專利名稱：振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)以及陀螺傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測角速度的振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)以及陀螺傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，在攝像裝置的手抖動校正、和使用GPS衛(wèi)星信號的車輛等的移動體導(dǎo)航系統(tǒng)的姿勢控制中，多使用將振動陀螺元件收納在容器中的陀螺傳感器。
作為振動陀螺元件，例如公知有將從中央基部延伸出來的檢測振動系統(tǒng)和大致T字型的驅(qū)動振動系統(tǒng)配置為相對于中央基部左右對稱的所謂的雙T型振動陀螺元件(專利文獻(xiàn)1，參照圖1)。
日本特開2001-12955號公報(圖1)在這種雙T型振動陀螺元件中，存在如下的問題，即因驅(qū)動振動泄漏到基部而給從基部延伸的檢測振動系統(tǒng)帶來微小的振動，即使在不施加角速度的狀態(tài)下，也會將由該振動引起的變形作為角速度而檢測出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種在振動陀螺元件中抑制泄漏到基部的驅(qū)動振動而防止角速度的誤檢測的振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)以及陀螺傳感器。
為了解決上述課題，本發(fā)明的振動陀螺元件的特征在于，在同一平面上具有基部；從所述基部以直線狀向兩側(cè)延伸的1對檢測用振動臂；從所述基部沿著與所述檢測用振動臂正交的方向向兩側(cè)延伸的1對連接臂；從所述各連接臂的前端部(tip portion)與該前端部正交地向兩側(cè)延伸的各1對驅(qū)動用振動臂；從所述基部延伸的4根梁；以及與所述各梁的前端連接的支撐部，所述各梁從所述基部先向與所述驅(qū)動用振動臂的延伸方向大致正交的方向延伸。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過從基部向與驅(qū)動用振動臂所延伸的方向大致正交的方向延伸的梁，可以抑制泄漏的驅(qū)動振動，并且可以防止角速度的誤檢測。
本發(fā)明的振動陀螺元件優(yōu)選的是，所述梁和所述支撐部設(shè)置在相對于振動陀螺元件的重心旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以確保振動陀螺元件的平衡，并且可以保持穩(wěn)定的姿勢。
本發(fā)明的振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)的特征在于，具有所述的振動陀螺元件；載置所述振動陀螺元件的支撐臺；以及用于固定所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺的固定部件。
根據(jù)該支撐結(jié)構(gòu)，可以抑制泄漏的驅(qū)動振動，并且可以防止角速度的誤檢測。
在本發(fā)明的振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是，所述固定部件是具有彈性的材料。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于固定部件具有彈性，所以能夠緩和來自外部的振動或沖擊，并且可以穩(wěn)定地保持振動陀螺元件的驅(qū)動振動和檢測振動。并且，對于泄露到支撐部上的微小振動，固定部件作為緩沖材料來發(fā)揮作用，從而可以降低對驅(qū)動振動和檢測振動的影響。
另外，本發(fā)明的陀螺傳感器的特征在于，具有所述的振動陀螺元件；載置所述振動陀螺元件的支撐臺；用于固定所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺的固定部件；用于使所述振動陀螺元件驅(qū)動振動的驅(qū)動電路；以及檢測在向所述振動陀螺元件施加角速度時所述振動陀螺元件中產(chǎn)生的檢測振動的檢測電路。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以通過搭載有抑制泄露到基部上的驅(qū)動振動并防止角速度的誤檢測的振動陀螺元件的陀螺傳感器，其特性優(yōu)良。


圖1是表示本實施方式的振動陀螺元件的概略平面圖。
圖2是說明振動陀螺元件的驅(qū)動振動狀態(tài)的示意平面圖。
圖3是說明振動陀螺元件的檢測振動狀態(tài)的示意平面圖。
圖4是表示陀螺傳感器的概略截面圖。
圖5是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。
圖6是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。
圖7是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。
圖8是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。
圖9是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。
符號說明1、2、3、4、5、6振動陀螺元件；10基部；11a、11b檢測用振動臂；13a、13b連接臂14a、14b驅(qū)動用振動臂；15a、15b驅(qū)動用振動臂；20a、20b、21a、21b梁；22a、22b、23a、23b支撐部；80陀螺傳感器；82支撐臺；83固定部件；84包含驅(qū)動電路和檢測電路的IC；G重心具體實施方式
以下，參照附圖對將本發(fā)明具體化的實施方式進(jìn)行說明。
(實施方式)圖1是表示本實施方式的振動陀螺元件的概略平面圖。
振動陀螺元件1由作為壓電材料的水晶(crystal)構(gòu)成。水晶具有被稱為電軸的X軸、被稱為機(jī)械軸的Y軸以及被稱為光學(xué)軸的Z軸。并且，振動陀螺元件1在XY平面內(nèi)形成，且在Z軸方向上具有預(yù)定的厚度。
振動陀螺元件1具有從基部10向圖中上下兩側(cè)呈直線狀延伸的1對檢測用振動臂11a、11b；從基部10沿著與該檢測用振動臂11a、11b正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸的1對連接臂13a、13b；以及從各連接臂13a、13b的前端部與檢測用振動臂11a、11b平行地向圖中上下兩側(cè)延伸的左右各1對驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b。
另外，檢測用振動臂11a、11b表面形成有檢測電極(未圖示)，驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b表面形成有驅(qū)動電極(未圖示)。這樣，由檢測用振動臂11a、11b構(gòu)成檢測角速度的檢測振動系統(tǒng)，由連接臂13a、13b和驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b構(gòu)成驅(qū)動振動陀螺元件的驅(qū)動振動系統(tǒng)。
另外，在檢測用振動臂11a、11b的各個前端部形成有附重部(weightportion)12a、12b，驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b的各個前端部形成有附重部16a、16b、17a、17b。由此，可以實現(xiàn)振動陀螺元件的小型化并可提高角速度的檢測靈敏度。另外，此處，檢測用振動臂11a、11b是分別包含附重部12a、12b在內(nèi)的名稱，驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b是分別包含附重部16a、16b、17a、17b在內(nèi)的名稱。
另外，形成有從基部10先沿著與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸、在中途與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字狀的梁20a、20b、21a、21b，梁20a、20b、21a、21b的前端分別與支撐部22a、22b、23a、23b連接。
并且，通過支撐粘接該支撐部22a、22b、23a、23b，實現(xiàn)了振動陀螺元件1的支撐。
另外，該梁20a、20b、21a、21b和支撐部22a、22b、23a、23b配置在相對于振動陀螺元件1的重心G旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
接著，對振動陀螺元件1的動作進(jìn)行說明。
圖2和圖3是說明振動陀螺元件1的動作的示意平面圖。圖2示出了驅(qū)動振動狀態(tài)，圖3示出了施加角速度的狀態(tài)下的檢測振動狀態(tài)。另外，在圖2和圖3中，為了簡單表現(xiàn)振動形式，用線表示各振動臂和各梁。
在圖2中，說明振動陀螺元件1的驅(qū)動振動狀態(tài)。振動陀螺元件1在不施加角速度的狀態(tài)下，驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b在箭頭E所示的方向上進(jìn)行彎曲振動。該彎曲振動以預(yù)定的頻率反復(fù)進(jìn)行實線所示的振動狀態(tài)和雙點劃線所示的振動狀態(tài)。此時，如箭頭F所示的力作用于基部10。即，隨著驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b的彎曲振動，向基部10施加了用于交替地施加拉伸力和壓縮力的振動。該振動與驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b的彎曲振動相比是微小的振動。
該微小的振動在左右驅(qū)動振動平衡被破壞的情況下，用于使基部10旋轉(zhuǎn)，并使檢測振動臂11a、11b微小地振動。但是通過從基部10先沿著與驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b正交的方向延伸的梁20a、20b、21a、21b抑制了基部10的振動。因此，檢測用振動臂11a、11b不會振動。
接著，在進(jìn)行該驅(qū)動振動的狀態(tài)下，當(dāng)向振動陀螺元件1施加繞Z軸方向的角速度ω時，進(jìn)行圖3所示的振動。首先，如圖3(a)所示，箭頭B方向的科里奧利力(Coriolis Force)作用于構(gòu)成驅(qū)動振動系統(tǒng)的驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b和連接臂13a、13b上。另外，同時，檢測用振動臂11a、11b響應(yīng)箭頭B的科里奧利力而在箭頭C方向上產(chǎn)生變形。然后，如圖3(b)所示，返回到箭頭B′方向的力作用于驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b和連接臂13a、13b上。同時，檢測用振動臂11a、11b響應(yīng)箭頭B′方向的力而在箭頭C′方向上產(chǎn)生變形。通過反復(fù)交替進(jìn)行該動作，激發(fā)了新的振動。
另外，箭頭B、B′方向的振動是相對于重心G的圓周方向上的振動。并且，通過由在檢測用振動臂11a、11b上形成的檢測電極檢測由振動而產(chǎn)生的壓電材料的變形來求出角速度。
另外，在該檢測振動狀態(tài)下，在基部10的周緣部彎有梁20a、20b、21a、21b而沿著箭頭D、D′的方向，在相對于重心G的圓周方向上振動。這是因為檢測振動不僅是驅(qū)動振動系統(tǒng)和檢測用振動臂11a、11b之間的平衡振動，而且還是包含基部10在內(nèi)的平衡振動。
該箭頭D、D′所示的基部10的周緣部的振動振幅與箭頭B、B′所示的驅(qū)動振動系統(tǒng)的振動振幅、或者箭頭C、C′所示的檢測用振動臂11a、11b的振動振幅相比是微小的，但是例如在固定了基部10的情況下，由于該固定而抑制了基部10的周緣部的振動，也抑制了檢測振動。由此，固定基部10可以降低角速度的檢測靈敏度。
然后，使用圖4，對振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)和陀螺傳感器進(jìn)行說明。圖4是表示陀螺傳感器的概略剖面圖，將振動陀螺元件1作為沿著圖1的A-A截線的截面來表示。
陀螺傳感器80具有振動陀螺元件1、IC 84、收容器81、以及蓋體86。在由陶瓷等形成的收容器81的底面配置有IC 84，其通過Au等的線85與在收容器81上形成的布線(未圖示)電連接。在IC 84中包含了用于使振動陀螺元件1驅(qū)動振動的驅(qū)動電路、以及檢測施加角速度時在振動陀螺元件1中產(chǎn)生的檢測振動的檢測電路。振動陀螺元件1通過導(dǎo)電性粘合劑等的固定部件83，粘接支撐在收容器81中形成的支撐臺82和振動陀螺元件1的支撐部22a、22b、23a、23b。另外，在支撐臺82表面形成有布線(未圖示)，通過固定部件83實現(xiàn)了振動陀螺元件1的電極和布線之間的導(dǎo)通。該固定部件83最好是具有彈性的材料。作為具有彈性的固定部件83，已知有以硅為基材的導(dǎo)電性粘合劑等。并且，在收容器81的上部將收容器81內(nèi)保持為真空氛圍、并利用蓋體86進(jìn)行密封。
如上所述，本實施方式的振動陀螺元件1和振動陀螺元件1的支撐結(jié)構(gòu)通過從基部10先向與驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b的延伸方向大致正交的方向延伸的梁20a、20b、21a、21b，可以抑制所泄漏的驅(qū)動振動，并且可以防止角速度的誤檢測。
另外，在檢測振動中，從基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b由于由水晶形成，因此具有彈性，不會抑制基部10的周緣部的振動，也不會降低角速度的檢測靈敏度。
另外，由于梁20a、20b、21a、21b和支撐部22a、22b、23a、23b相對于振動陀螺元件1的重心G設(shè)置在旋轉(zhuǎn)對稱的位置上，因此，可以確保振動陀螺元件1的平衡，可以保持穩(wěn)定的姿勢，并可獲得良好的特性。
另外，在振動陀螺元件1的支撐結(jié)構(gòu)中，由于固定部件83由具有彈性的材料構(gòu)成，因此，能夠緩和來自外部的振動和沖擊，可以穩(wěn)定地保持驅(qū)動振動和檢測振動。并且，對于泄漏到支撐部22a、22b、23a、23b上的微小振動，固定部件83作為緩沖材料而發(fā)揮作用，從而可以降低對驅(qū)動振動和檢測振動的影響。
另外，搭載了由上述支撐結(jié)構(gòu)支撐的振動陀螺元件1的陀螺傳感器80可通過搭載防止角速度誤檢測的振動陀螺元件1而提供特性優(yōu)良的陀螺傳感器80。
(振動陀螺元件的變型例)圖5至圖9是表示振動陀螺元件的變型例的概略平面圖。在這些變型例中，特征在于圖1所示的梁和支撐部的形狀上，對于與圖1相同的結(jié)構(gòu)部件，標(biāo)以相同的標(biāo)號，并省略說明。
在圖5中，在振動陀螺元件2上設(shè)置有從基部10的4個角部先向大致與各驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b正交的方向延伸的、大致呈S字狀的梁30a、30b、31a、31b。梁30a、30b、31a、31b的前端分別與支撐部32a、32b、33a、33b連接。
并且，振動陀螺元件2使用與上述實施方式相同的支撐結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電性粘合劑等固定部件將支撐部32a、32b、33a、33b粘接支撐在支撐臺上。
接著，在圖6中，在振動陀螺元件3上設(shè)置有從基部10的4個角部沿著與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸、在中途與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致平行地延伸的L字狀的梁40a、40b、41a、41b。梁40a、40b的前端均與支撐部42連接，梁41a、41b均與支撐部43連接。
并且，振動陀螺元件3使用與上述實施方式相同的支撐結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電性粘合劑等的固定部件將支撐部42、43粘接支撐在支撐臺上。
圖7是更短地形成圖6中的檢測用振動臂11a、11b時的變型例。在圖7中，在振動陀螺元件4上設(shè)置有從基部10的4個角部沿著與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸、并且在中途與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致平行地延伸的L字狀的梁50a、50b、51a、51b。梁50a、50b的前端與支撐部52連接，梁51a、51b與支撐部53連接。
該1對支撐部52、53在各檢測用振動臂11a、11b的延伸方向上配置在檢測用振動臂11a、11b的外側(cè)、并且在驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
并且，振動陀螺元件4使用與上述實施方式相同的支撐結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電性粘合劑等的固定部件將支撐部52、53粘接支撐在支撐臺上。
在圖8中，在振動陀螺元件5上設(shè)置有從基部10的4個角部沿著與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸、并且在中途與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字狀的梁60a、60b、61a、61b。梁60a、60b、61a、61b分別與支撐部62a、62b、62c、62d連接。另外，支撐部62a、62b、62c、62d與框部62連接，該框部62形成為包圍基部10、檢測用振動臂11a、11b、以及驅(qū)動用振動部14a、14b、15a、15b。
并且，振動陀螺元件5使用與上述實施方式相同的支撐結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電性粘合劑等的固定部件來至少將支撐部62a、62b、62c、62d或框部62粘接支撐在支撐臺上。
圖9是未在圖1所說明的振動陀螺元件1中設(shè)置附重部12a、12b、16a、16b、17a、17b的形式。
在圖9中，在振動陀螺元件6上設(shè)置有從基部10的4個角部沿著與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b大致正交的方向向圖中左右兩側(cè)延伸、并且在中途與該驅(qū)動用振動臂14a、14b、15a、15b平行地延伸的L字狀的梁70a、70b、71a、71b。梁70a、70b、71a、71b分別與支撐部72a、72b、73a、73b連接。
并且，振動陀螺元件6使用與上述實施方式相同的支撐結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電性粘合劑等的固定部件將支撐部72a、72b、73a、73b粘接支撐在支撐臺上。
在以上的振動陀螺元件的變型例中，也通過從基部10先向驅(qū)動用振動臂以大致正交的方向延伸的梁，可以抑制所泄漏的驅(qū)動振動，并且可以防止角速度的誤檢測。
另外，作為振動陀螺元件的材料的水晶具有固有的彈性，但是可以通過適當(dāng)改變從基部10延伸的梁的長度和形狀，調(diào)整梁的彈性。由此，可以調(diào)整對傳到基部10上的振動的抑制，可以獲得穩(wěn)定的驅(qū)動振動和檢測振動。
這樣，在振動陀螺元件的變型例中，也具有與在本實施方式中說明的實施例相同的作用，可以獲得同樣的效果。
另外，本實施方式的振動陀螺元件可以通過使用了光刻技術(shù)的蝕刻加工形成為一體，另外，可以由1枚水晶晶片形成多個振動陀螺元件。
另外，在本實施方式中，從基部與驅(qū)動用振動臂大致正交地延伸、并且從中途與驅(qū)動用振動臂平行地設(shè)置了梁，但是，也可以構(gòu)成為從該中途不與驅(qū)動用振動臂平行而帶有某角度地設(shè)置梁，使得具有作為梁的彈性。
另外，作為振動陀螺元件的材料，也可以利用作為其它壓電材料的鉭酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(lithium niobate，LiNbO5)等。另外，不僅可以使用壓電材料來實施，也可以使用以鎳鉻恒彈性鋼材料為代表的恒彈性材料來實施。
權(quán)利要求
1.一種振動陀螺元件，其特征在于，在同一平面上具有基部；從所述基部以直線狀向兩側(cè)延伸的1對檢測用振動臂；從所述基部沿著與所述檢測用振動臂正交的方向向兩側(cè)延伸的1對連接臂；從所述各連接臂的前端部與其正交地向兩側(cè)延伸的各1對驅(qū)動用振動臂；從所述基部延伸的4根梁；以及與所述各梁的前端連接的支撐部，所述各梁從所述基部先向與所述驅(qū)動用振動臂的延伸方向大致正交的方向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動陀螺元件，其特征在于，所述梁和所述支撐部設(shè)置在相對于振動陀螺元件的重心旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
3.一種振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2所述的振動陀螺元件；載置所述振動陀螺元件的支撐臺；以及用于固定所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺的固定部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述固定部件是具有彈性的材料。
5.一種陀螺傳感器，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2所述的振動陀螺元件；載置所述振動陀螺元件的支撐臺；用于固定所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺的固定部件；用于使所述振動陀螺元件驅(qū)動振動的驅(qū)動電路；以及檢測在向所述振動陀螺元件施加角速度時在所述振動陀螺元件中產(chǎn)生的檢測振動的檢測電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了抑制泄漏到基部上的驅(qū)動振動、并且防止角速度的誤檢測的振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結(jié)構(gòu)以及陀螺傳感器。在同一平面上具有基部(10)；從基部(10)開始以直線狀向兩側(cè)延伸的1對檢測用振動臂(11a、11b)；從基部(10)開始沿著與檢測用振動臂(11a、11b)垂直的方向向兩側(cè)延伸的1對連接臂(13a、13b)；從各連接臂(13a、13b)的末端部開始與其垂直地向兩側(cè)延伸的各1對驅(qū)動用振動臂(14a、14b、15a、15b)；從基部(10)開始延伸的4根梁(20a、20b、21a、21b)；以及與各梁(20a、20b、21a、21b)的末端連接的支撐部(22a、22b、23a、23b)，各梁(20a、20b、21a、21b)從基部(10)先向與所述驅(qū)動用振動臂(14a、14b、15a、15b)的延伸方向大致正交的方向延伸。
文檔編號G01P9/04GK1811338SQ20061000204
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者小倉誠一郎 申請人:精工愛普生株式會社