(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面および他方主面を有する実装基板と、該実装基板の一方主面上に搭載された両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と、前記実装基板の一方主面上に搭載された駆動検出回路用部品と、前記振動子および前記駆動検出回路用部品の搭載後にそれらを覆うように前記実装基板上に搭載されるカバーとを備えた振動ジャイロであって、
前記振動子はその長手方向が前記実装基板の一方主面に平行になるようにノード部を支持部材を介して支持されてなり、
前記実装基板は、単体での屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の屈曲振動の周波数より低く、前記振動子および前記駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載時の屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲振動の自己共振周波数より高くなり、しかも前記振動子の屈曲振動の周波数と一致しないように構成されていることを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項２】
前記実装基板は、前記振動子および前記駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載時の屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の屈曲振動の周波数より高くなるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】
前記駆動検出回路用部品の中の少なくとも１つが前記実装基板の共振による屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の振動ジャイロ。
【請求項４】
前記実装基板の共振による屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載された駆動検出回路用部品がベアチップＩＣであることを特徴とする、請求項３に記載の振動ジャイロ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の振動ジャイロを用いたことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置、例えばビデオカメラの手ぶれ補正装置に用いられる振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
両端開放屈曲振動をする柱状の振動子を、その長手方向が実装基板の一方主面に平行になるようにノード部を支持部材を介して支持して実装基板上の一方主面上に搭載する構成の振動ジャイロは、例えば特開２００１−２２７９５３号公報の図６（以下、従来例１という）に開示されている。
【０００３】
従来例１においては、実装基板２０（１２）の一方主面上に振動子１００（２）が、そのノード部を支持部材１０４（８）、１０５（９）、１０６（１０）、１０７（１１）を介して支持されて搭載されている。実装基板２０（１２）上には駆動回路や検出回路を構成する電子部品３０（１３、１４、１５）が搭載されている。そして、振動子１００（２）の共振周波数や駆動回路や検出回路などの調整が必要に応じてなされた後で、実装基板２０（１２）上にカバー４０（１６）を搭載することによって振動ジャイロが完成する。なお、上記の文章中の括弧で囲んだ記号は、本願の図１における対応箇所の記号である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１のような構成の振動ジャイロにおいて、駆動回路による励振によって振動子が屈曲振動するときに、その振動が支持部材を介して実装基板に伝搬するのを防止するのは非常に難しい。そして、振動子の振動が実装基板に伝搬すると、実装基板自身が振動子との共振によって屈曲振動してしまうという場合がある。実装基板上にカバーが搭載されると実装基板自身の屈曲振動はかなり抑制されるが、カバー搭載前の振動子の共振周波数や各回路の調整時には、作業を容易にするためにカバーは搭載しない。そのため、カバー搭載前の実装基板の屈曲振動が大きい状態で振動ジャイロの特性を最適な状態に調整しても、カバー搭載によって実装基板の屈曲振動が抑制されると特性が変化して最適な状態からずれてしまうという問題がある。
【０００５】
振動子の屈曲振動が伝搬することによる実装基板の共振による屈曲振動は、図２に示すように実装基板の自己共振周波数が低いほど大きくなる。また、それとは別に、同じく図２に示すように、実装基板の自己共振周波数が振動子の屈曲振動の周波数と一致しているときにも実装基板の振動が大きくなる。
【０００６】
実装基板の自己共振周波数は、一般に実装基板の材質と厚みや長さなどの寸法で決まる。そして、実装基板の材質や長さには価格や寸法の問題であまり設計の自由度がないことが多いので、実装基板の厚みによってその自己共振周波数を適当な値に設定することが多い。そして、実装基板の自己共振周波数はその厚みが大きいほど高くなるので、通常は自己共振周波数が振動子の振動周波数より大きくなるように実装基板の厚みを決めることになる。
【０００７】
しかしながら、実装基板の厚みを大きくするということは振動ジャイロ自身の背が高くなることを意味し、昨今要求の多い電子部品の低背化の傾向に逆らうことになるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、厚みの薄い実装基板を有して低背化が可能であるにもかかわらずカバー搭載前の特性調整時とカバー搭載後の完成時との間での特性の変化の少ない振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の振動ジャイロは、一方主面および他方主面を有する実装基板と、該実装基板の一方主面上に搭載された両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と、前記実装基板の一方主面上に搭載された駆動検出回路用部品と、前記振動子および前記駆動検出回路用部品の搭載後にそれらを覆うように前記実装基板上に搭載されるカバーとを備えた振動ジャイロであって、前記振動子はその長手方向が前記実装基板の一方主面に平行になるようにノード部を支持部材を介して支持されてなり、前記実装基板は、単体での屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の屈曲振動の周波数より低く、前記振動子および前記駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載時の屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲振動の自己共振周波数より高くなり、しかも前記振動子の屈曲振動の周波数と一致しないように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の振動ジャイロは、前記実装基板が、前記振動子および前記駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載時の屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の屈曲振動の周波数より高くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の振動ジャイロは、前記駆動検出回路用部品の中の少なくとも１つが前記実装基板の共振による屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載されていることを特徴とする。さらには、前記実装基板の共振による屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載された駆動検出回路用部品がベアチップＩＣであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の電子装置は、上記の振動ジャイロを用いたことを特徴とする。
【００１３】
このように構成することにより、本発明の振動ジャイロにおいては、カバー搭載前の特性調整時とカバー搭載後の完成時との間での特性の変化を少なくすることができ、振動ジャイロの特性ばらつきを低減することができる。また、薄い実装基板を用いることができるために、振動ジャイロの低背化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の電子装置においては、本発明の振動ジャイロを備えているために常に正確な角速度情報が得られ、性能の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の振動ジャイロの一実施例の斜視図を示す。図１において、振動ジャイロ１は、振動子２と、例えば板状でＦｅ−Ｎｉ合金やりん青銅などの金属からなる導電性の支持部材８、９、１０、１１と、実装基板１２と、振動子２を励振して屈曲振動させたり振動子２から出力される信号から振動子２に印加される角速度を検出したりする駆動検出回路用部品１３、１４、１５と、カバー１６を備えている。
【００１６】
振動子２は、厚み方向に分極されるとともに一方主面に幅方向に分割された電極４ａ、４ｂが形成された圧電体基板３と、厚み方向に分極されるとともに一方主面に電極６が形成された圧電体基板５とを、その他方主面同士を電極７を介して貼り合わせてバイモルフ構造になるように形成されている。圧電体基板３と圧電体基板５の分極方向は、貼り合わされた状態において逆になっている。圧電体基板３の一方主面と圧電体基板５の一方主面は、それぞれ振動子２の一方主面と他方主面になる。なお、振動子２の幅方向は圧電体基板３、５の幅方向を、振動子２の長手方向は圧電体基板３、５の長手方向を、振動子２の厚み方向は圧電体基板３、５の厚み方向をそれぞれ意味するものとする。また、電極４ａ、４ｂは、それぞれ長手方向に主要領域、一端領域、他端領域の３つに分割されている。また、電極６や電極７は分割されておらず、全面電極となっている。なお、振動子の詳細な構成については本発明の主要部ではないため、これ以上の説明は省略する。
【００１７】
駆動検出回路用部品１３、１４、１５は実装基板１２の一方主面上に搭載され、振動子２を励振して屈曲振動させる駆動回路および振動子２のコリオリ力による屈曲振動を検出する角速度検出回路などを構成する。このうち、駆動検出回路用部品１３は能動素子などが集積されたベアチップＩＣであり、その底面全体が接着剤などで実装基板１２の一方主面に貼り付けられ、さらに樹脂でオーバーコートされている。また、駆動検出回路用部品１４や１５は、積層チップコンデンサやチップ抵抗などの個別チップ部品である。
【００１８】
振動子２は、電極４ａ、４ｂあるいは電極６に印加された駆動信号によって厚み方向に両端開放屈曲振動をする。その際、振動子２の両端からそれぞれ振動子長さの約０．２２４倍の位置であって、厚み方向の中央（電極７の位置）において、振動子２を幅方向に貫く２つの軸が駆動による振動のノード軸となり、その近傍をノード部という。そして、振動子２においては、その長手方向中央部において、幅方向に貫く１つの軸が屈曲振動の腹になるため、この軸を腹部中心線ｎ１という。
【００１９】
振動子２の一方のノード部近傍の一方主面および他方主面における電極４ａ、４ｂおよび電極６には、それぞれ支持部材８および支持部材１０がハンダや導電性接着剤によって機械的に固定され、かつ電気的に接続されている。また、振動子２の他方のノード部近傍の一方主面および他方主面における電極４ａ、４ｂおよび電極６にも同様に、それぞれ支持部材９および支持部材１１が機械的に固定され、かつ電気的に接続されている。より具体的には、支持部材８は、電極４ａの主要領域の端部付近と電極４ｂの一端領域の端部付近に固定されている。また、支持部材９は、電極４ａの他端領域の端部付近と電極４ｂの主要領域の端部付近に固定されている。支持部材８、１０の端部は実装基板１２の一方主面上に形成された電極に電気的かつ機械的に固定されている。支持部材９、１１の端部も実装基板１２の一方主面上に形成された電極に電気的かつ機械的に固定されている。
【００２０】
その結果、振動子２は実装基板１２の一方主面上において、その長手方向が実装基板１２の一方主面に平行になるようにノード部を支持部材８、９、１０、１１を介して支持されていることになる。そのため、振動子２の腹部中心線ｎ１も実装基板１２の一方主面に平行になる。
【００２１】
また、支持部材８と支持部材９は互いに電気的に絶縁され、それぞれ電極４ａおよび４ｂの主要領域に対するリード線としても用いられる。なお、支持部材１０と１１はいずれも電極６に接続されており、電極６に対するリード線としても用いられる。
【００２２】
ここで、各支持部材８、９、１０、１１は、振動子２に固定された部分から実装基板１２に固定された部分の間に複数の屈曲部を有する。この屈曲部がクッションの役割を果たすために振動子２の振動が抑制されることが少なくなって振動が安定し、また振動子２の振動の実装基板２への漏れも少なくなる。
【００２３】
このように構成された振動ジャイロ１においては、振動子２が屈曲部を有する支持部材８、９、１０、１１によって実装基板１２上に支持されているため、振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動が安定化し、角速度の検出精度が向上する。
【００２４】
次に、本発明の振動ジャイロの特徴部分について説明する。
まず、図３に、カバー１６を搭載する前の振動ジャイロ１の側面図を示す。図３（ａ）は振動子２が屈曲振動していない状態を示す。図３（ａ）においては実装基板１２の一方主面上の駆動検出回路用部品１３、１４、１５の記載を省略している。振動子２が屈曲振動していないため、実装基板１２も共振による屈曲振動はしていない。
【００２５】
図３（ｂ）は、仮に駆動検出回路用部品１３、１４、１５が実装基板１２の一方主面上に搭載されていない（もちろん、別の何らかの形では備わっているものとする）と仮定した場合の、振動子２が屈曲振動している状態（屈曲した瞬間）を示す。これより分かるように、振動子２が屈曲振動すると、その振動が支持部材８、９、１０、１１を介して実装基板１２に伝わり、実装基板１２も共振による屈曲振動をしている。実装基板１２は、材質や寸法によって単体での屈曲振動の自己共振周波数が、図２のＡの位置で示されるように振動子２の屈曲振動の周波数より低くなるように設定されているため、共振によって比較的大きく屈曲している。このとき、実装基板１２においても振幅が最大になる腹が存在するが、実装基板１２の屈曲振動の腹部中心線ｎ２は、振動子２の屈曲振動の腹部中心線ｎ１をそのまま実装基板１２に平行移動で投影した位置になる。
【００２６】
そして、図３（ｃ）は、駆動検出回路用部品１３が実装基板１２の一方主面上に搭載されている場合の、振動子２が屈曲振動している状態（屈曲した瞬間）を示す。駆動検出回路用部品１３は、図４に示した振動ジャイロ１の平面図より分かるように、実装基板１２の一方主面上に屈曲振動の腹部中心線ｎ２を跨いで搭載されている。実装基板１２は、単体での屈曲振動の自己共振周波数は振動子２の屈曲振動の周波数より低いが、駆動検出回路用部品１３が一方主面上に搭載されることによってその屈曲に対する剛性が増し、図２のＡ’の位置で示されるように自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数より高くなっている。その際、特に実装基板１２の屈曲振動の腹部中心線ｎ２を跨いで搭載された駆動検出回路用部品１３によって、実装基板１２の実質的な剛性の向上、ひいては自己共振周波数の上昇が実現されている。すなわち、駆動検出回路用部品１３であるベアチップＩＣはその底面全体が接着剤などで実装基板１２の一方主面に貼り付けられ、しかも通常は樹脂でオーバーコートされるため、そのベアチップＩＣを貼り付けられた部分で実装基板１２を折り曲げるためには、ベアチップＩＣ自身を折り曲げるような力が必要となる。これが実質的な屈曲に対する剛性向上の理由である。そして、実装基板１２の自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数より高くなることによって、振動子２の屈曲の大きさはほとんど変わらないにもかかわらず、実装基板１２は振動子２の屈曲振動の周波数では屈曲しにくくなるため、その屈曲の大きさは小さくなっている。
【００２７】
このように、本発明の振動ジャイロ１においては、実装基板１２の一方主面上に、その屈曲振動の腹部中心線ｎ２を跨いで搭載された駆動検出回路用部品１３によって、実装基板１２の実質的な自己共振周波数を上昇させて共振による振動を抑圧することができる。そのため、カバー１６の搭載前後における振動ジャイロ１の特性の変化が少なく、カバー１６を搭載することによって振動ジャイロ１の特性が最適な状態からずれるのを防止することができる。これによって、振動ジャイロの特性ばらつきを低減することができる。また、実装基板１２単体としては薄くて剛性が低く、自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数より低いものを利用できるため、振動ジャイロ１の低背化を図ることもできる。また、仮に実装基板１２を薄くする必要がない場合でも、実装基板１２の剛性を高めるために、例えばヤング率の大きい材料を選択する必要がない。そのため、実装基板１２の材料選択の自由度が高くなり、低価格な実装基板材料の採用が可能になり、ひいては振動ジャイロの低価格化を図ることもできる。
【００２８】
なお、上記の説明においては、ベアチップＩＣの底面を実装基板１２の一方主面に貼り付けるものとしたが、ベアチップＩＣを実装基板１２の一方主面にフリップチップボンディングする構成でも構わない。その場合でも、ベアチップＩＣと実装基板１２の隙間にアンダーフィル樹脂が注入されるため、底面を樹脂で貼り付ける場合と実質的に同じ構成になる。
【００２９】
また、実装基板１２の屈曲振動の中心線を跨いで搭載される駆動検出回路用部品としてはベアチップＩＣに限られるものではなく、パッケージングされたＩＣや積層チップコンデンサやチップ抵抗などの個別チップ部品であっても構わない。但し、その場合であっても、リード端子が本体から突き出しているような構造の場合にはリード端子がクッションとなって実装基板の剛性向上の効果を発揮できない可能性がある。したがって、部品本体の底面などに形成された外部電極を端子として利用し、部品本体の底面ができるだけ広い範囲で実装基板の底面に密着するように搭載される部品が望ましい。また、ＢＧＡやＬＧＡパッケージでもほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３０】
ところで、上記の実施例においては、実装基板１２の単体時の屈曲振動の自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数より低く、かつ振動子２および駆動検出回路用部品１３を搭載後の屈曲振動の自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数より高くなるように構成されているものとした。しかしながら、必ずしもこれに限定されるものではなく、振動子および駆動検出回路用部品を搭載後の自己共振周波数が単体での自己共振周波数より高くなるように構成されていれば構わないものである。例えば、単体での屈曲振動の自己共振周波数が図２のＢの位置で示される実装基板に振動子および駆動検出回路用部品を搭載することによって、自己共振周波数が図２のＢ’の位置で示されるようになった場合でも、実装基板の屈曲振動の振幅が小さくなるという効果は存在するので、特性ばらつきの低減や低背化、低価格化などの効果は同様に得られるものである。
【００３１】
但し、上記の場合の例外として、実装基板１２の振動子２および駆動検出回路用部品１３を搭載後の屈曲振動の自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周波数にほぼ一致するという条件がある。この場合は図２より分かるように、振動子や駆動検出回路用部品を搭載することによって実装基板の屈曲振動の振幅が逆に大きくなってしまう可能性があり、逆効果となる。したがって、このような条件は本発明には含まれない。
【００３２】
なお、上記の実施例においては、振動子として四角柱状のバイモルフ構造を有するものを示した。しかしながら振動子の形状は四角柱状に限られるものではなく、円柱状や三角柱状、５角以上の多角柱状であっても構わないものである。
【００３３】
また、支持部材に関しても上記の実施例のような略線状のものに限られるものではなく、振動子を実装基板の一方主面上に支持するものであれば、例えば振動子のノード部の周囲を囲む輪のような形状であっても構わないものである。
【００３４】
図５に、本発明の電子装置の一実施例であるビデオカメラの斜視図を示す。図５において、ビデオカメラ２０は、手ぶれ補正用に本発明の振動ジャイロ１を備えている。
【００３５】
このように構成されたビデオカメラ２０においては、本発明の振動ジャイロを備えているために常に正確な角速度情報が得られ、性能の向上を図ることができる。
【００３６】
なお、本発明の電子装置としては、ビデオカメラに限られるものではなく、振動ジャイロを同じく手ぶれ補正用に用いるデジタルカメラや、位置検出に用いるナビゲーションシステム、自動車の横転検出システムなど、振動ジャイロを用いるあらゆる電子装置を含むものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロによれば、実装基板の一方主面上にノード部を支持部材を介して支持されて搭載された両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と駆動検出回路用部品を備えるとともに、実装基板が、単体での屈曲振動の自己共振周波数が振動子の屈曲振動の周波数より低く、振動子および駆動検出回路用部品を搭載後の屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲振動の自己共振周波数より高くなり、しかも振動子の屈曲振動の周波数と一致しないように構成されていることによって、実装基板の振動を抑圧でき、カバーを搭載することによって振動ジャイロの特性が最適な状態からずれるのを防止することができる。また、振動ジャイロの特性ばらつきを低減することができる。さらに、振動ジャイロの低背化を図ることもできる。このような構成は、駆動検出回路用部品の中の少なくとも１つを実装基板の屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載することによって実現される。
【００３８】
そして、これらは、実装基板が、振動子および駆動検出回路用部品を搭載後の屈曲振動の自己共振周波数が振動子の屈曲振動の周波数より高くなるように構成されている場合により効果的である。
【００３９】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の振動ジャイロを用いることによって、常に正確なセンサ情報を得ることができ、性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロの一実施例を示す分解斜視図である。
【図２】振動ジャイロの実装基板の自己共振周波数と共振による振動の振幅との関係を示す特性図である。
【図３】図１の振動ジャイロの振動子および実装基板の屈曲状態を示す側面図である。
【図４】図１の振動ジャイロのカバー搭載前の平面図である。
【図５】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…振動ジャイロ
２…振動子
８、９、１０、１１…支持部材
１２…実装基板
１３、１４、１５…駆動検出回路用部品
１６…カバー
ｎ１…振動子の屈曲振動の腹部中心線
ｎ２…実装基板の屈曲振動の腹部中心線
２０…ビデオカメラ
【図１】
0003687619.tif 000002
【図２】
0003687619.tif 000003
【図３】
0003687619.tif 000004
【図４】
0003687619.tif 000005
【図５】
0003687619.tif 000006