(57)【要約】 【課題】  簡単な構造の支持部材を用いることによって、振動子の振動に対する影響を小さくして特性を向上させ、さらには基板への接続点を半減させた、小型で高精度な振動ジャイロを提供する。【解決手段】  振動ジャイロ１は、支持基板２と、円柱状の振動子３、支持部材４，５，６，７を備える。円柱状の振動子３の円柱面には、複数の電極８が配置されている。振動子３は、その円柱面に配置された複数の電極８の間で分極されている。また、振動子３は、その振動子中心軸ｚ１と直交しかつ支持基板に平行となる２本のｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２と、同様に振動子中心軸ｚ１と直行しかつ支持基板２に垂直となる２本のｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２を軸として、ほぼこれらのｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２と、ｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２の軸方向に振動するようになっていて、２軸方向の両端解放屈曲振動する圧電特性を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と振動子からなり、前記振動子の中心軸が前記支持基板と平行しており、前記中心軸に直行する第１の方向、および前記中心軸と前記第１の方向に直行する第２の方向に両端開放屈曲振動する柱状の振動子と、前記支持基板と平行かつ前記振動子を含む平面上で、前記中心軸と直行する方向からノード点近傍を保持する支持部材とを備え、前記振動子は前記支持基板に接続された前記支持部材によって保持されることを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項２】
前記振動子が円柱であ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】
前記支持部材が、前記振動子の中心軸と垂直に交わる平面上で屈曲する屈曲部を有す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４】
前記支持部材が前記振動子を保持する位置から前記振動子の外側へ遠ざかる方向へ延在する第１の延在部と、前記第１の延在部と連続しかつ１８０度屈曲する屈曲部と、前記屈曲部を経て前記振動子方向へ延在する第２の延在部と、前記第２の延在部において、前記支持基板方向へ屈曲し、前記支持基板と垂直に接続する接続部とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【請求項５】
前記支持部材が前記振動子を保持する位置にて、前記振動子を安定して挟持するための拡大部を持つことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【請求項６】
前記支持部材が導電材料から形成され、前記振動子に形成された電極と電気的および機械的に接続され、前記支持部材によって前記支持基板と前記振動子を電気的かつ機械的に接続することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【請求項７】
前記支持部材が前記振動子を保持する位置から前記支持基板への接続される位置までの間が、単一の平面上に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ補正装置などに用いられる振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のナビゲーションシステムやビデオカメラの手ぶれ補正装置などにはジャイロが用いられ、その１つとして、振動している物体に回転角速度を与えると、その振動方向と直角方向にコリオリの力による振動が生じるという力学現象を利用した振動ジャイロがある。
【０００３】
この振動ジャイロを構成する振動子は、振動系として、互いに直交する２つの方向の励振とその検出が可能であるように圧電体の振動子に複数の電極を配置して構成される。この振動系に電気的な入力を与えることによって、一方の振動を励振した状態で、振動子自体を、その振動子の２つの振動面が交わる線と平行な軸を中心軸として回転させると、上述したコリオリの力の作用によって、もう一方の振動が励振され、その振動の大きさに応じた電気的な出力を生じる。
【０００４】
このコリオリの力により新たに励振された振動の大きさは、電気的な入力による振動の大きさと振動子の加えられた回転角速度に比例するために、電気的な入力を一定にした場合、振動子に加えられた回転角速度に応じた電気的な出力が得られ、その出力の大きさから加えられた回転角速度を求めることができる。そのため、振動ジャイロにおいては上述した回転角速度の検出感度を高めるために、振動子の振動を妨げることなく支持しつつ、回路基板または筐体に固定したうえで、電気的な接続を確保できるような支持構造が不可欠となる。
【０００５】
図５は、従来の振動ジャイロを示す斜視図である。図５は、特許文献１に記載されているものである。この特許文献１には、複数の電極１０８を設けた柱状の振動子１０３を、前記振動子１０３の幅方向両側へ延在する２対の支持部材１０４，１０５，１０６，１０７を用い、前記振動子１０３の２カ所の保持位置（図示せず）にて、前記振動子１０３の厚み方向の上方側と下方側から挟持し、前記振動子１０３の保持位置から厚み方向中性面への屈曲部と、厚み方向中性面において、前記振動子１０３の長手方向への屈曲部を併せ持つ振動ジャイロ１０１が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された振動ジャイロ１０１においては、前記振動子１０３を前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７によって厚み方向から挟持し、前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７は、前記保持位置から複数の屈曲部を経て厚み方向中性面へ延在しているために、複数の３次元的な屈曲部を持つ複雑な構造となっている。一方、前記振動ジャイロ１０１の特性には支持基板１０２等に対する前記振動子１０３の３次元的な位置精度が大きく影響するために、前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７に対しては高い寸法精度が要求される。そのため、前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７に複数の曲げ加工が要求されるような複雑な構造になるほど加工時の誤差が累積しやすく、前記振動ジャイロ１０１の特性の悪化や要求される加工精度向上による費用の上昇といった問題があった。
【０００８】
また、特許文献１に開示された前記振動ジャイロ１０１においては、前記振動子１０３の１つの前記保持位置から前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７を前記振動子１０３の幅方向両側へ延在し、その両端が複数の屈曲を経て前記支持基板１０２等へ接続され、４つの接続される位置から延在する前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７は計８カ所の接続点によって前記支持基板１０２に接続される構成が示されている。一般的にジャイロ振動子の電気的な接続点は４カ所であるのに対し、基板接続点が多く、振動ジャイロの小型化を図る上での障害となる問題があった。
【０００９】
また、特許文献１に開示された前記振動ジャイロ１０１においては、前記振動子１０３を厚み方向から挟持し固定する構造上、前記振動子１０３への前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７の固定位置が前記振動子１０３の中性面上に存在する前記保持位置から振動子厚みの約半分オフセットしている上に、前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７の主たる変位吸収部位が前記振動子１０３の保持軸から離れて存在するために、前記各支持部材１０４，１０５，１０６，１０７の各部位は振動子の屈曲振動によって保持軸からの距離に応じた変位が生じ、前記振動子１０３の振動に対してその変位による影響が生じ、前記振動ジャイロ１０１の特性が劣化しやすいといった問題があった。
【００１０】
本発明は、簡単な構造の支持部材を用いることによって、振動子の振動に対する影響を小さくして特性を向上させ、さらには基板への接続点を半減させた、小型で高精度な振動ジャイロを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、支持基板と振動子からなり、前記振動子の中心軸が前記支持基板と平行しており、前記中心軸に直行する第１の方向、および前記中心軸と前記第１の方向に直行する第２の方向に両端開放屈曲振動する柱状の振動子と、前記支持基板と平行かつ前記振動子を含む平面上で、前記中心軸と直行する方向からノード点近傍を保持する支持部材とを備え、前記振動子は前記支持基板に接続された前記支持部材によって保持されることを特徴とする振動ジャイロである。ここで、前記支持基板と平行で、前記振動子を含む平面は、さらに振動子の中心軸を含む平面に近いほど、振動子を安定して挟持することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記振動子が円柱であることを特徴とする振動ジャイロである。
【００１３】
また、本発明は、前記支持部材が、前記振動子の中心軸と垂直に交わる平面上で屈曲する屈曲部を有することを特徴とする振動ジャイロである。
【００１４】
また、本発明は、前記支持部材が前記振動子を保持する位置から前記振動子の外側へ遠ざかる方向へ延在する第1の延在部と、前記第1の延在部と連続しかつ１８０度屈曲する屈曲部と、前記屈曲部を経て前記振動子方向へ延在する第２の延在部と、前記第２の延在部において、前記支持基板方向へ屈曲し、前記支持基板と垂直に接続する接続部とを備えることを特徴とする振動ジャイロである。
【００１５】
また、本発明の振動ジャイロは、前記支持部材が前記振動子を保持する位置にて、前記振動子を安定して挟持するための拡大部を持つことを特徴とする振動ジャイロである。
【００１６】
また、本発明の振動ジャイロは、前記支持部材が導電材料から形成され、前記振動子に形成された電極と電気的および機械的に接続され、前記支持部材によって前記支持基板と前記振動子を電気的かつ機械的に接続することを特徴とする振動ジャイロである。
【００１７】
また、本発明の振動ジャイロは、前記支持部材が前記振動子を保持する位置から前記支持基板への接続される位置までの間が、単一の平面上に配置されることを特徴とする振動ジャイロである。
【発明の効果】
【００１８】
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、簡単な構造の支持部材を用いて、振動子の振動に対する影響を小さくして特性を向上させ、さらには基板への接続点を半減させた、小型で高精度な振動ジャイロを提供することができる。
【００１９】
さらに、支持部材で挟持する柱状の振動子の保持位置を、支持基板と平行で、かつ振動子の中心軸近辺を含む平面上のノード点近傍とすることで、振動子の振動への影響を低減するとともに、外部への振動漏れを低減し、振動ジャイロの特性を向上させることができる。
【００２０】
また、支持部材の構造を簡単にし、高精度で加工できるようにすることによって、振動ジャイロの特性を安定させ、また、支持基板への接続点も半減したので、小型で高精度な振動ジャイロを提供することが可能となり、また、製造費用の点でも従来より非常に有利となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す斜視図である。また、図２は、本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す説明図で、図２（ａ）は、その平面図、図２（ｂ）は、その側面図、図２（ｃ）は、その正面図、図２（ｄ）は、その背面図である。さらに、図３は、本発明による振動ジャイロの実施の形態２の正面図で、図４は、本発明による振動ジャイロの実施の形態３の正面図である。
【００２３】
図１および図２において、振動ジャイロ１は、支持基板２と、円柱状の振動子３、およびりん青銅などの導電性とバネ性を併せ持つ素材からなる支持部材４，５，６，７を備える。前記支持基板２に接続された前記各支持部材４，５，６，７は、振動子３の２カ所で挟持され（以下、この挟持される位置のことを保持位置という）、その挟持する位置を支点として前記振動子３は屈曲振動する。
【００２４】
円柱状の振動子３の円柱面（外周面）には、従来の振動子と同様に、振動系としては、互いに直交する２つの方向の振動とその検出が可能であるように圧電体の振動子に複数の電極８が配置されている。振動子３は、前記外周面に配置された複数の電極８の間で分極されている。また、振動子３は、その中心軸ｚ１と直交しかつ支持基板に平行となる２本のｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２と、同様に振動子中心軸ｚ１と直行しかつ支持基板２に垂直となる２本のｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２を軸として、ほぼこれらのｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２とｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２の軸方向に振動するようになっていて、２軸方向の両端解放屈曲振動する圧電特性を有する。なお、ｘ軸方向振動軸ｘ１とｙ軸方向振動軸ｙ１、ｘ軸方向振動軸ｘ２とｙ軸方向振動軸ｙ２は、それぞれ振動子中心軸ｚ１上で交差している。
【００２５】
円柱状の前記振動子３は、振動子中心軸ｚ１方向に所定距離離れた２カ所の保持位置において、その両側部は挟み込まれるように前記各支持部材４，５，６，７に保持される。この保持位置としては、柱状振動子の両端解放屈曲振動のノード点近傍を選択する。具体的には、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、前記各支持部材４，５，６，７の先端に設けられた部分である円弧形状の拡大部４ｅ，５ｅ，６ｅ，７ｅが、振動子３のノード点を覆い、前記振動子３の外周面とｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２が交差する４つの位置近傍を保持するようにして固定される。前記各支持部材４，５，６，７は、前記円弧形状の拡大部４ｅ，５ｅ，６ｅ，７ｅと、第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、屈曲部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂと、第２の延在部４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃと、近接部４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄを備える。なお、これらの部材から構成される前記各支持部材４，５，６，７は、前記振動子３の振動子中心軸ｚ１におけるｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２で垂直に交わる平面上もしくはその近傍領域内に配置される。
【００２６】
第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａは、前記各円弧形状の拡大部４ｅ，５ｅ，６ｅ，７ｅからそれぞれｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２の近傍に沿って前記振動子３の外側へ遠ざかる方向に延在する。屈曲部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂはＵ字形状の部材であり、第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａの外側端から連続して振動子３の方向へ１８０度折り返す。なお、この折り返しは振動子中心軸ｚ１に対する垂直平面内で行われている。第２の延在部４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃは、この折り返した前記屈曲部４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂに連続して前記振動子３の方向へ延在しており、第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａと平行となる。近接部４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄは、第２の延在部４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃにおける前記振動子３近傍において、支持基板２側に９０度屈曲して、この支持基板２に接続される。従って、近接部４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄはｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２と平行に延在する脚となる。
【００２７】
以上の構造を持つ前記各支持部材４，５，６，７は，平面領域内で構成することができることから、例えば、りん青銅といった導電性とバネ性を併せ持つ素材の薄板をエッチングやプレスによる打ち抜きだけで加工することが可能であり、高い加工精度でかつ安価に製造することや、高い精度を保ったまま小型化を図ることができる。
【００２８】
また、前記各支持部材４，５，６，７が前記振動子３のノード点近傍の４つの保持位置から各１方向に延在し、前記支持基板２への接続も４カ所だけで構成することが可能なため、前記各支持部材４，５，６，７の材料の節減や、前記支持基板２への接続作業にかかる加工費を低減することができ、これにより製造費も低減することができる。前記振動子３を挟持する前記各支持部材４，５，６，７のパターンや前記支持基板２上の部品配置の自由度を増すことが可能となり、前記支持基板２も小型化や費用低減を図ることも可能となる。さらに、支持部材の構造を簡単にし、高精度で加工できるようにすることによって、振動ジャイロの特性を安定させ、また、支持基板への接続点を半減させることによって、小型で高精度な振動ジャイロを製造することができる。
【００２９】
以上の構造を持つ振動ジャイロ１においては、ｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２を軸とする両端解放屈曲振動に対しては、ｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２を中心軸として回転させる作用が前記各支持部材４，５，６，７に加わる。しかし、前記振動子３の両端解放屈曲振動により生じるｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２周りの回転変位は小さく、前記各支持部材４，５，６，７の第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａがｘ軸方向振動軸ｘ１，ｘ２上に存在するために変位が大きく増幅されることもない。そのため、第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａの持つねじり方向のバネ性でその回転変位のほとんどを吸収することが可能であり、前記各支持部材４，５，６，７による前記振動子３の振動阻害や外部への振動漏れを極めて小さくすることができる。
【００３０】
一方、ｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２を軸とする両端解放屈曲振動については、前記各支持部材４，５，６，７における第１の延在部４ａ，５ａ，６ａ，７ａの板厚方向のたわみに基づくバネ性と、ｙ軸方向振動軸ｙ１，ｙ２と平行となる近接部４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄのねじり方向のバネ性で効果的に吸収することができ、前記各支持部材４，５，６，７による前記振動子３の振動阻害や外部への振動漏れを極めて小さくすることができる。
【００３１】
図３は、本発明による振動ジャイロの実施の形態２の正面図である。振動ジャイロ１は、支持基板２と、円柱状の振動子３、およびりん青銅などの導電性とバネ性を併せ持つ素材からなる支持部材６，７を備える。前記各支持部材６，７は、振動子３を２カ所で保持し、第１の延在部が設けられ、折り返されて近接部で前記支持基板２に接続されている。この図３に示した実施の形態２のように、屈曲部が２段階または３段階の屈曲によって実質的に折り返すような構造であってもよい。 
【００３２】
図４は、本発明による振動ジャイロの実施の形態３の正面図である。図３と同様に、振動ジャイロ１は、支持基板２と、角柱状の振動子３、およびりん青銅などの導電性とバネ性を併せ持つ素材からなる支持部材６，７を備える。前記支持基板２に接続された前記各支持部材６，７は、四角柱状の振動子３を両端解放屈曲振動のノード点近傍の２カ所で保持している。この図４に示した実施の形態３のように、本発明の振動子３としては、四角柱であっても支持部材の効果は円柱の場合と同様であり、四角以外の多角柱、楕円等であってもよい。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る振動ジャイロの好適な実施の形態について説明したが、本発明は、係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す斜視図。
【図２】本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す説明図。図２（ａ）は本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す平面図。図２（ｂ）は本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す側面図。図２（ｃ）は本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す正面図。図２（ｄ）は本発明による振動ジャイロの実施の形態１を示す背面図。
【図３】本発明による振動ジャイロの実施の形態２の正面図。
【図４】本発明による振動ジャイロの実施の形態３の正面図。
【図５】従来の振動ジャイロを示す斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１，１０１    振動ジャイロ
２，１０２    支持基板
３，１０３    振動子
４，５，６，７，１０４，１０５，１０６，１０７    支持部材
４ａ，５ａ，６ａ，７ａ    第１の延在部
４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ    屈曲部
４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ    第２の延在部
４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄ    近接部
４ｅ，５ｅ，６ｅ，７ｅ    円弧状の拡大部
８，１０８    電極
ｘ１，ｘ２    ｘ軸方向振動軸
ｙ１，ｙ２    ｙ軸方向振動軸
ｚ１，ｚ２    振動子中心軸
【図１】
2009025172.tif 000003
【図２】
2009025172.tif 000004
【図３】
2009025172.tif 000005
【図４】
2009025172.tif 000006
【図５】
2009025172.tif 000007