JP3698094B2 - 振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents
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Description
【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、たとえばビデオカメラの手ぶれ補正装置やナビゲーションシステムなど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】
図11に、従来の振動ジャイロの概略構成を表す斜視図を示す。図11において、振動ジャイロ1は、圧電体セラミックスからなる柱状の振動子2と、振動子2に接続された金属製の支持部材3、4、5、6と、各支持部材3、4、5、6が固定された筐体7から構成されている。筐体7は絶縁性の樹脂を略枠状に形成して構成されており、各支持部材3、4、5、6が振動子2の幅方向両側に伸びてインサートモールドによって筐体7に固定されることによって、振動子2は筐体7の中央部近傍に保持されている。各支持部材3、4、5、6と筐体7との固定部をそれぞれ固定部3a、4a、5a、6aと呼ぶ。振動子2は厚み方向に両端開放の屈曲振動するように構成されており、各支持部材3、4、5、6はそれぞれ振動子2の2つのノード付近に固定されている。
【0003】
なお、振動ジャイロ1においては振動子2の下部側のみに支持部材が固定されているが、実際には振動子2の上部側にも筐体7との間に支持部材が固定されることになる。
【0004】
また、各支持部材3、4、5、6は、支持部材3と4、および支持部材5と6をそれぞれ連続した1本の部材で構成する場合もある。
【0005】
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の上下面に所定の電極(図示せず)が形成されており、その電極に支持部材を介して駆動信号を印加することによって振動子2をその厚み方向に屈曲振動させる。このように屈曲振動する振動子2に、その長手方向を回転の軸とする角速度が加わると、コリオリ力によって振動子2はその幅方向に屈曲振動する。この振動子2の幅方向の屈曲振動の大きさを、振動子2に形成されたコリオリ力検出用の電極(図示せず)とそれに接続された支持部材を介して検出することによって、振動ジャイロ1に加わっている角速度の大きさ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】
一般の電子部品と同様に、振動ジャイロにも小型化の市場要求がある。しかしながら、振動ジャイロは運動する質点に加わるコリオリ力を検出するという動作原理上、小型化による振動子を保持する筐体の軽量化によって振動子の振動漏れが大きくなり、温度ドリフトが大きくなるという問題がある。しかも、支持部材を振動子に駆動信号を印加したり検出信号を取り出したりするリードとしても利用するため、筐体を金属製にして重量化を図ることもできない。
【0007】
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、小型化しても温度ドリフトの性能劣化を防止することのできる振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【0008】
【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、振動子と、該振動子のノード付近に固定された複数の支持部材を介して前記振動子を保持する筐体とを備えた振動ジャイロにおいて、前記筐体が前記複数の支持部材を固定する複数の固定部を有するとともに、少なくとも2つの前記固定部の近傍間に連続して形成された金属製の剛性補強板を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の振動ジャイロは、前記振動子が柱状に形成され、前記複数の支持部材が前記振動子に固定された位置から前記振動子の幅方向両側に伸びて前記筐体に固定されてなり、前記剛性補強板が、前記振動子の幅方向一方側に伸びた支持部材の固定部の近傍と前記振動子の幅方向他方側に伸びた支持部材の固定部の近傍の間に連続して形成されてなることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の振動ジャイロは、前記振動子が柱状に形成されてその長手方向に複数の振動のノードを有し、前記複数の支持部材が各ノード毎に前記振動子に固定された位置から前記振動子の幅方向両側に伸びて前記筐体に固定されてなり、前記剛性補強板が、前記振動子の幅方向一方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間、および前記振動子の幅方向他方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間に、それぞれ連続して形成されてなることを特徴とする。
【0011】
そして、本発明の振動ジャイロは、前記剛性補強板が、前記振動子の厚み方向に直交する面を有することを特徴とする。あるいは、前記剛性補強板が、前記振動子の長手方向に直交する面を有することを特徴とする。さらに、前記剛性補強板が、前記振動子の幅方向に直交する面を有することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の振動ジャイロは、前記筐体が絶縁性の樹脂からなり、前記剛性補強板が前記筐体にインサートモールドされていることを特徴とする。
【0013】
また、本発明の振動ジャイロは、前記筐体が絶縁性の樹脂からなり、前記剛性補強板が前記筐体に接着されていることを特徴とする。
【0014】
また、本発明の振動ジャイロは、前記筐体が前記振動子および前記複数の支持部材をその中に収容する略枠状に形成されており、前記剛性補強板が前記振動子および前記複数の支持部材を保護するカバーとして構成されていることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の振動ジャイロは、前記剛性補強板の熱膨張係数を前記振動子の熱膨張係数に略一致させたことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の振動ジャイロは、前記剛性補強板が接地されていることを特徴とする。
【0017】
そして、本発明の電子装置は、上記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。
【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、振動子の振動漏れを少なくし、温度ドリフトの性能劣化の防止を図ることができる。
【0019】
また、本発明の電子装置においては、高性能化を図ることができる。
【0020】
【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、図11と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【0021】
図1に示した本発明の振動ジャイロ10においては、従来の振動ジャイロ1における筐体7に代えて同じく略枠状に形成された筐体11を備えている。各支持部材3、4、5、6は筐体11に固定されており、その固定部は従来例の場合と同様にそれぞれ固定部3a、4a、5a、6aと呼ぶ。そして、筐体11の筐体7との違いは、樹脂の内部にインサートモールドされた金属製の剛性補強板12を備えていることである。そして、剛性補強板12は振動子2と略一致する熱膨張係数を備えており、しかも図示は省略するが接地されている。
【0022】
ここで、図2に、剛性補強板12の構成を表す斜視図を示す。図2は、図1と同じ位置から見た斜視図である。
【0023】
図2に示すように、剛性補強板12は、振動子2の長手方向に伸びるとともに振動子2の幅方向に直交する面を有する補強部材13および14と、振動子2の幅方向に伸びて補強部材13および14を互いに接続する補強部材15および16と、それぞれ補強部材15および16に接続されてなり、振動子2の幅方向に伸びるとともに振動子2の長手方向に直交する面を有する補強部材17および18からなる。そして、各補強部材13、14、15、16、17、18は全て1枚の金属板を折り曲げて形成されている。
【0024】
ここで、図3に、図1に示す振動ジャイロ10のA−A断面図を示す。これは、図1において、筐体11の一部を振動子2の厚み方向に、支持部材4、6の固定部4a、6aを含んで、しかも図2に示した剛性補強板12の補強部材13をスライスするような向きに、振動子2の長手方向に沿って切断する断面図である。また、図4に同じくB−B断面図を示す。これは、図1において、振動ジャイロ10を振動子2の厚み方向に、支持部材5、6の固定部5a、6aを含んで、振動子2の幅方向に沿って切断する断面図である。なお、図3および図4においては、図が煩雑にならないように、剛性補強板12の見えない部分のみを破線で示している。
【0025】
図3よりわかるように、剛性補強板12の補強部材13は支持部材4の固定部4aおよび支持部材6の固定部6aに近接して形成されている。すなわち、剛性補強板12は固定部4aおよび6aの近傍に位置している。見方を変えれば、剛性補強板12の補強部材13は、振動子2の幅方向一方側に伸びた2つの支持部材4、6の固定部4a、6aの近傍間に連続して形成されていることがわかる。
【0026】
また、各支持部材が振動子2の幅方向に対称に形成され、しかも剛性補強板12も振動子2の幅方向に対称に形成されていることからわかるように、剛性補強板12の補強部材14は、振動子2の幅方向他方側に伸びた2つの支持部材3、5の固定部3a、5aの近傍間に連続して形成されていることがわかる。
【0027】
このように、剛性補強板12が、振動子2の幅方向一方側に伸びた2つの支持部材の固定部の近傍間、および振動子2の幅方向一方側に伸びた2つの支持部材の固定部の近傍間に、それぞれ連続して形成されているため、2つの固定部4aと6aの間、および2つの固定部3aと5aの間の剛性が向上する。特に補強部材13および14は振動子2の幅方向に直交する面を有するため、筐体11の、振動子2の厚み方向への屈曲に関する剛性が特に向上し、振動子2の特に駆動による振動が筐体11を介して漏れるのを防止することができる。
【0028】
ところで、剛性補強板12においては、補強部材13、14は振動子2の幅方向に伸びる補強部材15および16を介して接続されている。これより、剛性補強板12は、振動子2の幅方向一方側に伸びた支持部材4、6の固定部4a、6aの近傍と振動子2の幅方向他方側に伸びた支持部材3、5の固定部3a、5aの近傍の間に連続して形成されてなることがわかる。そのため、固定部4aおよび6aと固定部3aおよび5aの間の剛性が向上する。特に、補強部材15、16が振動子2の厚み方向に直交する面を有するため、巨体11の、振動子2の幅方向への屈曲に関する剛性が特に向上し、振動子2の特にコリオリ力による振動が筐体11を介して漏れるのを防止することができる。
【0029】
さらに、剛性補強板12においては、補強部材15、16に連続して形成されている補強部材17、18が振動子の長手方向に直交する面を有するため、筐体11の、振動子2の厚み方向への屈曲に関する剛性が特に向上し、振動子2の振動が筐体11を介して漏れるのを防止することができる。
【0030】
また、振動ジャイロ10においては、筐体11にインサートモールドされた剛性補強板12の熱膨張係数を振動子2の熱膨張係数に近いものにしている。具体的な数値を上げれば、振動子2を構成する圧電体の熱膨張係数が1℃あたり1.1×10e−6なのに対して、筐体11を構成する樹脂の熱膨張係数が5〜55×10e−6で、圧電体の熱膨張係数に比較的近いときもあれば遙かに異なるときもあり、個体差が大きく制御できない。それに対して剛性補強板12の熱膨張係数は4.5×10e−6で、圧電体の熱膨張係数に近く、しかも安定している。そのため、振動ジャイロの温度ドリフトがの性能劣化を防止することができる。ここで言う温度ドリフトとは、角速度が印加されないときの出力信号(ヌル電圧)の温度変化のことである。
【0031】
ここで、図5に、従来の振動ジャイロ1における温度ドリフトと本発明の振動ジャイロ10における温度ドリフトをいくつかのサンプルで測定したものを対比した特性図を示す。図5(a)が振動ジャイロ1の、図5(b)が振動ジャイロ10の温度ドリフトをそれぞれ示している。なお、図5においては、温度ドリフトを電圧ではなく、それに対応する角速度で表記している。図5より明らかなように、剛性補強板12を含む筐体11を有する本発明の振動ジャイロ10の方がドリフト量が約半分になり、従来の振動ジャイロ1に比べてよくなっていることがわかる。
【0032】
また、振動ジャイロ10においては、筐体11にインサートモールドされた剛性補強板12が接地されている。剛性補強板12は振動子2を略取り囲むように形成されているため、振動子2に対するシールド板の役割を果たす。これによって、角速度の測定が外部から入射される電磁波によって妨害されるのを防止することができる。
【0033】
なお、振動ジャイロ10においては、筐体11に剛性補強板12をインサートモールドして一体化しているが、必ずしもインサートモールドに限るものではなく、それぞれ別体として形成された筐体と剛性補強板を接着剤などを介して貼り付けて一体にするような構成でも構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【0034】
また、剛性補強板の熱膨張係数は必ずしも振動子の熱膨張係数と略一致していなければならないものではなく、剛性補強板の接地に関しても必ずしも接地していなくても構わないものである。
【0035】
また、剛性補強板12においては、2つの補強部材13および14を2つの補強部材15および16を介して互いに接続しているために、中央部に穴のあいた略枠状となっている。これは、筐体11に振動子2を保持した後で、振動子2を下部側からトリミング調整する必要がある場合に備えたものだが、必ずしも枠状に形成する必要はなく、1枚の補強部材で構成されていても構わず、逆に3枚以上の補強部材で構成されていても構わないものである。さらに、2つの補強部材15、16は平坦な板状に形成されているが、例えば振動子2の幅方向に伸びるリブを形成することによって折り曲げ方向の剛性を高めたものでも構わないものである。
【0036】
さらにまた、振動ジャイロ10においては、筐体11にインサートモールドされた剛性補強板12で、振動子2の幅方向一方側に伸びた支持部材の固定部の近傍と振動子の幅方向他方側に伸びた支持部材の固定部の近傍の間に連続して形成されるという構成と、振動子2の幅方向いずれか一方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間に連続して形成されるという構成の両方を実現しているが、いずれか一方だけでもよい。また、剛性補強板12は振動子2の長手方向に直交する面と幅方向に直交する面と厚み方向に直交する面の全てを備えているが、いずれか1つあるいは2つだけでもよく、1つもなくてもよい。
【0037】
図6および図7に、剛性補強板の別の実施例の斜視図を示す。図6および図7において、剛性補強板20および21は、剛性補強板12と同じく筐体11にインサートモールドされるもので、図2と同一の部分には同じ記号を付している。
【0038】
図6に示した剛性補強板20においては、剛性補強板12では備えていた補強部材17および18が存在しない。それでも、補強部材13、14、15、16を1枚の金属板を折り曲げて形成することによって、振動子の幅方向一方側に伸びた支持部材の固定部の近傍と振動子の幅方向他方側に伸びた支持部材の固定部の近傍の間に連続して形成されるという構成と、振動子の幅方向いずれか一方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間に連続して形成されるという構成の両方を実現している。また、振動子の幅方向に直交する面と厚み方向に直交する面を備えている。
【0039】
また、図7に示した剛性補強板21においては、剛性補強板20からさらに補強部材15および16を取り去り、2枚の補強部材13および14のみから構成されている。このように構成された剛性補強板21においても、振動子の幅方向いずれか一方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間に連続して形成されるという構成を実現している。また、振動子の幅方向に直交する面を備えている。
【0040】
図8に、本発明の振動ジャイロの別の実施例の展開斜視図を示す。図8において、図11と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【0041】
図8において、振動ジャイロ30は、従来の振動ジャイロ1における筐体7に代えて同じく略枠状に形成された筐体31を備えている。各支持部材3、4、5、6は筐体31に固定されており、その固定部は従来例の場合と同様にそれぞれ固定部3a、4a、5a、6aと呼ぶ。そして、筐体31の筐体7との違いは、筐体31の上部に、後述の支持部材32および33を固定することによって固定部32aおよび33aとなる凹部が形成されている点だけである。
【0042】
振動ジャイロ30においては、振動ジャイロ1や10においては省略した、支持部材32および33を備えている。支持部材32および33は、その中央部が振動子2の上部側に固定され、両端が筐体31の上部に形成された凹部に接着されることによって固定される。なお、支持部材32および33は、それぞれ1つの材料で構成されているが、振動子の一点と筐体の一点との間に設けられる支持部材という見方をする場合には、実質的にそれぞれ2つの支持部材で構成されていると見ることができる。
【0043】
振動ジャイロ30においては、さらに筐体31の上部に接着、固定されることによって、振動子2および各支持部材を保護するとともに剛性補強板としても機能する金属製のカバー34が設けられている。カバー34は1枚の金属板を折り曲げ加工して構成されており、振動子2と略一致する熱膨張係数を備えており、しかも接地されている。カバー34は、振動子の幅方向に略直交する面と振動子の厚み方向に直交する面を備えている。なお、カバー34の上部に設けられた穴は、振動子2を上部側からトリミング調整する必要がある場合に備えたものだが、必ずしもなくても構わない。
【0044】
カバー34は、振動子の厚み方向に直交する面を、筐体31の上部に貼り付けて固定されている。そのため、カバー34は、筐体31の上部近傍に位置する固定部32aや33aの近傍に位置している。すなわち、カバー34は、振動子2の幅方向一方側および他方側に伸びた2つの支持部材32および33の固定部32aおよび33aの近傍間にそれぞれ連続して形成されていることがわかる。また、カバー34は、振動子2の幅方向一方側に伸びた支持部材32、33の固定部32a、33aの近傍と振動子2の幅方向他方側に伸びた支持部材32、33の固定部32a、33aの近傍の間に連続して形成されていることがわかる。
【0045】
このように、カバー34は、振動ジャイロ10における剛性補強板12とほぼ同様の構成および機能を有しており、筐体31の剛性向上に寄与していることがわかる。したがって、振動ジャイロ30においては、振動子2の振動が筐体31を介して漏れるのを防止することができる。また、温度ドリフトの性能劣化の防止を図ることができる。
【0046】
なお、振動ジャイロ30においては、筐体31に振動ジャイロ10の場合のような剛性補強板が備わっていないが、例えば振動ジャイロ10に剛性補強板の機能を有するカバーを設ける構成を採用しても構わない。たとえば、筐体に剛性補強板を備える場合にはカバーによる剛性補強の機能は必ずしも必要十分なものでなくても構わないので、このような場合のカバーとしては、例えば図9に示すカバー35のように1枚の平坦な板状に形成されていても構わないものである。この場合には筐体の剛性をさらに向上させることができ、振動子の振動漏れをさらに小さくしたり、温度ドリフトのさらなる安定化を図ることができる。
【0047】
図10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10において、ビデオカメラ40は、手ぶれ補正用に本発明の振動ジャイロ10を備えている。
【0048】
このように構成されたビデオカメラ40においては、本発明の振動ジャイロ10を備えているために高性能化を図ることができる。
【0049】
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。
【0050】
【発明の効果】
本発明の振動ジャイロによれば、筐体において複数の支持部材を固定する複数の固定部の中の少なくとも2つの固定部の近傍間に連続して形成された金属製の剛性補強板を備えることによって、筐体の剛性を向上させ、振動子の振動のもれを防止し、温度ドリフトの性能劣化の防止を図ることができる。
【0051】
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、高性能化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斜視図である。
【図2】図1の振動ジャイロの筐体に含まれる剛性補強板を示す斜視図である。
【図3】図1の振動ジャイロのA−A断面図である。
【図4】図1の振動ジャイロのB−B断面図である。
【図5】図1の振動ジャイロの温度ドリフトを示す特性図である。
【図6】剛性補強板の別の実施例を示す斜視図である。
【図7】剛性補強板のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図8】本発明の振動ジャイロの別の実施例を示す展開斜視図である。
【図9】カバーの別の実施例を示す斜視図である。
【図10】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【図11】従来の振動ジャイロを示す斜視図である。
【符号の説明】
2…振動子
3、4、5、6、32、33…支持部材
3a、4a、5a、6a、32a、33a…固定部
10、30…振動ジャイロ
11、31…筐体
12、20、21…剛性補強板
13、14、15、16、17、18…補強部材
34、35…カバー
40…ビデオカメラ
Claims (12)
- 振動子と、該振動子のノード付近に固定された複数の支持部材を介して前記振動子を保持する筐体とを備えた振動ジャイロにおいて、
前記筐体は前記複数の支持部材を固定する複数の固定部を有するとともに、少なくとも2つの前記固定部の近傍間に連続して形成された金属製の剛性補強板を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。 - 前記振動子は柱状に形成され、前記複数の支持部材は前記振動子に固定された位置から前記振動子の幅方向両側に伸びて前記筐体に固定されてなり、
前記剛性補強板は、前記振動子の幅方向一方側に伸びた支持部材の固定部の近傍と前記振動子の幅方向他方側に伸びた支持部材の固定部の近傍の間に連続して形成されてなることを特徴とする、請求項1に記載の振動ジャイロ。 - 前記振動子は柱状に形成されてその長手方向に複数の振動のノードを有し、前記複数の支持部材は各ノード毎に前記振動子に固定された位置から前記振動子の幅方向両側に伸びて前記筐体に固定されてなり、
前記剛性補強板は、前記振動子の幅方向一方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間、および前記振動子の幅方向他方側に伸びた複数の支持部材の固定部の近傍間に、それぞれ連続して形成されてな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。 - 前記剛性補強板は、前記振動子の厚み方向に直交する面を有することを特徴とする、請求項2または3に記載の振動ジャイロ。
- 前記剛性補強板は、前記振動子の長手方向に直交する面を有することを特徴とする、請求項2ないし4のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記剛性補強板は、前記振動子の幅方向に直交する面を有することを特徴とする、請求項2ないし5のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記筐体が絶縁性の樹脂からなり、前記剛性補強板が前記筐体にインサートモールドされていることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記筐体が絶縁性の樹脂からなり、前記剛性補強板が前記筐体に接着されていることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記筐体が前記振動子および前記複数の支持部材をその中に収容する略枠状に形成されており、前記剛性補強板が前記振動子および前記複数の支持部材を保護するカバーとして構成されていることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記剛性補強板の熱膨張係数を前記振動子の熱膨張係数に略一致させたことを特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 前記剛性補強板が接地されていることを特徴とする、請求項1ないし10のいずれかに記載の振動ジャイロ。
- 請求項1ないし11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。
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