JP5824492B2 - 振動ジャイロ素子およびジャイロセンサ - Google Patents
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Description
振動ジャイロ素子として、例えば、略T字型の駆動振動系を中央の検出振動系に関して左右対称に配置した所謂、ダブルT型振動ジャイロ素子が知られている(特許文献1、図1参照)。
これらのジャイロセンサにおいて、携帯性の向上および機器設計の自由度向上のために、小型化の要求がある。このジャイロセンサの小型化を図るために、ジャイロ素子の小型化をする必要がある。通常ジャイロ素子の支持としては、ジャイロ素子の中央の基部(重心部)を基板などに接着支持しているが、ジャイロ素子を小型化していくと、基板との支持面積も小さくなり、振動または衝撃が加わった時の強度が確保できない問題がある。このため、例えば、特許文献1(図4)に示すように基部から支持枠を延出させ、基部と支持枠をそれぞれ支持する構造が提案されている。
(実施形態)
図1は本実施形態の振動ジャイロ素子を示す概略平面図である。
振動ジャイロ素子1は、圧電材料である水晶から形成されている。水晶には電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸および光学軸と呼ばれるZ軸を有している。そして、振動ジャイロ素子1はZ軸方向に所定の厚みを持ち、XY平面内に形成されている。
また、検出用振動腕11a,11b表面には検出電極(図示せず)が形成され、駆動用振動腕14a,14b,15a,15b表面には駆動電極(図示せず)が形成されている。このように、検出用振動腕11a,11bにて角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕13a,13bと駆動用振動腕14a,14b,15a,15bにて振動ジャイロ素子を駆動する駆動振動系を構成している。
また、検出用振動腕11a,11bは駆動用振動腕14a,14b,15a,15bに対して長さが短く形成されている。
この1対の支持部22a,22bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。さらに、この1対の支持部22a,22bは、振動ジャイロ素子1の重心Gに対して回転対称な位置に配置されている。
図3および図4は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。図3および図4において、振動形態を簡易に表現するために各振動腕は線で表し、前述した梁20a,20b,21a,21bおよび支持部22a,22bは省略する。
ジャイロセンサ80は、振動ジャイロ素子1、IC84、収容器81、蓋体86を備えている。セラミックなどで形成された収容器81の底面にはIC84が配置され、Auなどのワイヤ85で収容器81に形成された配線(図示せず)と電気的接続がなされている。IC84には振動ジャイロ素子1を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子1に生ずる検出振動を検出する検出回路とを含んでいる。振動ジャイロ素子1は、収容器81に形成された支持台82と振動ジャイロ素子1の支持部22a,22bとを導電性接着剤などの固定部材83を介して、接着支持されている。また、支持台82表面には配線(図示せず)が形成され、振動ジャイロ素子1の電極と配線間の導通が固定部材83を介してなされている。この固定部材83は、弾性のある材料であることが望ましい。弾性を有する固定部材83としてはシリコーンを基材とする導電性接着剤などが知られている。そして、収容器81の上部で収容器81内を真空雰囲気に保持され、蓋体86にて封止されている。
また、基部10から延出する梁20a,20b,21a,21bは水晶で形成されているため弾性を有し、基部10の周縁部の振動が抑圧されることが無く、角速度の検出感度が低下することがない。
また、1対の支持部22a,22bは振動ジャイロ素子1の重心Gに対して回転対称な位置に設けられていることから、振動ジャイロ素子1のバランスが確保でき、安定した姿勢を保つことができ良好な特性を得ることができる。
さらに、上記支持構造で支持された振動ジャイロ素子1を搭載したジャイロセンサ80は、角速度の検出感度を維持しつつ小型化することができる。
(振動ジャイロ素子の変形例)
図5において、振動ジャイロ素子2の基部10の両側から該検出用振動腕11aと平行に延出する1対の梁30a,30bが形成され、梁30a,30bの先端は支持部32aに連結されている。同様に、基部10の両側から該検出用振動腕11bと平行に延出する1対の梁31a,31bが形成され、梁31a,31bの先端は支持部32bに連結されている。
この1対の支持部31a,31bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。
振動ジャイロ素子2は、前述の実施形態と同様な支持構造で、支持部32a,32bを導電性接着剤などの固定部材によって支持台に接着支持される。
この1対の支持部41a,41bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。
振動ジャイロ素子3は、前述の実施形態と同様な支持構造で、支持部42a,42bを導電性接着剤などの固定部材によって支持台に接着支持される。
この1対の支持部51a,51bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。
振動ジャイロ素子4は、前述の実施形態と同様な支持構造で、支持部52a,52bを導電性接着剤などの固定部材によって支持台に接着支持される。
この1対の支持部61a,61bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。
振動ジャイロ素子5は、前述の実施形態と同様な支持構造で、支持部62a,62bを導電性接着剤などの固定部材によって支持台に接着支持される。
振動ジャイロ素子6には基部10の4箇所の角部から該検出用振動腕11a,11bと直交する向きに図中左右両側へ延出し、途中で該検出用振動腕11a,11bと平行に延出するL字状の梁70a,70b,71a,71bが設けられている。梁70a,70bの先端は支持部72aに連結され、梁71a,71bは支持部72bに連結されている。
この1対の支持部71a,71bは、各検出用振動腕11a,11bの延出する方向であって検出用振動腕11a,11bの外側かつ駆動用振動腕14a,14b,15a,15bの間に配置されている。
振動ジャイロ素子6は、前述の実施形態と同様な支持構造で、支持部72a,72bを導電性接着剤などの固定部材によって支持台に接着支持される。
以上の振動ジャイロ素子の変形例においても、本実施形態で説明したのと同様の作用を有し、同様の効果を享受することができる。
また、振動ジャイロ素子の材料として、他の圧電材料であるタンタル酸リチウム(LiTaO3)或はニオブ酸リチウム(LiNbO5)などを利用しても良い。さらに、圧電材料だけでなくエリンバ材に代表される恒弾性材料を用いて実施することも可能である。
Claims (5)
- 基部、前記基部から第1方向に沿って延出している第1の検出用振動腕、前記基部から前記第1方向とは反対の方向に沿って延出している第2の検出用振動腕、前記基部から前記第1方向に直交する第2方向に延出している第1の連結腕、前記基部から前記第2方向とは反対の方向に延出している第2の連結腕、前記第1の連結腕から前記第1方向に延出している第1の駆動用振動腕、前記第1の連結腕から前記第1方向とは反対の方向に延出している第2の駆動用振動腕、前記第2の連結腕から前記第1方向に延出している第3の駆動用振動腕、および前記第2の連結腕から前記第1方向とは反対の方向に延出している第4の駆動用振動腕を有している振動体と、
前記基部に対して、前記基部の重心を通る前記第1方向側に配置されている第1の支持部と、
前記基部に対して、前記第1方向とは反対の方向側に配置されている第2の支持部と、
前記基部と前記第1の支持部とを連結している第1の梁及び第2の梁と、
前記基部と前記第2の支持部とを連結している第3の梁及び第4の梁と、
を備え、
前記第1の梁及び第2の梁は、前記第1の支持部から延出され前記第1方向とは反対の方向に延出している第1の構成部分と、前記第1の構成部分から前記第2方向に沿って延出している第2の構成部分と、前記第2の構成部分から前記第1の構成部分の延出方向と同じ方向に沿って延出している第3の構成部分と、前記第3の構成部分から前記第2の構成部分の延出方向とは反対の方向に沿って延出している第4の構成部分と、を備え、
前記第3の梁及び第4の梁は、前記第2の支持部から延出され前記第1方向に延出している第5の構成部分と、前記第5の構成部分から前記第2方向に沿って延出している第6の構成部分と、前記第6の構成部分から前記第5の構成部分の延出方向と同じ方向に沿って延出している第7の構成部分と、前記第7の構成部分から前記第6の構成部分の延出方向とは反対の方向に沿って延出している第8の構成部分と、を備え、
前記第1の梁及び前記第2の梁と前記第3の梁及び前記第4の梁とは、前記第1方向を規定する線に対して線対称である、ことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1に記載の振動ジャイロ素子において、
前記第1の梁及び前記第2の梁と前記第3の梁及び前記第4の梁とは、前記第2方向を規定する線に対して線対称である、ことを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1又は2に記載の振動ジャイロ素子において、
前記振動体、前記第1の支持部、前記第2の支持部、前記第1の梁、前記第2の梁、第3の梁、および前記第4の梁は、水晶板から一体的に構成されていることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子において、
前記第1の検出用振動腕の長さは、前記第1の連結腕および前記第3の連結腕の長さ以下であり、
前記第2の検出用振動腕の長さは、前記第2の連結腕および前記第4の連結腕の長さ以下であることを特徴とする振動ジャイロ素子。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の振動ジャイロ素子と、
前記振動ジャイロ素子が載置されている支持台と、を備えていることを特徴とするジャイロセンサ。
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