專利名稱：振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結構和陀螺傳感器的制作方法
技術領域：
本發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構和陀螺傳感器。
背景技術：
近年來，作為攝像設備的手抖動校正、或使用GPS(全球定位系統)衛星信號的車輛等移動體導航系統等的姿勢控制，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，公知的有相對于中央的檢測振動系統左右對稱地配置大致T字型的驅動振動系統的所謂雙T型振動陀螺元件(參照專利文獻1、圖1)。
在這些陀螺傳感器中，為了提高便攜性和設備的設計自由度，要求小型化。為了實現該陀螺傳感器的小型化，需要使陀螺元件小型化。通常，作為陀螺元件的支撐是把陀螺元件的中央的基部(重心部)粘接支撐在基板等上，但在使陀螺元件小型化時，與基板的支撐面積變小，存在不能確保施加了振動或沖擊時的強度的問題。因此，例如，如專利文獻1(圖4)所示，提出了使支撐框從基部延伸出并分別支撐基部和支撐框的結構。
專利文獻1日本特開2001-12955號公報(圖1、圖4)但是，在這種現有的陀螺元件中，由于支撐基部，使檢測振動受到抑制，降低了角速度的檢測靈敏度，并且由于支撐框設置在陀螺元件的驅動振動系統和檢測振動系統的外側，所以陀螺元件的小型化存在限制。
發明內容
本發明就是為了上述課題而提出的，其目的在于，提供能維持振動陀螺元件的角速度檢測靈敏度、確保支撐強度并且實現小型化的振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結構和陀螺傳感器。
為了解決上述課題，本發明的振動陀螺元件的特征在于，在同一平面上具有基部；從所述基部向兩側直線狀延伸的一對檢測用振動臂；從所述基部向兩側在與所述檢測用振動臂垂直的方向上延伸的一對連接臂；從所述各個連接臂的末端部與所述各個連接臂垂直地向兩側延伸的各一對驅動用振動臂；從所述基部沿著所述各檢測用臂延伸的兩對梁；連接在相同方向上延伸的所述各梁的一對支撐部，其中，所述支撐部被配置在所述各個檢測用振動臂延伸的方向、而且位于所述檢測用振動臂的外側、所述驅動用振動臂之間。
根據這種結構，形成從振動陀螺元件的基部延伸的梁和連接該梁的支撐部，從而能夠確保較大的支撐部面積。并且，通過粘接支撐該支撐部，可以在維持角速度檢測靈敏度的同時，提高支撐強度。并且，通過把支撐部配置在檢測用振動臂延伸的方向、而且位于檢測用振動臂的外側、驅動用振動臂之問，可以實現振動陀螺元件的小型化。
并且，本發明的振動陀螺元件的特征在于，所述檢測用振動臂的長度形成為比所述驅動用振動臂的長度短。
這樣，可以增大支撐部的面積，提高振動陀螺元件的支撐強度。
并且，本發明的振動陀螺元件的特征在于，所述一對支撐部被設置在相對于振動陀螺元件的重心旋轉對稱的位置上。
根據這種結構，能夠確保振動陀螺元件的平衡，保持穩定的姿勢。
并且，本發明的振動陀螺元件的支撐結構的特征在于，具有所述的振動陀螺元件；放置所述振動陀螺元件的支撐臺；對所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺進行固定的固定部件。
根據這種結構，能夠將支撐部形成為較大的面積，所以即使不支撐振動陀螺元件的基部，也能夠通過固定部件來對支撐部進行支撐，由此在維持角速度檢測靈敏度的同時實現可靠的支撐。
并且，本發明的振動陀螺元件的支撐結構的特征在于，所述固定部件是具有彈性的材料。
根據這種結構，因為固定部件具有彈性，所以能夠緩和來自外部的振動或沖擊，能夠穩定地保持振動陀螺元件的驅動振動和檢測振動。并且，針對泄漏到支撐部的微小振動，固定部件作為緩沖部件而發揮作用，能夠降低對驅動振動和檢測振動的影響。
并且，本發明的陀螺傳感器的特征在于，具有所述的振動陀螺元件；放置所述振動陀螺元件的支撐臺；對所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺進行固定的固定部件；驅動振動所述振動陀螺元件的驅動電路；檢測電路，在對所述振動陀螺元件施加了角速度時，該檢測電路檢測在所述振動陀螺元件中產生的檢測振動。
根據這種結構，通過粘接支撐振動陀螺元件的支撐部，可以在維持角速度檢測靈敏度的同時提高支撐強度，可以提供裝配了小型化的振動陀螺元件的小型化陀螺傳感器。
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是表示陀螺傳感器的概略剖面圖。
圖3是說明振動陀螺元件的驅動振動狀態的示意性平面圖。
圖4是說明振動陀螺元件的檢測振動狀態的示意性平面圖。
圖5是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。
圖6是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。
圖7是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。
圖8是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。
圖9是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。
標號說明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驅動振動臂；15a、15b驅動振動臂；20a、20b、21a、21b梁；22a、22b支撐部；80陀螺傳感器；82支撐臺；83固定部件；84包含驅動電路和檢測電路的IC；G重心。
具體實施例方式
以下，參照
將本發明具體化的實施方式。
(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由作為壓電材料的石英形成。石英中具有被稱為電軸的X軸、被稱為機械軸的Y軸、被稱為光軸的Z軸。并且，振動陀螺元件1在Z軸方向具有規定的厚度，并形成于XY平面內。
振動陀螺元件1具有從基部10向圖中上下兩側直線狀延伸的一對檢測用振動臂11a、11b；從基部10開始在與該檢測用振動臂11a、11b垂直的方向上，向圖中左右兩側延伸的一對連接臂13a、13b；從各個連接臂13a、13b的末端部開始與檢測用振動臂11a、11b平行地、向圖中上下兩側延伸的左右各一對驅動用振動臂14a、14b、15a、15b。
并且，在檢測用振動臂11a、11b的表面上形成檢測電極(未圖示)，在驅動用振動臂14a、14b、15a、15b的表面上形成驅動電極(未圖示)。這樣，由檢測用振動臂11a、11b構成檢測角速度的檢測振動系統，由連接臂13a、13b和驅動用振動臂14a、14b、15a、15b構成對振動陀螺元件進行驅動的驅動振動系統。
并且，在檢測用振動臂11a、11b各自的末端部形成錘部12a、12b，在驅動用振動臂14a、14b、15a、15b各自的末端部形成錘部16a、16b、17a、17b，以期提高角速度的檢測靈敏度。另外，此處，檢測用振動臂11a、11b是分別包括了錘部12a、12b的名稱，驅動用振動臂14a、14b、15a、15b是分別包括了錘部16a、16b、17a、17b的名稱。
并且，檢測用振動臂11a、11b形成為其長度比驅動用振動臂14a、14b、15a、15b短。
另外，形成從基部10開始在與該檢測用振動臂11a垂直的方向上向圖中左右兩側延伸、在中途與該檢測用振動臂11a平行地延伸的L字形的一對梁20a、20b，梁20a、20b的末端均連結到支撐部22a上。同樣，形成從基部10開始在與該檢測用振動臂11b垂直的方向上向圖中左右兩側延伸、在中途與該檢測用振動臂11b平行地延伸的L字形的一對梁21a、21b，梁21a、21b的末端均連結到支撐部22b上。
該一對支撐部22a、22b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。另外，該一對支撐部22a、22b被配置在相對于振動陀螺元件1的重心G旋轉對稱的位置上。
下面，說明振動陀螺元件1的動作。
圖3和圖4是說明振動陀螺元件的動作的示意性平面圖。在圖3和圖4中，為了簡易地表述振動形式，利用線表示各個振動臂，省略所述梁20a、20b、21a、21b和支撐部22a、22b。
在圖3中，說明振動陀螺元件1的驅動振動狀態。振動陀螺元件1在未施加角速度的狀態下，驅動用振動臂14a、14b、15a、15b在箭頭E所示的方向上進行彎曲振動。該彎曲振動按規定的頻率重復由實線表示的振動姿勢和由雙點劃線表示的振動姿勢。此時，驅動用振動臂14a、14b和驅動用振動臂15a、15b進行相對于通過重心G的Y軸線對稱的振動，所以基部10、連結臂13a、13b、檢測用振動臂11a、11b幾乎不振動。
在進行該驅動振動的狀態下，當對振動陀螺元件1施加繞著Z軸的角速度ω時，進行圖4所示的振動。即，向構成驅動振動系統的驅動用振動臂14a、14b、15a、15b和連結臂13a、13b作用箭頭B方向的科里奧利(Coriolis)力，激勵新的振動。該箭頭B方向的振動相對于重心G是圓周方向的振動。同時，檢測用振動臂11a、11b呼應箭頭B方向的振動，被激勵起箭頭C方向的檢測振動。并且，由形成于檢測用振動臂11a、11b上的檢測電極來檢測由于該振動而產生的壓電材料的變形，求出角速度。
并且，此時，基部10的周緣部在箭頭D方向上，相對于重心G在周向上振動。這是因為檢測振動不僅是驅動振動系統和檢測用振動臂11a、11b的平衡振動，而且是包括基部10的平衡振動。該箭頭D所示的基部10的周緣部的振動振幅，與箭頭B所示的驅動振動系統的振動振幅或箭頭C所示的檢測用振動臂11a、11b的振動振幅相比，非常微小，但是，例如在粘接固定基部10的情況下，基部10的周緣部的振動由于該固定而受到抑制，檢測振動也受到抑制。因此，由于支撐基部10，而使得角速度的檢測靈敏度降低。
下面，使用圖2說明振動陀螺元件的支撐結構和陀螺傳感器。圖2是表示陀螺傳感器的概略剖面圖，表示振動陀螺元件1沿著圖1的A-A切線的剖面。
陀螺傳感器80具有振動陀螺元件1、IC 84、收納器81和蓋體86。在由陶瓷等形成的收納器81的底面上配置有IC 84，其通過Au等的引線85與形成于收納器81中的布線(未圖示)電連接。IC 84包括用于對振動陀螺元件1進行驅動振動的驅動電路；在施加了角速度時檢測在振動陀螺元件1中產生的檢測振動的檢測電路。振動陀螺元件1中，通過導電性粘接劑等的固定部件83，粘接支撐形成于收納器81中的支撐臺82和振動陀螺元件1的支撐部22a、22b。在支撐臺82的表面上形成有布線(未圖示)，振動陀螺元件1的電極和布線間的導通通過固定部件83來實現。該固定部件83優選具有彈性的材料。作為具有彈性的固定部件83，公知的有以硅為基材的導電性粘接劑等。并且，收納器81的上部利用蓋體86進行密封，以便把收納器81內部保持為真空氣氛。
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的支撐結構，通過形成連結從基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b的支撐部22a、22b，可以確保支撐部22a、22b的面積較大，能夠提高支撐強度。
并且，從基部10延伸的梁20a、20b、21a、21b由石英形成，所以具有彈性，基部10的周緣部的振動不會受到抑制，不會降低角速度的檢測靈敏度。
另外，通過把支撐部22a、22b配置在檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間，可以實現振動陀螺元件1的小型化。
并且，由于一對支撐部22a、22b被設置在相對于振動陀螺元件1的重心G旋轉對稱的位置上，所以能夠確保振動陀螺元件1的平衡，能確保穩定的姿勢，能夠獲得良好的特性。
并且，在振動陀螺元件1的支撐結構中，固定部件83由具有彈性的材料構成，所以能夠緩和來自外部的振動和沖擊，能夠穩定地保持驅動振動和檢測振動。并且，針對泄漏到支撐部22a、22b的微小振動，固定部件83作為緩沖部件而發揮作用，能夠降低對驅動振動和檢測振動的影響。
另外，裝配了利用上述支撐結構進行支撐的振動陀螺元件1的陀螺傳感器80，能夠維持角速度的檢測靈敏度，并且實現小型化。
(振動陀螺元件的變形例)圖5～圖9是表示振動陀螺元件的變形例的概略平面圖。在這些變形例中，其特征是圖1所示的梁和支撐部的形狀，對結構和圖1相同的部分標注相同標號，并省略說明。
在圖5中，形成從振動陀螺元件2的基部10的兩側與該檢測用振動臂11a平行地延伸的一對梁30a、30b，梁30a、30b的末端連結到支撐部32a。同樣，形成從基部10的兩側與該檢測用振動臂11b平行地延伸的一對梁31a、31b，梁31a、31b的末端連結到支撐部32b。
該一對支撐部32a、32b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
振動陀螺元件2具有與前述實施方式相同的支撐結構，利用導電性粘接劑等固定部件把支撐部32a、32b粘接支撐在支撐臺上。
下面，在圖6中，在振動陀螺元件3中設有從基部10的4個角部暫且在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向上延伸的、大致為S字形的梁40a、40b、41a、41b。梁40a、40b的末端連結到支撐部42a，梁41a、41b連結到支撐部42b。
該一對支撐部42a、42b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
振動陀螺元件3具有與前述實施方式相同的支撐結構，利用導電性粘接劑等固定部件把支撐部42a、42b粘接支撐在支撐臺上。
在圖7中，在振動陀螺元件4中設置有從基部10的4個角部暫且在與各個檢測用振動臂11a、11b垂直的方向上延伸的、大致為S字形的梁50a、50b、51a、51b。梁50a、50b的末端連結到支撐部52a，梁51a、51b連結到支撐部52b。
該一對支撐部52a、52b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向上、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
振動陀螺元件4具有與前述實施方式相同的支撐結構，利用導電性粘接劑等固定部件把支撐部52a、52b粘接支撐在支撐臺上。
在圖8中，在振動陀螺元件5中設置有從基部10的4個角部在傾斜方向上延伸的梁60a、60b、61a、61b。梁60a、60b的末端連結到支撐部62a，梁61a、61b連結到支撐部62b。
該一對支撐部62a、62b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
振動陀螺元件5具有與前述實施方式相同的支撐結構，利用導電性粘接劑等固定部件把支撐部62a、62b粘接支撐在支撐臺上。
圖9表示在圖1中說明的振動陀螺元件1中不設置錘部16a、16b、17a、17b的方式。
在振動陀螺元件6中設有從基部10的4個角部在與該檢測用振動臂11a、11b垂直的方向上向圖中左右兩側延伸、在中途與該檢測用振動臂11a、11b平行地延伸的L字形的梁70a、70b、71a、71b。梁70a、70b的末端連結到支撐部72a，梁71a、71b連結到支撐部72b。
該一對支撐部72a、72b被配置在各個檢測用振動臂11a、11b延伸的方向、而且位于檢測用振動臂11a、11b的外側、驅動用振動臂14a、14b、15a、15b之間。
振動陀螺元件6具有與前述實施方式相同的支撐結構，利用導電性粘接劑等固定部件把支撐部72a、72b粘接支撐在支撐臺上。
這樣，雖然作為振動陀螺元件的材料的石英具有固有的彈性，但通過適當改變從基部10延伸的梁的長度和形狀，可以調整梁的彈性。因此，能夠抑制基部10的振動傳遞到支撐部，可獲得穩定的驅動振動和檢測振動。
在以上的振動陀螺元件的變形例中，具有與在本實施方式中說明的作用相同的作用，能夠實現相同的效果。
另外，本實施方式的振動陀螺元件可通過使用光刻技術的蝕刻加工而形成為一體，并且，可以由一枚石英晶片形成多個振動陀螺元件。
并且，作為振動陀螺元件的材料，也可以使用其他壓電材料，例如鉭酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(LiNbO5)等。另外，不僅可以利用壓電材料，也可以利用以鎳鉻恒彈性合金(elinvar)材料為代表的恒彈性材料來實施。
權利要求
1.一種振動陀螺元件，其特征在于，在同一平面上具有基部；從所述基部向兩側直線狀延伸的一對檢測用振動臂；從所述基部向兩側在與所述檢測用振動臂垂直的方向上延伸的一對連接臂；從所述各個連接臂的末端部與所述各個連接臂垂直地向兩側延伸的各一對驅動用振動臂；從所述基部沿著所述各檢測用臂延伸的兩對梁；連接在相同方向上延伸的所述各梁的一對支撐部，所述支撐部被配置在所述各個檢測用振動臂延伸的方向、而且位于所述檢測用振動臂的外側、所述驅動用振動臂之間。
2.根據權利要求1所述的振動陀螺元件，其特征在于，所述檢測用振動臂的長度形成為比所述驅動用振動臂的長度短。
3.根據權利要求1或2所述的振動陀螺元件，其特征在于，所述一對支撐部被設置在相對于振動陀螺元件的重心旋轉對稱的位置上。
4.一種振動陀螺元件的支撐結構，其特征在于，具有權利要求1～3中任一項所述的振動陀螺元件；放置所述振動陀螺元件的支撐臺；對所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺進行固定的固定部件。
5.根據權利要求4所述的振動陀螺元件的支撐結構，其特征在于，所述固定部件是具有彈性的材料。
6.一種陀螺傳感器，其特征在于，具有權利要求1～3中任一項所述的振動陀螺元件；放置所述振動陀螺元件的支撐臺；對所述振動陀螺元件的所述支撐部和支撐臺進行固定的固定部件；驅動所述振動陀螺元件使其振動的驅動電路；檢測電路，在對所述振動陀螺元件施加了角速度時，該檢測電路檢測在所述振動陀螺元件中產生的檢測振動。
全文摘要
本發明提供振動陀螺元件、振動陀螺元件的支撐結構和陀螺傳感器，可維持振動陀螺元件的角速度檢測靈敏度、確保支撐強度并實現小型化。該振動陀螺元件在同一平面上具有基部(10)；從基部(10)向兩側直線狀延伸的一對檢測用振動臂(11a、11b)；從基部(10)向兩側在和檢測用振動臂(11a、11b)垂直的方向上延伸的一對連接臂(13a、13b)；從各個連接臂的末端部與其垂直地向兩側延伸的各一對驅動用振動臂(14a、14b、15a、15b)；從基部(10)沿著各檢測用臂延伸的兩對梁(20a、20b、21a、21b)；連接在相同方向上延伸的各梁的一對支撐部(22a、22b)，其中，支撐部(22a、22b)配置在檢測用振動臂延伸的方向、而且位于檢測用振動臂的外側、所述驅動用振動臂之間。
文檔編號H02K37/16GK1808066SQ200610001919
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月19日 優先權日2005年1月20日
發明者小倉誠一郎 申請人:精工愛普生株式會社