側の第 1の電極 20a, 20cの出力信号の差が出力される。さらに、差動回路 44は同期検波回路 46に接続され、差動回路 44の出力信号が検波される。ここで、同期検波回路 46には、発振回路 40が接続され、発振回路 40の信号に同期して、差動回路 44の出力信号が検波される。また、同期検波回路 46は積分回路 48に接続され、同期検波回路 46の出力信号が直流信号に変換される。さらに、積分回路 48は直流増幅回路 50に接続され、積分回路 48の出力信号が増幅される。なお、検出回路 42には、第 1の電極 20a, 20cでなぐ第 2の電極 22a, 22bを接続してもよい。この場合、振動子 12の両面の電極が、駆動回路および検出回路に接続されるため、リード線などを用いて電極を駆動回路または検出回路に接続する必要がある。

[0030] 発振回路 40によって、振動子 12は、 2つの脚部 12b, 12cが開いたり閉じたりするようにして基本振動する。このとき、脚部 12b, 12cは、分極方向に対して同じ向きの変位となるため、第 1の電極 20a, 20cからの出力信号は同じである。そのため、差動回路 44からは、信号が出力されない。この状態で、振動子 12の脚部 12b, 12cの間の中心軸を中心として回転角速度が加わると、脚部 12b, 12cには、基本振動に直交する向きにコリオリカが働く。基本振動は、脚部 12b, 12cが互いに開閉する振動であるため、これらの脚部 12b, 12cに働くコリオリカは逆向きとなる。そのため、脚部 12b, 12cは、基本振動の方向と直交する向きで、互いに逆向きに変位する。この脚部 12b, 12cの変位により、第 1の電極 20a, 20cの出力信号は、逆位相に変化し、差動回路 44からこれらの出力信号の変化量に対応した信号が出力される。

[0031] 差動回路 44の出力信号は、同期検波回路 46で、発信回路 40の信号に同期して、信号の正部分または負部分が検波される。同期検波回路 46の出力信号は、積分回路 48で直流信号に変換され、さらに直流増幅回路 50で増幅される。

[0032] 回転角速度が大きいとき、コリオリカは大きくなつて、脚部 12b, 12cの変位量は大きくなる。そのため、差動回路 44の出力信号は大きくなり、直流増幅回路 50の出力信号も大きくなる。したがって、直流増幅回路 50の出力信号の大きさから、回転角速度の大きさを知ることができる。また、回転角速度の方向が反対になると、コリオリカの方向も反対となり、差動回路 44の出力信号は逆位相となる。そのため、回転角速度の方向が反対になれば、直流増幅回路 50の出力信号の極性は逆となる。したがって、直流増幅回路 50の出力信号の極性から、回転角速度の向きを知ることができる。

[0033] 図 1に示す振動ジャイロ 10において、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 6に示した。図 6 (A)は振動ジャイロ 10の基本振動を示す解析図であり、図 6 ( B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロ 10の振動を示す解析図である。また、比較のため、外枠部がなぐ振動子 12が空中に浮いた状態で自由振動する場合について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 7に示した。図 7 (A)は振動子 12の自由振動時における基本振動を示す解析図であり、図 7 (B)はコリオリカが働いたときの振動子 12の振動を示す解析図である。なお、これらの解析図においては、脚部 12cが支持板 26aを突き抜けていたり、脚部 12b, 12cが重なっていたりして、実際にはあり得ない状態が示されている力これは各部の動きをわ力りやすくするために、各部の動きを実際より大きく示しているためである。実際には、各部の動きは小さぐ導電性接着剤 24の厚みがあれば、十分に振動子 12の振動領域を確保できるものである。

[0034] 振動ジャイロ 10においては、たとえば支持板 26aの外枠部 28の 4隅部近傍が固定される力振動子 12の振動が支持板 26aによって阻害されることは避けられない。し力しながら、図 7に示すような自由振動に近い振動ができる状態であれば、振動子 1 2の振動はあまり阻害されておらず、良好な特性を得ることができる。図 6からわ力るように、回転角速度が加わっていない基本振動においては、自由振動に近い振動をしている。また、振動子 12に回転角速度が加わったとき、第 1の支持部 34がねじれて、振動子 12は自由振動に近い振動をすることができる。

[0035] ここで、外枠部 28も変形し、外枠部 28が固定されることにより振動子 12の振動は阻害されるものと考えられるが、図 18に示すように、振動子の振動が直接板状の支持板に伝達される振動ジャイロに比べて、第 1の支持部 34のねじれによる振動閉じ込め効果が大きい。そのため、この振動ジャイロ 10では、従来の振動ジャイロに比べて、振動子 12の振動が阻害されず、良好な特性を得ることができる。

[0036] また、図 8は、振動ジャイロ 10に用いられる他の支持板 26bを示す平面図である。

図 8に示すように、外枠部 28の長手方向の一方側において、空隙部 30内に第 1の支持部 34で接合部 32を支持し、外枠部 28の長手方向の他方側に四角形状の第 1の中空部 60が形成された支持板 26bを用いてもよい。第 1の中空部 60を形成することにより、第 1の支持部 34と直交する向きに、第 2の支持部 62が形成される。第 2の支持部 62の両側は、外枠部 28の内側に接続され、第 2の支持部 62の中央部力も第 1 の支持部 34が延びて、空隙部 30内に接合部 32が支持されている。

[0037] このような支持板 26bを用いた振動ジャイロ 10について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 9に示した。図 9 (A)は支持板 26bを用いた振動ジャイロ 1 0の基本振動を示す解析図であり、図 9 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロ 1 0の振動を示す解析図である。このような支持板 26bを用いた場合、第 2の支持部 62 が変形しやすい形状となっているため、振動子 12のねじれ振動に対応して、第 1の支持部 34にねじれが発生するとともに、第 2の支持部 62が変形し振動子 12がさらに自由振動に近い振動をすることができる。したがって、この支持板 26bを用いることにより、振動子 12の振動閉じ込め効果を大きくすることができ、良好な特性を得ることができる。

[0038] また、図 10は、振動ジャイロ 10に用いられるさらに他の支持板 26cを示す平面図である。図 10に示すように、振動子 12の脚部 12b, 12cの延びる向きに沿って、空隙部 30および第 1の中空部 60の両側に、長尺状の第 2の中空部 64が形成された支持板 26cを用いてもよい。第 2の中空部 64が形成されることにより、第 2の支持部 62の両端から外枠部 28の長手方向に延びる第 3の支持部 66が形成される。第 3の支持部 6 6の両端は、外枠部 28の内側に接続され、第 3の支持部 66の中央部に第 2の支持部 62が接続される。したがって、第 2の支持部 62と第 3の支持部 66とで H字状に形成され、第 2の支持部 62の中央部力も第 1の支持部 34が延びて接合部 32を支持している。

[0039] このような支持板 26cを用いた振動ジャイロ 10について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 11に示した。図 11 (A)は支持板 26cを用いた振動ジャィ口 10の基本振動を示す解析図であり、図 11 (B)はコリオリカが働いたときの振動ジャイロ 10の振動を示す解析図である。このような支持板 26cを用いた場合、振動子 12 のねじれ振動に対応して、第 1の支持部 34にねじれが発生するとともに、 H字状の第 2の支持部 62および第 3の支持部 66が変形し、振動子 12が自由振動に近い振動をすることができる。したがって、この支持板 26cを用いることにより、振動子 12の振動閉じ込め効果をさらに大きくすることができ、良好な特性を得ることができる。なお、第 2の中空部 64の長手方向の長さは、振動閉じ込め効果が得られる長さであれば、特に限定されるものではない。

[0040] 図 12は、振動ジャイロ 10に用いられる別の支持板 26dを示す平面図である。第 1の支持部 34、第 2の支持部 62および第 3の支持部 66を有する支持板において、図 12 に示すように、第 2の中空部 64から外枠部 28の幅方向の端部に向力つて、第 3の中空部 68が形成された支持板 26dとしてもよい。第 3の中空部 68は、第 2の中空部 64 の両端および中央部に形成される。第 2の中空部 64の両端においては、第 3の中空部 68は、空隙部 30の端部および第 1の中空部 60の端部に対応した位置に形成される。また、第 2の中空部 64の中央部においては、第 3の中空部は、第 2の支持部 62と第 3の支持部 66の接続部に対応した位置に形成される。

[0041] このような支持板 26dを用いた振動ジャイロ 10について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 13に示した。図 13 (A)は支持板 26dを用いた振動ジャィ口 10の基本振動を示す解析図であり、図 13 (B)はコリオリカが働、たときの振動ジャイロ 10の振動を示す解析図である。このような支持板 26dを用いた場合、支持板 26d の各部は、図 10に示す支持板 26dを用いた振動ジャイロ 10と同様に変位するが、第 3の中空部 68が形成されていることにより、外枠部 28の長手方向部分が、 H字状の第 2の支持部 62および第 3の支持部 66と逆位相で動きやすくなる。それにより、支持板 26d全体の変位量を少なくすることができ、振動子 12の振動閉じ込め効果を大きくすることがでさる。

[0042] また、図 14は、振動ジャイロ 10に用いられるさらに別の支持板 26eを示す平面図である。第 2の中空部 64に第 3の中空部 68を形成した支持板において、図 14に示すように、中央の第 3の中空部 68に向力つて、第 3の支持部 66から突出部 70が形成された支持板 26eとしてもよい。この突出部 70は、第 2の支持部 62と第 3の支持部 66との接続部に対応した位置において、第 2の支持部 62から延長して突出するように形成される。

[0043] このような振動板 26eを用いた振動ジャイロ 10について、有限要素法により各部の動きを求め、その結果を図 15に示した。図 15 (A)は支持板 26eを用いた振動ジャィ口 10の基本振動を示す解析図であり、図 15 (B)はコリオリカが働、たときの振動ジャイロ 10の振動を示す解析図である。このような支持板 26eを用いた場合、 H字状の第 2の支持部 62および第 3の支持部 66の変位量が抑えられ、第 3の支持部 66と外枠部 28との接続部分近傍の変位量も小さくなり、振動子 12の振動閉じ込め効果をさらに大きくすることができる。 [0044] このように、これらの支持板 26a〜26eを用いることにより、振動子 12の振動が阻害されに《なり、振動閉じ込め効果の大きい振動ジャイロ 10を得ることができる。それにより、回転角速度を検出する際にも、良好な特性を得ることができる。

[0045] さらに、図 16および図 17に示すように、振動子 12の駆動検出のための信号処理を行なう回路を設けた振動ジャイロ 80とすることができる。図 16は信号処理を行うことができる振動ジャイロ 80を示す分解斜視図であり、図 17はその断面図である。このような振動ジャイロ 80を得るために、回路基板 82が用いられる。回路基板 82は、たとえば長方形の板状に形成され、その一方面側に四角形の凹部 84が形成される。この凹部 84の底面に、配線電極 86が形成される。凹部 84の外側には、配線電極 86に接続される接続電極 88が形成される。

[0046] 回路基板 82の凹部 84内には、 IC90が取り付けられる。 IC90には、発振回路 40や検出回路 42などが形成されている。この IC90は、配線電極 86に接続される。さらに、回路基板 82上には、たとえば支持板 26eが取り付けられる。支持板 26eには、接合部 32から外枠部 28の 4隅の近傍まで、ノターン電極 92が形成される。たとえば、振動子 12の両側の第 1の電極 20a, 20cから空隙部 30側の隅部までパターン電極 92 が形成され、中央部の第 1の電極 20bから第 1の中空部 60側の隅部までパターン電極 92が形成される。支持板 26eの 4隅部近傍においては、パターン電極 92は支持板 26eの反対面に回り込むように形成される。この支持板 26eの反対面に回り込んだパターン電極 92が、導電性接着剤 94によって、回路基板 82の接続電極 88に接続される。ここでは、支持板 26eとして、 Cu、ポリイミド榭脂、 Cuの 3層構造の積層板が用いられている。なお、この振動ジャイロ 80において、上述の他の支持板 26a〜26d を用いてもよいことは言うまでもない。

[0047] 支持板 26eの回路基板 82側の主面と対向する主面側において、接合部 32には、導電性接着剤 24によって、振動子 12が取り付けられる。それにより、振動子 12の第 1の電極 20a, 20b, 20ciま、ノターン電極 92【こ接続され、さら【こ IC90【こ接続される。この支持板 26eによって、 IC90が取り付けられた凹部 84が覆われる。さらに、振動子 12および支持板 26eを覆うようにして、金属性のキャップ 96が取り付けられる。

[0048] この振動ジャイロ 80では、 IC90によって振動子 12が励振され、回転角速度が加わることによって検出された信号力 IC90で処理される。ここで、 IC90は、回路基板 82 の凹部 84内に取り付けられ、それを覆うようにして支持板 26eが取り付けられている。また、導電性接着剤 24によって、振動子 12が支持板 26eに支持されるとともに、第 1 の電極 20a, 20b, 20cが IC90に接続される。このような構成とすることにより、信号処理を行なうことができ、かつ低背化された振動ジャイロ 80を得ることができる。

[0049] このような振動ジャイロ 80において、支持板 26eが Cuやステンレス鋼などの単板で形成される場合、その表面にパターン電極を形成することができないため、第 2の電極 22a, 22b力 S支持板 26eに接合される。そして、第 1の電極 20a, 20b, 20cと回路基板 82の配線電極 86との接続は、リード線などによって行なわれる。このような構成とした場合においても、回路基板 82に凹部 84を形成し、この凹部 84内に IC90を取り付け、 IC90を覆うように支持板 26eを取り付けることにより、振動ジャイロ 80の低背化が可能である。

[0050] このような低背化された振動ジャイロ 80において、上述のような支持板 26a〜26eを用いることにより、振動子 12の振動を閉じ込めることができ、振動ジャイロ 80に加わつた回転角速度を正確に検出することができる。

[0051] なお、本発明における振動ジャイロの振動子としては、音叉型のみならず音片型ゃュ-モルフ型等の他の振動子にも適用することができる。また、上記実施例で示した支持部あるいは中空部の形状は長方形に限ったものではなぐ楕円等の別の形状でも構わない。さらに、上記実施例で使用した音叉型振動子 12の圧電体基板 16bの表面に形成した第 2の電極 22a, 22bは部分的に形成されていても、完全に除去されていても構わない。

Claims

請求の範囲

[1] 一方主面および他方主面を有する振動子、

前記振動子を支持する支持基板、および

前記振動子を前記支持基板に接合するための接合手段を含み、

前記支持基板は、前記接合手段で前記振動子が接合される接合部と、前記接合部と同一平面に形成される外枠部と、前記接合部の幅より狭い幅に形成されて前記外枠部の内側における空隙部内に前記接合部を中空に支持するための第 1の支持部とを有する、振動ジャイロ。

[2] 前記振動子は、振動体と、前記振動体の一方主面に形成される電極とで構成され、かつ基台部と、前記基台部から平行に延びる 2つ以上の柱状の脚部とを備えた音叉型に形成される、請求項 1に記載の振動ジャイロ。

[3] 前記振動子の前記脚部に対応する位置において前記外枠部に第 1の中空部が形成され、前記第 1の支持部と交差する向きに延びるようにして前記外枠部内において前記第 1の支持部を支持するための第 2の支持部が形成された、請求項 2に記載の振動ジャイロ。

[4] 前記振動子の前記脚部が延びる向きに沿って、前記空隙部および前記第 1の中空部の両外側に長尺状の第 2の中空部が形成され、前記第 2の支持部と交差する向きに延びるようにして前記外枠部内において前記第 2の支持部を支持するための第 3 の支持部が形成された、請求項 3に記載の振動ジャイロ。

[5] 前記第 2の中空部の長手方向の両端部およびその中央部に、前記第 2の中空部から前記外枠部の端部側に向力つて第 3の中空部が形成された、請求項 4に記載の振動ジャイロ。

[6] 前記第 2の中空部の長手方向の中央部における前記第 3の中空部に向力つて、前記第 2の支持部から延長するようにして前記第 3の支持部に突出部が形成された、請求項 5に記載の振動ジャイロ。

[7] 前記接合手段として導電性接着剤を使用した、請求項 1ないし請求項 6のいずれかに記載の振動ジャイロ。

[8] 前記接合手段として金属バンプを使用した、請求項 1な、し請求項 6の、ずれかに記載の振動ジャイロ。

[9] 前記支持板として金属板を使用した、請求項 1な、し請求項 8の、ずれかに記載の振動ジャイロ。

[10] 前記支持板として樹脂と金属とで構成された多層基板を使用した、請求項 1ないし請求項 8のヽずれかに記載の振動ジャイロ。

[11] さらに、前記支持板の前記振動子を接合した主面と対向する主面側に配置される内部に配線電極が形成された凹部を有する回路基板と、前記凹部内において前記配線電極に接続するように配置される ICとを含み、

前記凹部形成面側に前記支持基板が配置され、前記回路基板と前記支持基板との対向する主面どうしを導電性接着剤で接着することにより、前記振動子と前記 ICとが電気的に接続された、請求項 1ないし請求項 10のいずれかに記載の振動ジャイロ