專利名稱：加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在飛機(jī)、汽車、機(jī)器人、船舶、車輛等移動物體的姿勢控制和導(dǎo)航等各種電子儀器中使用的角速度傳感器。
背景技術(shù)：
下面，對以往的角速度傳感器進(jìn)行說明。
以往的角速度傳感器例如是使類似音叉形狀、H形狀或者T形狀等各種形狀的振動元件發(fā)生振動，并電檢測隨著科里奧利(Coriolis)力的產(chǎn)生而導(dǎo)致的振動元件畸變(distortion)，計(jì)算角速度。這樣的角速度傳感器被使用在車輛上所配備的導(dǎo)航裝置或者車輛控制裝置等之中。
例如，在導(dǎo)航裝置用角速度傳感器中，在相互正交的X軸和Y軸以及Z軸處，在將車輛配置在由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面上的情況下，需要計(jì)算出車輛圍繞Z軸(偏航軸)的角速度。
該角速度傳感器中使用的振動元件通常被配置為朝向Z軸方向豎立在車輛的上方，。一旦在Z軸周圍產(chǎn)生了角速度，由于在XY平面上的振動元件在與振動方向正交的方向上產(chǎn)生了由科里奧利力引起的畸變，故通過對其進(jìn)行檢測能夠計(jì)算出角速度。
而且，作為與本申請的發(fā)明相關(guān)的在先技術(shù)文獻(xiàn)信息，已知的就有例如特開2003-227844號公報(bào)。
上述結(jié)構(gòu)的振動元件由于必須豎立在基本上與要計(jì)算的角速度的旋轉(zhuǎn)中心軸正交的平面上，故在謀求該旋轉(zhuǎn)中心軸方向上的角速度傳感器的高度降低時，存在受到振動元件高度的限制，無法實(shí)現(xiàn)高度降低要求的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，為了解決上述問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)角速度旋轉(zhuǎn)中心軸方向上的低高度化要求的角速度傳感器。
為了解決上述問題，本發(fā)明的角速度傳感器其特征在于，具備振動元件，該振動元件包括相互平行延伸的一對驅(qū)動臂、連接設(shè)置這些驅(qū)動臂的一個端部的基部、從該基部與上述驅(qū)動臂平行延伸并且其中心線通過上述一對驅(qū)動臂之間的彎曲臂，所述角速度傳感器還具備使上述一對驅(qū)動臂在相互接近或者離開的方向上振動的驅(qū)動裝置；檢測上述驅(qū)動臂的振動方向上的上述彎曲臂的畸變的畸變檢測裝置。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在相互正交的X軸和Y軸以及Z軸處，使得振動元件倒下而與由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面相對的情況下，在驅(qū)動臂沿X軸方向驅(qū)動振動的狀態(tài)下，一旦圍繞Z軸產(chǎn)生角速度，則在2個驅(qū)動臂上交互產(chǎn)生Y軸方向上的應(yīng)力，由此使得基部向Y軸方向彎曲振動。由于該基部的彎曲振動傳到彎曲臂之后，彎曲臂在X軸方向上彎曲振動，故通過檢測隨著該彎曲振動而產(chǎn)生的彎曲臂的畸變，就能夠計(jì)算出角速度。
結(jié)果是，即使振動元件在與角速度旋轉(zhuǎn)中心軸正交的平面上倒下，也能夠計(jì)算出角速度，從而能夠提供實(shí)現(xiàn)了在角速度旋轉(zhuǎn)中心軸方向上的低高度化的角速度傳感器。


圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的未安裝外殼的角速度傳感器的立體圖。
圖2是同一個角速度傳感器的支撐體安裝時的振動元件的立體圖。
圖3是圖2的A部放大平面圖。
圖4是圖2的B部放大平面圖。
圖5是同一個角速度傳感器的振動元件立體圖。
圖6是圖5的I-I線剖面圖。
圖7是圖5的II-II線剖面圖。
圖8是表示同一個角速度傳感器的振動元件的驅(qū)動臂為驅(qū)動振動狀態(tài)的振動元件的立體圖。
圖9是表示同一個角速度傳感器的振動元件的彎曲臂為彎曲振動狀態(tài)的振動元件的立體圖。
圖10是在Z軸的左旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生角速度的情況下的圖9的C部放大圖。
圖11是在Z軸的右旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生角速度的情況下的圖9的C部放大圖。
圖12是在彎曲臂的前端上設(shè)置了重錘部的振動元件的立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的未安裝外殼的角速度傳感器的立體圖，圖2是同一個角速度傳感器的支撐體安裝時的振動元件的立體圖，圖3是圖2的A部放大平面圖，圖4是圖2的B部放大平面圖，圖5是同一個角速度傳感器的振動元件立體圖，圖6是圖5的I-I線剖面圖，圖7是圖5的II-II線剖面圖。
在圖1至圖4中，本發(fā)明的一個實(shí)施方式的角速度傳感器具備振動元件1，該振動元件1具有驅(qū)動振動用的一對驅(qū)動臂12和彎曲振動用的彎曲臂14，該振動元件1安裝在支撐體2上，并裝配在基臺3上。在基臺3上配置有驅(qū)動振動元件1的同時、將用后述的畸變檢測裝置5檢測出的畸變作為角速度進(jìn)行計(jì)算的回路，并用外殼等覆蓋(未圖示)。
以在相互正交的X軸、Y軸和Z軸中，在由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面上倒下的狀態(tài)來配置上述振動元件，其是在該狀態(tài)下，用來計(jì)算圍繞Z軸的角速度的元件，其是由硅等形成的基板構(gòu)成的。
該振動元件1的驅(qū)動臂12以及彎曲臂14從在X軸方向上延伸的基部16a的中央部分，分別朝向相反方向在Y軸方向上延伸。驅(qū)動臂12和彎曲臂14的位置關(guān)系在后面詳細(xì)描述，彎曲臂14背連接設(shè)置在連接設(shè)置基部16a中的驅(qū)動臂12的一端部的部分之間的部分上。
上述基部16a由夾持彎曲臂14的對置的對置部16b、和一對連接部16c構(gòu)成方形的框體16，該一對連接部16c在彎曲臂14的兩側(cè)沿著Y軸方向延伸，并連接基部16a和對置部16b的各個端部。換句話說，一對驅(qū)動臂12與框體16的一邊(基部16a)的外側(cè)連接設(shè)置，以使留出框體16的角部16e(參考圖3)，彎曲臂14與上述一邊的內(nèi)側(cè)連接設(shè)置，以使向與該邊對置的一邊(對置部16b)延伸。而且，對置部16b成為用于將振動元件1固定在支撐體2上的固定用固定基部。
如圖3所示，上述驅(qū)動臂12和彎曲臂14配置成，從框體16的角部16e到驅(qū)動臂12的距離(W1)比從驅(qū)動臂12到基部16a的中心部的距離(W2)長，驅(qū)動臂12之間的距離(W3＝W2×2)設(shè)定成與彎曲臂14的寬度尺寸(W4)大致相等。
在連接上述基部16a的兩個端部和對置部16b的兩個端部的連接部16c上，形成有吸收框體16的振動的振動吸收部16d。該振動吸收部16d在連接部16c上形成多個在Y軸方向上延伸的槽部。而且，也可以是設(shè)置多個在Y軸方向上延伸的狹縫(slit)來形成該振動吸收部16d。
如圖6所示，在上述一對驅(qū)動臂12的一個面上，還設(shè)置有使得該驅(qū)動臂12在相互接近或者遠(yuǎn)離的方向，也就是X軸方向上振動的驅(qū)動裝置4。該驅(qū)動裝置4具有在X軸方向上并列的3條壓電膜42。這些壓電膜42由PTZ(鋯鈦酸鉛)等構(gòu)成，左右的壓電膜42由驅(qū)動用電極44夾持，中央的壓電膜42由檢測圍繞Y軸的角速度的檢測用電極46夾持，以上述狀態(tài)將其層疊在驅(qū)動臂12的一個面上。而且，壓電膜42還可以是水晶等。
如圖7所示，另外，在彎曲臂14的一個面上，設(shè)置有檢測由科里奧利力引起的彎曲臂14的畸變的畸變檢測裝置5。該畸變檢測裝置5具有在X軸方向上并列的2條壓電膜52。這些壓電膜52由PTZ等構(gòu)成，以被畸變檢測用電極54夾持的狀態(tài)，層疊在彎曲臂14的一個面上。
下面對上述角速度傳感器的振動元件1的驅(qū)動狀態(tài)以及彎曲狀態(tài)進(jìn)行說明。
圖8是表示角速度傳感器的振動元件的驅(qū)動臂為驅(qū)動振動狀態(tài)的振動元件的立體圖，圖9是表示同一個角速度傳感器的振動元件的彎曲臂為彎曲振動狀態(tài)的振動元件的立體圖，圖10是在Z軸的左旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生角速度的情況下的圖9的C部放大圖，圖11是在Z軸的右旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生角速度的情況下的圖9的C部放大圖。
如圖8所示，振動元件1的驅(qū)動臂12在相互正交的X軸、Y軸和Z軸中，在X軸方向上，相互在外側(cè)向內(nèi)側(cè)交互被驅(qū)動振動。該驅(qū)動振動以如下方式進(jìn)行，即通過在圖6中夾持左右壓電膜42的驅(qū)動用電極44中上側(cè)的驅(qū)動用電極44上按照相互成反相位的方式施加正弦波電壓來使得壓電膜42扭曲的方法，而使驅(qū)動臂12在X軸方向上驅(qū)動。而且，電壓施加并不限于這種方式，還可以對下側(cè)的驅(qū)動用電極44來進(jìn)行。
在使得驅(qū)動臂按照上述方式驅(qū)動振動的狀態(tài)下，如圖9所示，一旦產(chǎn)生向左轉(zhuǎn)的角速度ω，則2個驅(qū)動臂12受到由科里奧利力引起的Y軸方向的力。此時，一個驅(qū)動臂12與另一個驅(qū)動臂12受到Y(jié)軸方向的相反方向，即箭頭方向上由科里奧利力引起的力。
與此相應(yīng)的，由于彎曲臂14向X軸方向的箭頭方向扭曲并進(jìn)行彎曲振動，故可以利用圖7中的夾持壓電膜52的畸變檢測電極54來檢測電壓變化。
該彎曲振動狀態(tài)正如將圖9中的C部放大的圖10和圖11所示，在產(chǎn)生向Z軸左方旋轉(zhuǎn)的角速度ω的情況下，如圖10所示，2個驅(qū)動臂12在箭頭方向上受到科里奧利力引起的力，彎曲臂14在箭頭方向上彎曲振動。另外，在產(chǎn)生向Z軸右方旋轉(zhuǎn)的角速度ω的情況下，如圖11所示，2個驅(qū)動臂12在箭頭方向上受到科里奧利力引起的力，所以彎曲臂14在箭頭方向上彎曲振動。也就是說，如果將該彎曲臂14的彎曲振動當(dāng)作畸變來檢測的話，就能夠計(jì)算出角速度。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，即使振動元件1在與角速度ω的旋轉(zhuǎn)中心軸正交的平面上倒下也能夠計(jì)算出角速度，從而能夠提供實(shí)現(xiàn)了在角速度ω的旋轉(zhuǎn)中心軸方向上的低高度化的角速度傳感器。換句話說，在相互大致正交的X軸和Y軸以及Z軸上，即使在按照與由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面對置的方式使振動元件1倒下的情況下，在驅(qū)動臂12處于在X軸方向上驅(qū)動振動的狀態(tài)下，一旦產(chǎn)生圍繞Z軸的角速度，2個驅(qū)動臂12就會在Y軸方向上交互產(chǎn)生應(yīng)力，基部16a在Y軸方向上彎曲振動。該基部16a的彎曲振動傳送到彎曲臂14，由于彎曲臂14在X軸方向上彎曲振動，故通過檢測伴隨該彎曲振動的彎曲臂14的畸變，就能夠計(jì)算出角速度。
另外，由于將與框體16的基部16a對置的對置部16b當(dāng)作固定用的固定基部，在驅(qū)動臂12驅(qū)動振動、彎曲臂14彎曲振動時，能夠提高損失減少的特性。通常，由于這些振動經(jīng)過將振動元件1固定裝配在基臺3上的固定基部(對置部16b)而漏到基臺3和外殼等，所以必須減少這些漏掉的振動，但是根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠減少經(jīng)過固定基部(對置部16b)而漏向外部的振動，從而提高了特性。尤其是，由于將彎曲臂14按照從基部16a向?qū)χ貌?6b延伸的方式來設(shè)置，故必然增加了連接部16c的長度，通過該連接部16c能夠有效的減少漏出的振動。另外，在將基部16a的兩個端部固定在支撐體2上的情況下，雖然基部16a的移動受到了限制，且彎曲臂14的彎曲振動僅由基部16a的變形引起，但是通過將和基部16a對置的固定部16b當(dāng)作固定基部，使得基部16a能夠移動，由于彎曲臂14的彎曲振動通過基部16a的變形和移動來引發(fā)，故也能夠提高檢測彎曲臂14的畸變的靈敏度。
另外，由于在連接框體16的基部16a和對置部16b的連接部16c上，還形成有吸收框體16的振動的振動吸收部16d，故能夠得到更好的上述效果。該振動吸收部16d可以用僅在連接部16c上設(shè)置槽部或者狹縫的簡單結(jié)構(gòu)來形成。
而且，將框體16設(shè)置為方形的同時，將驅(qū)動臂12設(shè)置在框體16的2個角部16e之間，如果驅(qū)動臂12之間的距離(W3)與彎曲臂14的寬度尺寸(W4)大致相同的話，還能夠更有效地實(shí)現(xiàn)減少漏出振動的效果。
而且，驅(qū)動臂12之間的距離(W3)與彎曲臂14的寬度尺寸(W4)也不一定需要如上所述是大致相同的，也可以將彎曲臂14的寬度尺寸(W4)設(shè)置得比驅(qū)動臂12之間的距離(W3)大。該情況下，不能將彎曲臂14與基部16a中的驅(qū)動臂12一端部所連接設(shè)置的部分之間的部分連接設(shè)置，但是可以讓彎曲臂14的中心線通過一對驅(qū)動臂12之間。
反過來說，在將彎曲臂14的寬度尺寸(W4)設(shè)置得比驅(qū)動臂12之間的距離(W3)小的情況下，可以將彎曲臂14配置在一對驅(qū)動臂12之間，并且使得彎曲臂14在從基部16a向與驅(qū)動臂12相同的方向延伸。但是，該情況下，為了讓驅(qū)動振動的驅(qū)動臂12和彎曲振動的彎曲臂14相互之間不產(chǎn)生干涉，需要在一定程度上保證它們之間的距離，由此增加了X軸方向上的振動元件1的寬度尺寸。
而且，基部16a也不一定要構(gòu)成框體16，比如還可以在省略對置部16b和連接部16c的同時，將基部16a進(jìn)一步在X軸方向上延伸，并且將該基部16a的兩個端部固定在支撐體2上。但是，通過用基部16a，對置部16b以及連接部16c構(gòu)成圍繞彎曲臂14的框體16的方法，能夠通過框體16對彎曲臂14進(jìn)行保護(hù)。
另外，在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，雖然從框體16的角部16e到驅(qū)動臂12的距離(W1)與從驅(qū)動臂12到基部16a的中心部的距離(W2)并不大致相同，但是它們之間的距離也可以大致相同。換句話說，將上述距離(W1)設(shè)置為驅(qū)動臂12之間的距離(W3)的大致2分之1。該情況下，以各個驅(qū)動臂12為中心，從框體16的角部16e到基部16a的中心部成線對稱，能夠在驅(qū)動振動時使得左右的驅(qū)動振動的平衡相同，能夠提高驅(qū)動振動的精度。
另外，如圖12所示，如果在彎曲臂14的前端設(shè)置重錘部18，能夠提高畸變的檢測靈敏度。該重錘部18從平面上看成大約U字狀的形狀，其中央與彎曲臂14的前端連接。為了形成該重錘部18，只要在形成振動元件1時一體形成即可。而且，重錘部18的形狀雖然不限于U字狀，但是如果是U字狀的話，由于有效的利用了框體16內(nèi)的空隙，故能夠增大重錘部18。
而且，也可以將加速度傳感器或各種傳感器與該角速度傳感器連接，形成復(fù)合傳感器。該情況下，如果用固定基部支撐各種傳感器，則兩者之間不易產(chǎn)生干涉。
如上所述，本發(fā)明的角速度傳感器其特征在于，具備振動元件，該振動元件包括相互平行延伸的一對驅(qū)動臂、連接設(shè)置這些驅(qū)動臂的一個端部的基部、從該基部與上述驅(qū)動臂平行延伸并且其中心線通過上述一對驅(qū)動臂之間的彎曲臂，所述角速度傳感器還具備使上述一對驅(qū)動臂在相互接近或者離開的方向上振動的驅(qū)動裝置；檢測上述驅(qū)動臂的振動方向上的上述彎曲臂的畸變的畸變檢測裝置。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在大致相互正交的X軸和Y軸以及Z軸處，使得振動元件倒下而與由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面相對的情況下，在驅(qū)動臂沿X軸方向驅(qū)動振動的狀態(tài)下，一旦圍繞Z軸產(chǎn)生角速度，則在2個驅(qū)動臂上交互產(chǎn)生Y軸方向上的應(yīng)力，由此使得基部向Y軸方向彎曲振動。由于該基部的彎曲振動傳到彎曲臂之后，彎曲臂在X軸方向上彎曲振動，故通過檢測隨著該彎曲振動而產(chǎn)生的彎曲臂的畸變，就能夠計(jì)算出角速度。
結(jié)果是，即使振動元件在與角速度旋轉(zhuǎn)中心軸正交的平面上倒下，也能夠計(jì)算出角速度，從而能夠提供實(shí)現(xiàn)了在角速度旋轉(zhuǎn)中心軸方向上的低高度化的角速度傳感器。
上述角速度傳感器中，優(yōu)選上述彎曲臂從上述基部開始在與上述驅(qū)動臂相反的方向上延伸。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠減小驅(qū)動臂的振動方向上振動元件的寬度尺寸。
上述角速度傳感器中，優(yōu)選上述振動元件具有方形的框體，在該框體的一邊外側(cè)上以留出框體的角部的方式連接設(shè)置有上述一對驅(qū)動臂，同時在上述一邊的內(nèi)側(cè)上連接設(shè)置有上述彎曲臂，使得該一邊成為上述基部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠用框體保護(hù)彎曲臂。
上述角速度傳感器中，優(yōu)選進(jìn)一步具備支撐上述振動元件的支撐體，且在該支撐體上固定與上述框體的基部相對的一邊。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于在傳播中，基部的振動在框體剩下的兩個邊上被減少了，故合理的利用了上述框體，使得能夠抑制向外部漏出的振動。另外，由于使基部能夠移動，故能夠提高檢測彎曲臂的畸變的靈敏度。
上述角速度傳感器中，優(yōu)選在上述框體剩下的兩個邊的每一個上，形成吸收振動元件的振動的振動吸收部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步減少上述漏出的振動。
優(yōu)選上述振動吸收部是在上述剩下的兩個邊上形成的槽部或者狹縫。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠用簡單的結(jié)構(gòu)形成振動吸收部。
上述角速度傳感器中，從上述框體的角部到上述驅(qū)動臂的距離優(yōu)選設(shè)定為上述一對驅(qū)動臂之間的距離的大約2分之1。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，以各個驅(qū)動臂為中心，使得從基部的兩個端部到基部的中心部成線對稱，在驅(qū)動振動時能夠使得左右的驅(qū)動振動的平衡相等，能夠提高驅(qū)動振動的精度。
上述角速度傳感器中，上述一對驅(qū)動臂之間的距離優(yōu)選設(shè)定為與上述彎曲臂的寬度尺寸大致相等。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步得到更好地減少漏出振動的效果。
上述角速度傳感器中，優(yōu)選在上述彎曲臂的前端上，設(shè)置重錘部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提高檢測畸變的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種角速度傳感器，具備振動元件，該振動元件具有相互平行延伸的一對驅(qū)動臂、連接設(shè)置這些驅(qū)動臂的一端的基部、從該基部與所述驅(qū)動臂平行延伸并且其中心線通過所述一對驅(qū)動臂之間的彎曲臂，所述角速度傳感器還具備驅(qū)動裝置，其使所述一對驅(qū)動臂在相互接近或者離開的方向上振動；畸變檢測裝置，其檢測所述驅(qū)動臂的振動方向上的所述彎曲臂的畸變。
2.如權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于所述彎曲臂從所述基部向與所述驅(qū)動臂的相反方向延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于所述振動元件具有方形的框體，在該框體的一邊外側(cè)上以留出框體的角部的方式連接設(shè)置有所述一對驅(qū)動臂，并且在所述一邊內(nèi)側(cè)上連接設(shè)置有所述彎曲臂，使得該一邊成為所述基部。
4.如權(quán)利要求3所述的角速度傳感器，其特征在于進(jìn)一步具備支撐所述振動元件的支撐體，與所述框體基部相對的一邊固定在該支撐體上。
5.如權(quán)利要求4所述的角速度傳感器，其特征在于在所述框體剩下的兩個邊上分別形成吸收振動元件的振動的振動吸收部。
6.如權(quán)利要求5所述的角速度傳感器，其特征在于所述振動吸收部是形成在所述剩下的兩個邊上的槽部或者狹縫。
7.如權(quán)利要求3所述的角速度傳感器，其特征在于從所述框體的角部到所述驅(qū)動臂的距離大約設(shè)定為所述一對驅(qū)動臂之間距離的2分之1。
8.如權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于所述一對驅(qū)動臂之間的距離大約設(shè)定為與所述彎曲臂的寬度尺寸相同。
9.如權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于在所述彎曲臂的前端上設(shè)置有重錘部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種角速度傳感器，其具備振動元件，該振動元件包括相互平行延伸的一對驅(qū)動臂、連接設(shè)置這些驅(qū)動臂的一個端部的基部、從該基部向與所述驅(qū)動臂相反方向延伸的彎曲臂。另外在該角速度傳感器上還設(shè)置有使得所述一對驅(qū)動臂在相互接近或者離開的方向上振動的驅(qū)動裝置；檢測所述驅(qū)動臂振動方向上的所述彎曲臂畸變的畸變檢測裝置。
文檔編號G01C19/56GK1782714SQ20051013151
公開日2006年6月7日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者大內(nèi)智, 野添利幸, 相澤宏幸 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社