JP3767212B2 - 振動ジャイロの支持構造および支持方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は振動ジャイロの支持構造および支持方法に関し、特にたとえば、カメラの手振れ防止やカーナビゲーションシステムなどに使用される振動ジャイロを支持するための、振動ジャイロの支持構造および支持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の支持構造を用いた振動ジャイロを示す斜視図であり、図９はその断面図である。振動ジャイロ１は、振動子２を含む。振動子２は、２つの圧電体基板３ａ，３ｂを接合することによって形成される。これらの圧電体基板３ａ，３ｂは、図９に矢印で示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。
【０００３】
一方の圧電体基板３ａの外側面には、分割された電極４ａ，４ｂが形成される。これらの電極４ａ，４ｂは、圧電体基板３ａの側面の幅方向に２つに分割され、圧電体基板３ａの長手方向に延びるように形成される。さらに、他方の圧電体基板３ｂの外側面の全面に、別の電極５が形成される。振動子２は、電極５が形成された面において、支持部材６によって支持される。支持部材６は、たとえば金属線などで形成される。この支持部材６が折り曲げられて、突起部６ａが形成される。この突起部６ａが、振動子２の２つのノード点に対応する部分において、電極５に接触させられる。そして、シリコン樹脂を含む弾性接着剤７によって、支持部材６が振動子２の電極５に固着される。
【０００４】
この振動ジャイロ１では、電極４ａ，４ｂと電極５との間に駆動信号が印加される。２つの圧電体基板３ａ，３ｂは、互いに逆向きに分極されているため、振動子２は、バイモルフ構造となっており、駆動信号によって振動子２が、電極４ａ，４ｂ形成面および電極５形成面に直交する向きに屈曲振動する。このとき、振動子２は、その長手方向の両端から少し内側にある２つのノード点を中心として屈曲振動する。このような方向に振動子２が屈曲振動しているとき、電極４ａ，４ｂからは同じ信号が出力されるため、これらの信号の差をとれば、２つの出力信号が相殺されて０となる。
【０００５】
振動子２が屈曲振動している状態で、振動子２の軸を中心として回転すると、振動子２の屈曲振動の向きに直交する向きにコリオリ力が働く。そのため、振動子２の屈曲振動の方向が変わり、電極４ａ，４ｂの出力信号が変化する。つまり、一方の電極４ａからの出力信号がコリオリ力に対応して増加すると、他方の電極４ｂからの出力信号がコリオリ力に対応して減少する。したがって、これらの電極４ａ，４ｂからの出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した信号のみを得ることができる。このように、電極４ａ，４ｂの出力信号の差を測定することにより、振動ジャイロ１に加わった回転角速度を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような振動ジャイロの支持構造では、支持部材の突起部を振動子の側面に接触させ、弾性接着剤で固着しているため、振動子が支持部材に対して傾きやすく、振動子と支持部材との間隔を一定にすることが難しい。そのため、支持部材によって、振動子の振動がダンピングされ、これが温度ドリフトの原因となる。また、支持部材を介して、振動子の振動漏れが発生し、これも温度ドリフトの原因となる。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、温度ドリフトを小さくすることができる振動ジャイロの支持構造を提供することである。
また、この発明の目的は、温度ドリフトを小さくすることができる振動ジャイロの支持構造を得るための支持方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、側面に電極が形成された振動子の屈曲振動を利用して回転角速度を検出する振動ジャイロの支持構造であって、振動子を支持するために振動子の幅方向に延びる支持部材を有し、振動子の屈曲振動のノード点に対応する部分において、振動子の側面の電極と支持部材とが、硬化した導電性接着剤によって構成される支持部によって一定の間隔を隔てて、導電性接着剤で電極に硬化した導電性接着剤からなる支持部を介して支持部材が固着されることを特徴とする、振動ジャイロの支持構造である。
このような振動ジャイロの支持構造において、支持部材は、振動子の１つの側面に形成された電極または対向側面に形成された電極に硬化した導電性接着剤からなる支持部を介して固着することができる。
また、硬化した導電性接着剤の硬度は、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈであることが好ましい。
さらに、この発明は、屈曲振動をする振動子のノード点に対応する部分において振動子の側面に形成された電極に導電性接着剤を印刷する工程と、電極から一定の間隔となる面を導電性接着剤に形成して支持部を形成する工程と、支持部に形成された面上に支持部材を配置する工程と、導電性接着剤によって支持部に支持部材を固着する工程とを含む、振動ジャイロの支持方法である。
【０００９】
振動子の側面に形成された電極と支持部材とが一定の間隔を隔てて配置されるため、振動子の振動がダンピングされにくく、温度ドリフトを抑えることができる。また、支持部材が導電性接着剤を介して振動子に固着されており、直接振動子に接触していないため、支持部材からの振動漏れを抑えることができる。さらに、導電性接着剤の硬度を、鉛筆硬度でＢ〜６Ｈの範囲にしておくことにより、温度ドリフトを抑制する効果が高い。
このような振動ジャイロの支持構造を得るために、まず、振動子の側面に導電性接着剤が印刷され、この導電性接着剤を加工して、振動子の側面の電極から一定の間隔となる面を有する支持部が形成される。この面は、ダイサーなどを用いて、精度よく形成することができる。したがって、この支持部の面に支持部材を配置して、導電性接着剤で固着することにより、支持部材の位置精度がよくなり、電極から一定の間隔で支持部材を固着することができるとともに、振動子のノード点に近い位置で支持することができる。
【００１０】
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実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の支持構造を用いた振動ジャイロの一例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１２は、直方体状の第１の圧電体基板１４ａおよび第２の圧電体基板１４ｂを含む。これらの圧電体基板１４ａ，１４ｂとしては、たとえば圧電セラミックやＬｉＮｂＯ₃ ，ＬｉＴａＯ₃ の単結晶などが用いられる。そして、第１の圧電体基板１４ａおよび第２の圧電体基板１４ｂは接合される。第１の圧電体基板１４ａと第２の圧電体基板１４ｂは、図２に矢印で示すように、互いに逆向きの厚み方向に分極される。したがって、振動子１２は、バイモルフ構造となる。
【００１２】
第１の圧電体基板１４ａの外側面には、２つの電極１６，１８が形成される。これらの電極１６，１８は、第１の圧電体基板１４ａの幅方向に２分割され、第１の圧電体基板１４ａの長手方向に延びるように形成される。さらに、第２の圧電体基板１４ｂの外側面の全面に、別の電極２０が形成される。このような振動子１２を作製するには、たとえば大きい２枚の圧電体基板をエポキシ樹脂などで接合して積層基板を形成し、積層基板の両面に電極を形成して、一方の圧電体基板上に形成された電極に所定の間隔で溝を形成したのち、ダイシングカットなどによって積層基板を切断すればよい。
【００１３】
電極２０形成面には、たとえば金属線などで形成された直線状の支持部材２２ａ，２２ｂが取り付けられる。支持部材２２ａ，２２ｂは、振動子１２の２つのノード点に対応する部分において、振動子１２の幅方向に延びるようにして、導電性接着剤２４で電極２０上に接着される。このとき、振動子１２と支持部材２２ａ，２２ｂとの間隔が一定となるように、支持部材２２ａ，２２ｂが取り付けられる。
【００１４】
この振動ジャイロ１０を作製するために、振動子１２の２つのノード点に対応する部分において、電極２０上に導電性接着剤が印刷される。この導電性接着剤が硬化したのち、図３に示すように、ダイサーなどを用いて、硬化した導電性接着剤に電極２０と平行な面を含む溝２６ａが形成され、支持部２６が形成される。このように、支持部２６では、溝２６ａが電極２０と平行、つまり振動子１２の外側面と平行であるので、溝２６ａと振動子１２との間隔は一定となる。そして、図４に示すように、この支持部２６の溝２６ａに支持部材２２ａ（２２ｂ）が配置され、支持部材２２ａ（２２ｂ）と支持部２６とが導電性接着剤で固着される。
【００１５】
この振動ジャイロ１０を使用するために、図５に示すように、第１の圧電体基板１４ａ上に形成された電極１６，１８に抵抗３０，３２が接続される。これらの抵抗３０，３２と電極２０との間には、発振回路３４が接続される。発振回路３４は、たとえば増幅回路と位相補正回路とを含み、電極２０から出力される信号が発振回路３４に帰還される。そして、増幅回路および位相補正回路によって、帰還された信号のレベルおよび位相が調整され、電極１６，１８に与えられる。
【００１６】
また、電極１６，１８は、差動回路３６の入力端に接続される。差動回路３６の出力端は、同期検波回路３８に接続される。同期検波回路３８では、たとえば発振回路３４の信号に同期して、差動回路３６の出力信号が検波される。同期検波回路３８は平滑回路４０に接続され、さらに平滑回路４０は直流増幅回路４２に接続される。
【００１７】
この振動ジャイロ１０は、発振回路３４によって自励振駆動される。このとき、振動子１２はバイモルフ構造であるため、第１の圧電体基板１４ａがその主面に平行する向きに延びたとき、第２の圧電体基板１４ｂはその主面に平行する向きに縮む。逆に、第１の圧電体基板１４ａがその主面に平行する向きに縮んだとき、第２の圧電体基板１４ｂがその主面に平行する向きに延びる。そのため、振動子１２は、電極１６，１８形成面および電極２０形成面に直交する向きに屈曲振動する。
【００１８】
振動ジャイロ１０に回転角速度が加わっていないとき、電極１６，１８形成部分の振動状態は同じである。そのため、電極１６，１８から出力される信号は同じであり、差動回路３６で相殺されるため、差動回路３６からは信号が出力されない。振動子１２の軸を中心として回転すると、屈曲振動の向きと直交する向きにコリオリ力が働く。このコリオリ力により、振動子１２の屈曲振動の向きが変わる。そのため、電極１６，１８形成部分の振動状態に差が生じ、電極１６，１８から出力される信号に差が生じる。たとえば、電極１６から出力される信号が大きくなったとき、電極１８から出力される信号は小さくなる。逆に、電極１６から出力される信号が小さくなったとき、電極１８から出力される信号は大きくなる。したがって、差動回路３６から、２つの電極１６，１８の出力信号の差が得られる。電極１６，１８の出力信号の変化は、振動子１２の屈曲振動の向きの変化、すなわちコリオリ力に対応している。したがって、差動回路３６からは、コリオリ力に対応したレベルの信号が出力される。
【００１９】
差動回路３６の出力信号は、同期検波回路３８において、発振回路３４の信号に同期して検波される。このとき、差動回路３６の出力信号の正部分のみ、または負部分のみ、または正負いずれかを反転した信号が検波される。同期検波回路３８で検波された信号は、平滑回路４０で平滑され、さらに直流増幅回路４２で増幅される。したがって、直流増幅回路４２の出力信号を測定することにより、振動ジャイロ１０に加わった回転角速度を検出することができる。
【００２０】
回転角速度の向きが逆の場合、振動子１２の屈曲振動の向きの変化も逆になり、電極１６，１８の出力信号の変化は逆となる。そのため、差動回路３６から出力される信号は逆位相となり、同期検波回路３８で検波される信号も逆極性となる。そのため、直流増幅回路４２からの出力信号の極性も逆となる。したがって、直流増幅回路４２の出力信号の極性から、回転角速度の方向を検出することができる。
【００２１】
この振動ジャイロ１０では、支持部材２２ａ，２２ｂが導電性接着剤２４で形成された支持部２６で振動子１２に取り付けられ、振動子１２と支持部材２２ａ，２２ｂとの間隔が一定に保たれているため、振動子１２の屈曲振動が支持部材２２ａ，２２ｂによってダンピングされにくい。そのため、振動ジャイロ１０の温度ドリフトを小さくすることができる。特に、導電性接着剤２４の硬度が鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの範囲内であるとき、この効果が高いことがわかった。実験例として、導電性接着剤２４の硬度とドリフトとの関係を調べ、その結果を図６に示した。図６からわかるように、導電性接着剤２４の硬度が、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの間で、ドリフトが２０（ｄｅｇ／ｓｅｃ）と小さいことがわかる。
【００２２】
また、支持部材２２ａ，２２ｂが導電性接着剤２４で形成された支持部２６を介して振動子１２に取り付けられ、支持部材２２ａ，２２ｂが直接振動子１２に接触していないため、振動子１２の振動が支持部材２２ａ，２２ｂから漏れにくい。そのため、振動ジャイロ１０の温度ドリフトを小さくすることができる。
【００２３】
なお、支持部材は、振動子１２の一方の側面のみでなく、対向する両側面に取り付けられてもよい。この場合、図７に示すように、４つの支持部材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが取り付けられる。ここで、隣接する電極１６，１８が支持部材２２ｃ，２２ｄで短絡されると、振動ジャイロとしての機能が発揮できないため、電極１６，１８のそれぞれを振動子１２のノード点に対応する位置で分割し、ノード点に対応する部分に形成された電極部分１６ａ，１８ａに支持部材２２ｃ，２２ｄが取り付けられる。この場合、電極部分１６ａ，１８ａに導電性接着剤で支持部を形成し、電極１６，１８と平行になる面を支持部に形成して、この面に支持部材２２ｃ，２２ｄを取り付ければよい。そして、電極１６の中央部の電極部分１６ｂに、支持部材２２ｃから延びる延長部を接続し、電極１８の中央部の電極部分１８ｂに、支持部材２２ｄから延びる延長部を接続することにより、支持部材２２ｃ，２２ｄを介して電極１６，１８に信号を入出力することができる。なお、図７に示す支持部材２２ｃ，２２ｄの接続構造は一例であり、支持部材２２ｃ，２２ｄがそれぞれ電極１６，１８に接続され、かつ電極１６，１８が短絡しない構造であれば、他の接続構造を採用してもよい。
【００２４】
なお、支持部材は、振動子１２の２つのノード点に対応する部分のそれぞれに少なくとも１つ取り付けられていればよく、振動子１２の電極２０側の２つの部分に支持部材２２ａ，２２ｂを形成し、電極１６，１８側の１つの部分に支持部材２２ｃまたは２２ｄのどちらか一方を形成してもよい。さらに、振動子１２の電極２０側において、一方のノード点に対応する部分に支持部材２２ａを形成し、電極１６，１８側において、他方のノード点に対応する部分に支持部材２２ｄを形成してもよい。もちろん、振動子１２の対向側面において、支持部材２２ｂ，２２ｃを形成してもよいことはいうまでもない。
【００２５】
支持部材を金属線などの導電材料で形成することにより、リード線を用いることなく、支持部材を信号の入出力用として用いることができる。特に、全ての電極１６，１８，２０に支持部材を取り付ける場合、全くリード線などを用いる必要がなく、リード線のテンションなどの影響を取り除くことができる。そのため、リード線の影響がなく、温度ドリフトが小さい、良好な特性を有する振動ジャイロ１０を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、振動子とその幅方向に延びる支持部材とが一定の間隔を隔てて配置されているため、振動子の振動が支持部材によってダンピングされにくい。また、支持部材が直接振動子に接触していないため、振動子の振動が支持部材を介して漏れにくい。これらのことから、振動ジャイロの温度ドリフトを小さくすることができる。特に、導電性接着剤の硬度を鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの範囲にすることにより、この効果を大きくすることができる。
また、振動子のノード点に対応する位置において、予め振動子の側面に形成された電極と平行な面を有する支持部を形成しておき、この面に支持部材を配置することにより、支持部材の位置の精度をよくすることができる。したがって、支持部材と電極との間の間隔を一定にすることができ、しかも振動子のノード点に近い部分で振動子を支持することができ、振動ジャイロの温度ドリフトを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の支持構造を用いた振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す振動ジャイロの断面図である。
【図３】図１に示す振動ジャイロを作製するために振動子に支持部を形成した状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示す支持部に支持部材を配置した状態を示す図解図である。
【図５】図１に示す振動ジャイロを使用するための回路を示すブロック図である。
【図６】支持部材を固定するための導電性接着剤の硬度とドリフトとの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の振動ジャイロの支持構造の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の支持構造を用いた振動ジャイロの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す振動ジャイロの断面図である。
【符号の説明】
１０ 振動ジャイロ
１２ 振動子
１４ａ 第１の圧電体基板
１４ｂ 第２の圧電体基板
１６ 電極
１８ 電極
２０ 電極
２２ａ〜２２ｄ 支持部材
２４ 導電性接着剤
２６ 支持部
２６ａ 溝

Claims (4)

1. 側面に電極が形成された振動子の屈曲振動を利用して回転角速度を検出する振動ジャイロの支持構造であって、
   前記振動子を支持するために前記振動子の幅方向に延びる支持部材を有し、
   前記振動子の屈曲振動のノード点に対応する部分において、前記振動子の側面の前記電極と前記支持部材とが、硬化した導電性接着剤によって構成される支持部によって一定の間隔を隔てて、導電性接着剤で前記電極に前記硬化した導電性接着剤からなる支持部を介して前記支持部材が固着されることを特徴とする、振動ジャイロの支持構造。
2. 前記支持部材は、前記振動子の１つの側面に形成された前記電極または対向側面に形成された前記電極に前記硬化した導電性接着剤からなる支持部を介して固着される、請求項１に記載の振動ジャイロの支持構造。
3. 前記硬化した導電性接着剤の硬度は、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈである、請求項１または請求項２に記載の振動ジャイロの支持構造。
4. 屈曲振動をする振動子のノード点に対応する部分において前記振動子の側面に形成された電極に導電性接着剤を印刷する工程、
   前記電極から一定の間隔となる面を前記導電性接着剤に形成して支持部を形成する工程、
   前記支持部に形成された前記面上に支持部材を配置する工程、および
   導電性接着剤によって前記支持部に前記支持部材を固着する工程を含む、振動ジャイロの支持方法。

Images