JP3698094B2 - 振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Description

【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、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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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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