(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音叉を形成する２つのアーム及び少なくとも該アーム上に設けられたコリオリ力により生じる検出振動を検出する検出電極とベース部とを有する音叉型振動ジャイロにおいて、
前記ベース部は、前記２つのアームと一体に構成されたベースと、該ベースの底面に取り付けられ該ベースとは別体で構成されるホールダとを有し、
前記ホールダは、前記検出振動による前記ベース部の回転運動中心に位置決めされたスリットを有し、
前記スリット内に設けられる支持板と、該支持板と前記ベース部を固定する弾性接着剤とにより支持部が構成されることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転角速度検出に使用されるジャイロに関し、より詳細には、音叉型振動ジャイロに関する。
近年の車載ナビゲーションやカメラの手振れ防止等に使用されるジャイロ（ジャイロ素子ともいう）において、高精度化や高感度化が求められている。このため、振動ジャイロ特に圧電素子を用いた音叉型振動ジャイロに関する技術開発が活発化している。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、音叉形振動体の振動を示す図である。音叉形振動体１は２つのアーム２、３及びこれらを支持するベース４を有する。アーム２、３とベース４とは、圧電体（例えば圧電単結晶）を加工した一体のものである。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、音叉形振動体はｆｙモード振動（面垂直振動）及びｆｘモード振動（面内振動）の２種類の異なる振動がある。図１６（Ａ）に示すように、ｆｙモード振動はねじり振動（点線の矢印）を含むので、記号”×”で示すように不動点はベース４の底面の一点にある（不動点をベースの回転運動中心ともいう）。一方、図１６（Ｂ）に示すように、ｆｘモード振動の不動部分はベース４の底面上の中央線である。従って、例えばベース４の長さＬを適当に調節することで底面の動きを実質的にゼロに抑えることができる。
【０００３】
一般に、ｆｘモード振動（駆動振動モード）を駆動し、ｆｙモード振動（検出振動モード）を検出することで、コリオリ力による出力を得る。
本出願人は先の上記の点を考慮し、特願平６−２６８９７６号で、図１７（Ａ）及び図（Ｂ）に示す構成を提案している。図示するように、音叉型振動体１のベース４に支持基板（以下、ホールダ）５を結合することで、音叉型振動体１を支持する構成としている。ベース４にホールダ５を取り付けると、ｆｙモード振動はホールダ５に対してねじれ応力（図１７（Ａ）の矢印）を与えるのに対して、ｆｘモード振動はホールダ５に圧縮応力（図１７（Ｂ）の矢印）を与える。音叉全長に対するホールダ５の長さを適当に設定すれば、面内振動のホールダ５付近の振動をほとんど抑圧でき、ホールダ５の影響を実質的に無視することができる。なお、ベース４とホールダ５とをあわせてベース部と呼ぶ。
【０００４】
一方、ｆｙモード振動のねじれ変位は、面内振動の縦変位に比べて非常に大きい。ｆｙモード振動においては、ホールダ５も図１７（Ａ）の矢印で示すように、ホールダ５内の回転運動中心（ホールダ５の中心にあるｙｚ平面）を中心として回転運動（捩じれ運動）を起こす。すなわち、検出側のｆｙモード振動は振動体１とホールダ５とが一体となって振動するので、ホールダ５の形状、材質及び重量等で共振周波数及び機械的Ｑを変化させることができ、所望のｆｙモード振動の周波数帯域を設定できる。
【０００５】
例えば、ホールダ５の重量を変える（例えば、ホールダ５に重りを取り付ける）ことは、ホールダ５の回転運動を抑制する作用をする。ホールダ５の回転運動が抑制されたことで、検出周波数は低下する。なお、ベース４に重量を付加しても同様の効果が得られる。
【０００６】
上記の点を考慮して、図１７に示すジャイロは、図１８に示すように基板６上に支持される。図１８は図１７におけるホールダ５の底面から基板に実装されたジャイロを見た図である。ホールダ５の中心にピン８が貫通している。ピン８は弾性部材（例えば、弾性接着剤）７により基板６上に支持される。この取り付け構造では、ｆｘモード振動は基板６の面に平行に起こり、ｆｙモード振動は基板６の面に垂直に起こる。ジャイロはホールダ５の中心で支持されるので、上記ホールダ５の回転運動は抑制されることがない。よって、重りの付加等の検出周波数の調整は容易である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８に示すような取り付け構造は外部振動の影響を受けやすいという問題点を有する。外部振動を受けると、ジャイロは図１８の矢印で示す方向にピン８の付け根を支点として首振り運動を起こす。例えば、図１７の（Ａ）で示す回転運動とは異なる回転運動が外部振動によりベース部に引き起こされ、ノイズ（特にクロストークノイズと呼ぶ）となって検出電極に現われる。図１８の矢印でしめす不要運動以外の運動（ｘ、ｙ、ｚ軸方向の全てで発生する）も発生するが、ノイズとなって顕著に現われるのは、上記首振り運動である。このようなクロストークノイズは、例えば車載用等、常に振動が発生する環境では誤差となり、精度の良い角速度の検出ができないという問題点がある。
【０００８】
なお、ベース部全体を固定すれば上記首振り運動を防止できるが、ベース部が運動できなくなるため重りの付加等による周波数調整が行えなくなってしまう。
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、外部振動によるクロストークノイズの発生を抑さえ、なおかつベース部の調整により検出振動の周波数調整も可能である音叉型振動ジャイロを提供することを目的とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、音叉を形成する２つのアーム及び少なくとも該アーム上に設けられたコリオリ力により生じる検出振動を検出する検出電極とベース部とを有する音叉型振動ジャイロにおいて、前記ベース部は、前記２つのアームと一体に構成されたベースと、該ベースの底面に取り付けられ該ベースとは別体で構成されるホールダとを有し、前記ホールダは、前記検出振動による前記ベース部の回転運動中心に位置決めされたスリットを有し、前記スリット内に設けられる支持板と、該支持板と前記ベース部を固定する弾性接着剤とにより支持部が構成されることを特徴とする。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態を示す斜視図である。音叉型振動ジャイロは音叉型振動体１０、ホールダ１８及び支持部５６を有する。音叉型振動体１０は、２つのアーム１２及び１４とベース１６を有する。ベース１６の底面にはホールダ１８が取り付けられている。支持部５６は、支持板５２と弾性接着剤５４とを有する。ベース１６とホールダ１８とで、音叉型振動ジャイロのベース部を構成する。
【００２１】
本発明の一実施形態の特徴は、ホールダ１８にスリット５０を設け、このスリット５０内に支持板５２を挿入し、弾性接着剤５４でホールダ１８と支持板５２とを接着した構成にある。この構成は、ベース部の回転運動の自由度を奪うことなく、かつベース部の首振り運動を抑制することで、外部振動によるクロストークノイズの発生を抑さえ、なおかつベース部の調整により検出側振動の周波数調整も可能とすることを意図したものである。
【００２２】
スリット５０は、ホールダ１８の回転運動中心（ホールダ１８の中心に位置するｙｚ平面）を含み、駆動振動方向（ｘ軸方向）に垂直な方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、スリット５０は、ホールダ１８の回転運動中心を通り、検出振動方向（ｆｙモード振動）に延びている。このホールダ１８内に、１つの支持板５２が設けられている。支持板５２はスリット５０の深さ（ｚ軸方向）とほぼ等しいか又はそれ以上の幅を有する。また、スリット５０の幅（ｘ軸方向）は、支持板５２の厚みよりも多少大きい。弾性接着剤５４をスリット５０の内部及びその周囲に塗布することで、支持板５２とホールダ１８とは接着固定されている。
【００２３】
支持板５２は回転運動中心に位置しているので、コリオリ力によるアーム１２及び１４のｆｙモード振動によるベース部の回転運動が妨げられることはない。よって、重り等の付加又は、ホールダ１８に切り欠き等を設けることで検出周波数の調整を容易に行うことができる。また、支持板５２はホールダ１８の両面からｙ軸方向に外側に延びているため、この部分で支持板を支えることで回転運動等の運動を抑制することができる。弾性接着剤５４を用いているため、ホールダ１８の回転運動を妨げることなく、かつ外部振動がベース部に伝わり難くなっている。
【００２４】
次に、図２を参照して、図１の構成の詳細を説明する。
図２は、ホールダ１８が取り付けられた音叉型振動体１０を示す斜視図である。音叉型振動体１０は、圧電体単結晶などの圧電体のバルク又は薄板上に圧電体を設けたものなどで構成できる。圧電体単結晶としては、タンタル酸リチューム（ＬｉＴａＯ3 ）の１３０度回転ｙ板などを用いることができる。なお、単結晶はセラミックスにくらべ内部損失が少なく、ヒステリシスのなく、音叉振動子として機械的Ｑの高いものが実現できる。矩形状のタンタル酸リチューム（ＬｉＴａＯ3 ）の１３０度回転ｙ板に、ダイシングソー又はワイヤーソーで音叉としての切れ目を加工した後、側面を含む全面にスパッタリング等により薄膜（例えば、ＮｉＣｒ／Ａｕ）を形成し、その後、前後面及び側面の電極及び配線を光露光法により加工する。なお、ＬｉＮｂＯ3 等の他の圧電体単結晶や、その他の圧電素子を用いることができる。また、ホールダ１８はアルミナ基板、エポキシプリント板及び液晶ポリマ等を用いて形成される。
【００２５】
図２に示す音叉型振動体１０上に設けられた電極構成を図３に示す。アーム１４を介してｆｘモード振動を駆動し、アーム１２を介してｆｙモード振動を検出する。電極３０は接地電極として機能し、アーム１２側の検出側電極のうちの電極２８と電気的に接続してある。なお、電極２２及び２４には端子Ｔ１及びＴ２を介して駆動電圧を印加する。検出側電極は電極２６及び電極２８を有する。電極２８は接地電極として機能し、アーム１２の３つの側面上に設けられている。残りの側面に、電極２６が設けられている。電極２６及び２８には端子Ｔ３及びＴ４を介して駆動電圧を印加する。電極３０は電極２８を介して接地電位に設定され、かつ電極２８はアーム１２の３つの側面を覆っているので、電極２２及び２４に対するシールド効果が得られる。また、電極２４を接地から浮かして使用することができ、回路設計的にも有利である。更に、アームの３側面を覆う電極２８の作成は容易であり、電極の位置ずれによる駆動モードとの結合の割合も減少する。
【００２６】
図２に戻り、配線３４はアーム１４の電極２２と端子Ｔ１とを接続し、配線３６はアーム１４の電極２４（図２では現れない）と端子Ｔ２とを接続する。配線３８はアーム１２の電極２６と端子Ｔ３とを接続し、配線４０はアーム１２の電極２８と電極３０及び端子Ｔ４とを接続する。なお、共振に与える影響をできるだけ少なくするために、音叉型振動体１０上に形成されるパターン及び配線はできるだけ対称になるように形成することが好ましい。更に、共振に与える影響を軽減するために、ホールダ１８上に形成されるパターンはできるだけ対称になるようにすることが好ましい。図２の例では、ホールダ１８上に端子Ｔ１１〜Ｔ１４及び外部接続用端子Ｔ２１〜Ｔ２４、並びにこれらを接続する配線が設けられている。端子Ｔ１１〜Ｔ１４と外部接続用端子Ｔ２１〜Ｔ２４とは、導電性接着剤で電気的に接続される。
【００２７】
図２に示すホールダ１８は矩形状で、その厚みは音叉型振動体１０の厚みにほぼ等しい。これは、ｆｙモード振動でホールダ１８も音叉型振動体１０と一緒に共振させるためである。また、厚みが同じであると、音叉型振動体１０のホールダ１６の面とベース１８の所定の側面を突き合わせて各々の電極を対向させることが容易になる。なお、ホールダ１８の形状は矩形状に限定されるものではなく、他の形状を用いてもよい。
【００２８】
スリット５０は、ホールダ１８の回転運動中心を含むように形成されている。スリット５０は、ホールダ１８の向かい合う面を接続するように形成されている。スリット５０の幅は、挿入される支持板５２の厚みよりも大きい。
図４は、図２に示す構成の変形例である。なお、図４中、図２に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けてある。図４に示す構成は、後述する実装形態を考慮した場合に好ましい構成を有する。図２では端子Ｔ２１〜Ｔ２４は同一面上に形成されているが、図４に示す構成では端子Ｔ２１とＴ２２をホールダ１８の裏面に設け、端子Ｔ１１とＴ１２との接続をホールダ１８に設けられたスルーホール５８及び６０を介して実現する。なお、例えば、端子Ｔ２１とＴ２２はそれぞれ端子Ｔ２３とＴ２４に対向する位置に設けられる。
【００２９】
図５は、上記音叉型振動ジャイロを配線基板６６上に実装した様子を示す斜視図である。なお、図５は実装状態を主として説明するものであるから、図４に示す配線パターン等は適宜省略してある。図５に示す支持板６２は断面が略Ｕ字状で、その端部に突起部が設けられている。この突起部が配線基板６６に形成されたホール内に挿入される。支持板６２の水平部はホールダ１８内のスリット５０内に挿入され、弾性接着剤５４でホールダ１８にフレキシブルに取り付けられている。ホールダ１８の向かい合う面に設けられた端子Ｔ２１〜Ｔ２４（Ｔ２１とＴ２２は図５では現われない）は、導電性のソフトワイヤ６４を介して、配線基板６６上の端子６８に接続されている。ホールダ１８の下側側面は、ホールダ１８の運動を妨げないように、配線基板６６に接触しないように保持する。
【００３０】
支持板６２は、剛体（例えば鉄）や弾性体（例えばポリエチレン系プリント板やフェノール系高分子材料の板）で形成できる（前述の支持板５２も同様である）。また、弾性接着剤５４は例えばシリコーン系又はウレタン系の接着剤を用いることができる。
【００３１】
図６は、図１８に示す従来の実装構造と図５に示す本発明の一実施形態におけるクロストーク出力変化を示す図である。図６のグラフの横軸は接着剤５４の量（樹脂量）を示し、縦軸はクロストーク出力（ｍＶ）を示す。図６から、図５に示す構成は従来構造に比べクロストーク出力が大幅に減少していることが判る。なお、接着剤５４の量がある量を越えると、クロストーク出力に大きな変化はないことも判る。
【００３２】
図７は、図５に示す実装構造におけるホールダ１８の重量による検出側共振周波数の変化を示す図である。図７のグラフの横軸は密度（ホールダ１８の重量に相当）を示し、縦軸は検出側共振周波数（ｋＨｚ）を示す。ホールダ１８の重量を増やすと検出側共振周波数はほぼ逆比例で減少する。これにより、図５に示す実装構造がベース部（ベース１６とホールダ１８）の回転動作を妨げていないことが判る。
【００３３】
図８は、本発明の第１参考例を示す斜視図である。なお、図８中、前述した図に示される構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けてある。第１参考例は、前述の支持板５２、６２に代えて支持棒７０を用いていることを特徴とする。支持棒７０は、ホールダ１８に設けられたスリット５０内に挿入され、図８中の円で示す部分（ホールダ１８の回転運動中心を含む部分）に弾性接着剤（図示を省略する）を塗布することで、支持棒７０をホールダ１８にある弾性をもって取り付ける。実装に際しては、支持棒７０の両側均等位置を支えるようにする。また、支持棒７０を断面が略Ｕ字状になるように折り曲げて、図５に示す方法と同様な方法で配線基板上に取り付けることもできる。支持棒７０は、前述の支持板５２、６２と同様に、剛体（例えば鉄）や弾性体（例えばポリエチレン系プリント板やフェノール系高分子材料の板）で形成できる。第１参考例によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
図９は、本発明の第２参考例を示す斜視図である。なお、図９中、前述した図に示される構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。第２参考例は、スリットを設ける代わりに、支持棒７０を通すスルーホール７４をホールダ７２に設けたことを特徴とする。このスルーホール７４は、ホールダ７２の回転運動中心を通るように位置決めされている。スルーホール７４内には弾性接着剤が充填され、支持棒７０をホールダ７２に取り付ける。実装に際しては、支持棒７０の両側均等位置（図９の２つの円で示す）を支えるようにする。また、支持棒７０を断面が略Ｕ字状になるように折り曲げて、図５に示す方法と同様な方法で配線基板上に取り付けることもできる。第２参考例によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】
図１０は、本発明の第３参考例を示す斜視図である。なお、図１０中、前述した図に示される構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。第３参考例は、支持棒を複数（図１０では、支持棒７０と７８の２本）設けたことを特徴とする。ホールダ７６には２つのスルーホール８０と８２が設けられている。スルーホール８０と８２はそれぞれ、ホールダ７６の回転運動中心を通るように位置決めされている。支持棒７０と７８はそれぞれスルーホール８０と８２を通り、スルーホール８０と８２内に充填された弾性接着剤でホールダ７６に接着されている。支持棒７０と７８の夫々において、ホールダ７６の両側で支持する。図１０の構成は、図９に示す構成に比べ、音叉型振動ジャイロを確実に支持することができる。第３参考例によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
図１１は、図１０に示す構成の変形例を示す斜視図である。なお、図１１において、図１０に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。図１１に示す構成は、音叉型振動ジャイロを立てたように配線基板上に実装することを特徴とする。このために、支持棒７０と７８を図１１に示すように折り曲げてある。支持棒７０はアーム１４側に折り曲げられており、支持棒７８はアーム１２側に折り曲げてある。支持棒７０と７８のそれぞれの先端を配線基板に設けられたホール内に挿入又は配線基板上に固定することで、音叉型振動ジャイロの縦方向実装が可能となる。
【００３７】
図１２は、本発明の第４参考例を示す斜視図である。なお、図１２において、前述した図に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。第４参考例で用いられるホールダ８４は、スリットやスルーホールを持たない。ホールダ８４の向かい合う面上に支持板８６Ａ及び８６Ｂを垂直に立てて、弾性接着剤８８でホールダ８４に取り付ける。支持板８６Ａ及び８６Ｂを設ける位置は、ホールダ８４の回転運動中心である。第４参考例５によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。なお、支持板８６Ａと８６Ｂの支持を補強するために、ホールダ８４の向かい合う面に浅い溝を設け、これに支持板８６Ａと８６Ｂをはめ込むこととしても良い。
【００３８】
図１３は、本発明の第５参考例を示す斜視図である。なお、図１３において、前述した図に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。第５参考例では、弾性体のブロック９０Ａと９０Ｂで支持板８６Ａを上下方向から挟むように支持し、同様に弾性体のブロック９０Ｃと９０Ｄで支持板８６Ｂを上下方向から挟むように支持する。弾性体のブロック９０Ａ〜９０Ｄの取り付けには、弾性接着剤を用いる。第５参考例によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
図１４は、本発明の第６参考例を示す斜視図である。なお、図１４において、前述した図に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。ホールダ８４の向かい合う面上に支持棒９２Ａ〜９２Ｄを垂直に立てて、弾性接着剤９４でホールダ８４に取り付ける。支持棒９２Ａ〜９２Ｄを設ける位置は、ホールダ８４の回転運動中心である。第６参考例によれば、上記した本発明の一実施形態と同様の効果が得られる。なお、支持棒９２Ａ〜９２Ｄの支持を補強するために、ホールダ８４の向かい合う面に浅い溝を設け、これに支持棒９２Ａ〜９２Ｄをはめ込むこととしても良い。
【００４０】
図１５は、図１４に示す構成の変形例を示す斜視図である。なお、図１５において、図１４に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けている。図１５に示す構成は、音叉型振動ジャイロを立てたように配線基板上に実装することを特徴とする。このために、支持棒９２Ａ〜９２Ｄを図１５に示すように折り曲げてある。支持棒９２Ａはアーム１４側に折り曲げられており、支持棒９２Ｂはアーム１２側に折り曲げてある。また、支持棒９２Ｃはアーム側に折り曲げられており、支持棒９２Ｄはアーム１２側に折り曲げてある。支持棒９２Ａ〜９２Ｄのそれぞれの先端を配線基板に設けられたホール内に挿入又は配線基板上に固定することで、音叉型振動ジャイロの縦方向実装が可能となる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明した。本発明は、上記構成に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の形態が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持部がコリオリ力を検出する検出振動によるベース部の回転運動中心に位置決めされているので、この回転運動を妨げることはない。よって、ベース部の調整により、検出振動の周波数調整が容易に行える。また、支持部は前記検出振動方向において向かい合う前記ベース部の両面から外側に延びているので、外部振動に起因した不要なベース部の運動を抑制でき、クロストークノイズ等を軽減させることができる。
【００４３】
また、支持部や接着剤に弾性体を用いることで、外部振動がベース部に伝わり難くなるので、上記の効果がより顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】  本発明の各実施の形態で用いられる音叉型振動体を示す斜視図である。
【図３】  図２に示す音叉型振動体の電極構成を示す図である。
【図４】  図２に示す音叉型振動体の変形例を示す斜視図である。
【図５】  本発明の一実施形態による音叉型振動ジャイロを配線基板に実装した状態を示す斜視図である。
【図６】  従来構成との対比において本発明の効果を示すクロストーク出力変化を示すグラフである。
【図７】  本発明の効果を示すホールダ重量による検出側共振周波数変化を示すグラフである。
【図８】  本発明の第１参考例を示す斜視図である。
【図９】  本発明の第２参考例を示す斜視図である。
【図１０】  本発明の第３参考例を示す斜視図である。
【図１１】  図１０に示す構成の変形例を示すである。
【図１２】  本発明の第４参考例を示す斜視図である。
【図１３】  本発明の第５参考例を示す斜視図である。
【図１４】  本発明の第６参考例を示す斜視図である。
【図１５】  図１４に示す構成の変形例を示す斜視図である。
【図１６】  音叉型振動体の振動を説明するための図である。
【図１７】  音叉型振動体にホールダを取り付けた状態での振動を説明するための図である。
【図１８】  従来の実装方法及びその問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０    音叉型振動体
１２    アーム
１４    アーム
１６    ベース
１８    ホールダ
５０    スリット
５２    支持板
５４    弾性接着剤
５６    支持部
【図１】
0004050343.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004050343.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004050343.tif 000016
【図１６】
0004050343.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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