JP2003279355A - 振動ジャイロおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚みの薄い実装基板を有して低背化が可能で
あるにもかかわらずカバー搭載前の特性調整時とカバー
搭載後の完成時との間での特性の変化の少ない振動ジャ
イロおよびそれを用いた電子装置を提供する。 【解決手段】 実装基板１２の一方主面上に両端開放屈
曲振動をする柱状の振動子２を搭載し、さらに駆動検出
回路用部品１３を実装基板１２の共振による屈曲振動の
腹部中心線ｎ２を跨いで搭載する。しかも、実装基板１
２は、単体での屈曲振動の自己共振周波数が振動子２の
屈曲振動の周波数より低く、振動子２および駆動検出用
回路部品１３を搭載後の屈曲振動の自己共振周波数が単
体での屈曲振動の自己共振周波数より高くなり、しかも
振動子２の屈曲振動の周波数と一致しないように構成さ
れているものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、例えばビデオカメラの手ぶれ
補正装置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】両端開放屈曲振動をする柱状の振動子
を、その長手方向が実装基板の一方主面に平行になるよ
うにノード部を支持部材を介して支持して実装基板上の
一方主面上に搭載する構成の振動ジャイロは、例えば特
開２００１−２２７９５３号公報の図６（以下、従来例
１という）に開示されている。

【０００３】従来例１においては、実装基板２０（１
２）の一方主面上に振動子１００（２）が、そのノード
部を支持部材１０４（８）、１０５（９）、１０６（１
０）、１０７（１１）を介して支持されて搭載されてい
る。実装基板２０（１２）上には駆動回路や検出回路を
構成する電子部品３０（１３、１４、１５）が搭載され
ている。そして、振動子１００（２）の共振周波数や駆
動回路や検出回路などの調整が必要に応じてなされた後
で、実装基板２０（１２）上にカバー４０（１６）を搭
載することによって振動ジャイロが完成する。なお、上
記の文章中の括弧で囲んだ記号は、本願の図１における
対応箇所の記号である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例１のような構成
の振動ジャイロにおいて、駆動回路による励振によって
振動子が屈曲振動するときに、その振動が支持部材を介
して実装基板に伝搬するのを防止するのは非常に難し
い。そして、振動子の振動が実装基板に伝搬すると、実
装基板自身が振動子との共振によって屈曲振動してしま
うという場合がある。実装基板上にカバーが搭載される
と実装基板自身の屈曲振動はかなり抑制されるが、カバ
ー搭載前の振動子の共振周波数や各回路の調整時には、
作業を容易にするためにカバーは搭載しない。そのた
め、カバー搭載前の実装基板の屈曲振動が大きい状態で
振動ジャイロの特性を最適な状態に調整しても、カバー
搭載によって実装基板の屈曲振動が抑制されると特性が
変化して最適な状態からずれてしまうという問題があ
る。

【０００５】振動子の屈曲振動が伝搬することによる実
装基板の共振による屈曲振動は、図２に示すように実装
基板の自己共振周波数が低いほど大きくなる。また、そ
れとは別に、同じく図２に示すように、実装基板の自己
共振周波数が振動子の屈曲振動の周波数と一致している
ときにも実装基板の振動が大きくなる。

【０００６】実装基板の自己共振周波数は、一般に実装
基板の材質と厚みや長さなどの寸法で決まる。そして、
実装基板の材質や長さには価格や寸法の問題であまり設
計の自由度がないことが多いので、実装基板の厚みによ
ってその自己共振周波数を適当な値に設定することが多
い。そして、実装基板の自己共振周波数はその厚みが大
きいほど高くなるので、通常は自己共振周波数が振動子
の振動周波数より大きくなるように実装基板の厚みを決
めることになる。

【０００７】しかしながら、実装基板の厚みを大きくす
るということは振動ジャイロ自身の背が高くなることを
意味し、昨今要求の多い電子部品の低背化の傾向に逆ら
うことになるという問題がある。

【０００８】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、厚みの薄い実装基板を有して低背化が
可能であるにもかかわらずカバー搭載前の特性調整時と
カバー搭載後の完成時との間での特性の変化の少ない振
動ジャイロおよびそれを用いた電子装置を提供する。

【０００９】

【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、一方主面および他方主面
を有する実装基板と、該実装基板の一方主面上に搭載さ
れた両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と、前記実装
基板の一方主面上に搭載された駆動検出回路用部品と、
前記振動子および前記駆動検出回路用部品の搭載後にそ
れらを覆うように前記実装基板上に搭載されるカバーと
を備えた振動ジャイロであって、前記振動子はその長手
方向が前記実装基板の一方主面に平行になるようにノー
ド部を支持部材を介して支持されてなり、前記実装基板
は、単体での屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の
屈曲振動の周波数より低く、前記振動子および前記駆動
検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載時の
屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲振動の自己共
振周波数より高くなり、しかも前記振動子の屈曲振動の
周波数と一致しないように構成されていることを特徴と
する。

【００１０】また、本発明の振動ジャイロは、前記実装
基板が、前記振動子および前記駆動検出回路用部品を搭
載後であって前記カバー未搭載時の屈曲振動の自己共振
周波数が前記振動子の屈曲振動の周波数より高くなるよ
うに構成されていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の振動ジャイロは、前記駆動
検出回路用部品の中の少なくとも１つが前記実装基板の
共振による屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載されてい
ることを特徴とする。さらには、前記実装基板の共振に
よる屈曲振動の腹部中心線を跨いで搭載された駆動検出
回路用部品がベアチップＩＣであることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の電子装置は、上記の振動ジ
ャイロを用いたことを特徴とする。

【００１３】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、カバー搭載前の特性調整時と
カバー搭載後の完成時との間での特性の変化を少なくす
ることができ、振動ジャイロの特性ばらつきを低減する
ことができる。また、薄い実装基板を用いることができ
るために、振動ジャイロの低背化を図ることができる。

【００１４】また、本発明の電子装置においては、本発
明の振動ジャイロを備えているために常に正確な角速度
情報が得られ、性能の向上を図ることができる。

【００１５】

【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、振動ジャイロ
１は、振動子２と、例えば板状でＦｅ−Ｎｉ合金やりん
青銅などの金属からなる導電性の支持部材８、９、１
０、１１と、実装基板１２と、振動子２を励振して屈曲
振動させたり振動子２から出力される信号から振動子２
に印加される角速度を検出したりする駆動検出回路用部
品１３、１４、１５と、カバー１６を備えている。

【００１６】振動子２は、厚み方向に分極されるととも
に一方主面に幅方向に分割された電極４ａ、４ｂが形成
された圧電体基板３と、厚み方向に分極されるとともに
一方主面に電極６が形成された圧電体基板５とを、その
他方主面同士を電極７を介して貼り合わせてバイモルフ
構造になるように形成されている。圧電体基板３と圧電
体基板５の分極方向は、貼り合わされた状態において逆
になっている。圧電体基板３の一方主面と圧電体基板５
の一方主面は、それぞれ振動子２の一方主面と他方主面
になる。なお、振動子２の幅方向は圧電体基板３、５の
幅方向を、振動子２の長手方向は圧電体基板３、５の長
手方向を、振動子２の厚み方向は圧電体基板３、５の厚
み方向をそれぞれ意味するものとする。また、電極４
ａ、４ｂは、それぞれ長手方向に主要領域、一端領域、
他端領域の３つに分割されている。また、電極６や電極
７は分割されておらず、全面電極となっている。なお、
振動子の詳細な構成については本発明の主要部ではない
ため、これ以上の説明は省略する。

【００１７】駆動検出回路用部品１３、１４、１５は実
装基板１２の一方主面上に搭載され、振動子２を励振し
て屈曲振動させる駆動回路および振動子２のコリオリ力
による屈曲振動を検出する角速度検出回路などを構成す
る。このうち、駆動検出回路用部品１３は能動素子など
が集積されたベアチップＩＣであり、その底面全体が接
着剤などで実装基板１２の一方主面に貼り付けられ、さ
らに樹脂でオーバーコートされている。また、駆動検出
回路用部品１４や１５は、積層チップコンデンサやチッ
プ抵抗などの個別チップ部品である。

【００１８】振動子２は、電極４ａ、４ｂあるいは電極
６に印加された駆動信号によって厚み方向に両端開放屈
曲振動をする。その際、振動子２の両端からそれぞれ振
動子長さの約０．２２４倍の位置であって、厚み方向の
中央（電極７の位置）において、振動子２を幅方向に貫
く２つの軸が駆動による振動のノード軸となり、その近
傍をノード部という。そして、振動子２においては、そ
の長手方向中央部において、幅方向に貫く１つの軸が屈
曲振動の腹になるため、この軸を腹部中心線ｎ１とい
う。

【００１９】振動子２の一方のノード部近傍の一方主面
および他方主面における電極４ａ、４ｂおよび電極６に
は、それぞれ支持部材８および支持部材１０がハンダや
導電性接着剤によって機械的に固定され、かつ電気的に
接続されている。また、振動子２の他方のノード部近傍
の一方主面および他方主面における電極４ａ、４ｂおよ
び電極６にも同様に、それぞれ支持部材９および支持部
材１１が機械的に固定され、かつ電気的に接続されてい
る。より具体的には、支持部材８は、電極４ａの主要領
域の端部付近と電極４ｂの一端領域の端部付近に固定さ
れている。また、支持部材９は、電極４ａの他端領域の
端部付近と電極４ｂの主要領域の端部付近に固定されて
いる。支持部材８、１０の端部は実装基板１２の一方主
面上に形成された電極に電気的かつ機械的に固定されて
いる。支持部材９、１１の端部も実装基板１２の一方主
面上に形成された電極に電気的かつ機械的に固定されて
いる。

【００２０】その結果、振動子２は実装基板１２の一方
主面上において、その長手方向が実装基板１２の一方主
面に平行になるようにノード部を支持部材８、９、１
０、１１を介して支持されていることになる。そのた
め、振動子２の腹部中心線ｎ１も実装基板１２の一方主
面に平行になる。

【００２１】また、支持部材８と支持部材９は互いに電
気的に絶縁され、それぞれ電極４ａおよび４ｂの主要領
域に対するリード線としても用いられる。なお、支持部
材１０と１１はいずれも電極６に接続されており、電極
６に対するリード線としても用いられる。

【００２２】ここで、各支持部材８、９、１０、１１
は、振動子２に固定された部分から実装基板１２に固定
された部分の間に複数の屈曲部を有する。この屈曲部が
クッションの役割を果たすために振動子２の振動が抑制
されることが少なくなって振動が安定し、また振動子２
の振動の実装基板２への漏れも少なくなる。

【００２３】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が屈曲部を有する支持部材８、９、１
０、１１によって実装基板１２上に支持されているた
め、振動子２の振動が外部に漏れにくくなり、振動が安
定化し、角速度の検出精度が向上する。

【００２４】次に、本発明の振動ジャイロの特徴部分に
ついて説明する。まず、図３に、カバー１６を搭載する
前の振動ジャイロ１の側面図を示す。図３（ａ）は振動
子２が屈曲振動していない状態を示す。図３（ａ）にお
いては実装基板１２の一方主面上の駆動検出回路用部品
１３、１４、１５の記載を省略している。振動子２が屈
曲振動していないため、実装基板１２も共振による屈曲
振動はしていない。

【００２５】図３（ｂ）は、仮に駆動検出回路用部品１
３、１４、１５が実装基板１２の一方主面上に搭載され
ていない（もちろん、別の何らかの形では備わっている
ものとする）と仮定した場合の、振動子２が屈曲振動し
ている状態（屈曲した瞬間）を示す。これより分かるよ
うに、振動子２が屈曲振動すると、その振動が支持部材
８、９、１０、１１を介して実装基板１２に伝わり、実
装基板１２も共振による屈曲振動をしている。実装基板
１２は、材質や寸法によって単体での屈曲振動の自己共
振周波数が、図２のＡの位置で示されるように振動子２
の屈曲振動の周波数より低くなるように設定されている
ため、共振によって比較的大きく屈曲している。このと
き、実装基板１２においても振幅が最大になる腹が存在
するが、実装基板１２の屈曲振動の腹部中心線ｎ２は、
振動子２の屈曲振動の腹部中心線ｎ１をそのまま実装基
板１２に平行移動で投影した位置になる。

【００２６】そして、図３（ｃ）は、駆動検出回路用部
品１３が実装基板１２の一方主面上に搭載されている場
合の、振動子２が屈曲振動している状態（屈曲した瞬
間）を示す。駆動検出回路用部品１３は、図４に示した
振動ジャイロ１の平面図より分かるように、実装基板１
２の一方主面上に屈曲振動の腹部中心線ｎ２を跨いで搭
載されている。実装基板１２は、単体での屈曲振動の自
己共振周波数は振動子２の屈曲振動の周波数より低い
が、駆動検出回路用部品１３が一方主面上に搭載される
ことによってその屈曲に対する剛性が増し、図２のＡ’
の位置で示されるように自己共振周波数が振動子２の屈
曲振動の周波数より高くなっている。その際、特に実装
基板１２の屈曲振動の腹部中心線ｎ２を跨いで搭載され
た駆動検出回路用部品１３によって、実装基板１２の実
質的な剛性の向上、ひいては自己共振周波数の上昇が実
現されている。すなわち、駆動検出回路用部品１３であ
るベアチップＩＣはその底面全体が接着剤などで実装基
板１２の一方主面に貼り付けられ、しかも通常は樹脂で
オーバーコートされるため、そのベアチップＩＣを貼り
付けられた部分で実装基板１２を折り曲げるためには、
ベアチップＩＣ自身を折り曲げるような力が必要とな
る。これが実質的な屈曲に対する剛性向上の理由であ
る。そして、実装基板１２の自己共振周波数が振動子２
の屈曲振動の周波数より高くなることによって、振動子
２の屈曲の大きさはほとんど変わらないにもかかわら
ず、実装基板１２は振動子２の屈曲振動の周波数では屈
曲しにくくなるため、その屈曲の大きさは小さくなって
いる。

【００２７】このように、本発明の振動ジャイロ１にお
いては、実装基板１２の一方主面上に、その屈曲振動の
腹部中心線ｎ２を跨いで搭載された駆動検出回路用部品
１３によって、実装基板１２の実質的な自己共振周波数
を上昇させて共振による振動を抑圧することができる。
そのため、カバー１６の搭載前後における振動ジャイロ
１の特性の変化が少なく、カバー１６を搭載することに
よって振動ジャイロ１の特性が最適な状態からずれるの
を防止することができる。これによって、振動ジャイロ
の特性ばらつきを低減することができる。また、実装基
板１２単体としては薄くて剛性が低く、自己共振周波数
が振動子２の屈曲振動の周波数より低いものを利用でき
るため、振動ジャイロ１の低背化を図ることもできる。
また、仮に実装基板１２を薄くする必要がない場合で
も、実装基板１２の剛性を高めるために、例えばヤング
率の大きい材料を選択する必要がない。そのため、実装
基板１２の材料選択の自由度が高くなり、低価格な実装
基板材料の採用が可能になり、ひいては振動ジャイロの
低価格化を図ることもできる。

【００２８】なお、上記の説明においては、ベアチップ
ＩＣの底面を実装基板１２の一方主面に貼り付けるもの
としたが、ベアチップＩＣを実装基板１２の一方主面に
フリップチップボンディングする構成でも構わない。そ
の場合でも、ベアチップＩＣと実装基板１２の隙間にア
ンダーフィル樹脂が注入されるため、底面を樹脂で貼り
付ける場合と実質的に同じ構成になる。

【００２９】また、実装基板１２の屈曲振動の中心線を
跨いで搭載される駆動検出回路用部品としてはベアチッ
プＩＣに限られるものではなく、パッケージングされた
ＩＣや積層チップコンデンサやチップ抵抗などの個別チ
ップ部品であっても構わない。但し、その場合であって
も、リード端子が本体から突き出しているような構造の
場合にはリード端子がクッションとなって実装基板の剛
性向上の効果を発揮できない可能性がある。したがっ
て、部品本体の底面などに形成された外部電極を端子と
して利用し、部品本体の底面ができるだけ広い範囲で実
装基板の底面に密着するように搭載される部品が望まし
い。また、ＢＧＡやＬＧＡパッケージでもほぼ同様の効
果を奏することができる。

【００３０】ところで、上記の実施例においては、実装
基板１２の単体時の屈曲振動の自己共振周波数が振動子
２の屈曲振動の周波数より低く、かつ振動子２および駆
動検出回路用部品１３を搭載後の屈曲振動の自己共振周
波数が振動子２の屈曲振動の周波数より高くなるように
構成されているものとした。しかしながら、必ずしもこ
れに限定されるものではなく、振動子および駆動検出回
路用部品を搭載後の自己共振周波数が単体での自己共振
周波数より高くなるように構成されていれば構わないも
のである。例えば、単体での屈曲振動の自己共振周波数
が図２のＢの位置で示される実装基板に振動子および駆
動検出回路用部品を搭載することによって、自己共振周
波数が図２のＢ’の位置で示されるようになった場合で
も、実装基板の屈曲振動の振幅が小さくなるという効果
は存在するので、特性ばらつきの低減や低背化、低価格
化などの効果は同様に得られるものである。

【００３１】但し、上記の場合の例外として、実装基板
１２の振動子２および駆動検出回路用部品１３を搭載後
の屈曲振動の自己共振周波数が振動子２の屈曲振動の周
波数にほぼ一致するという条件がある。この場合は図２
より分かるように、振動子や駆動検出回路用部品を搭載
することによって実装基板の屈曲振動の振幅が逆に大き
くなってしまう可能性があり、逆効果となる。したがっ
て、このような条件は本発明には含まれない。

【００３２】なお、上記の実施例においては、振動子と
して四角柱状のバイモルフ構造を有するものを示した。
しかしながら振動子の形状は四角柱状に限られるもので
はなく、円柱状や三角柱状、５角以上の多角柱状であっ
ても構わないものである。

【００３３】また、支持部材に関しても上記の実施例の
ような略線状のものに限られるものではなく、振動子を
実装基板の一方主面上に支持するものであれば、例えば
振動子のノード部の周囲を囲む輪のような形状であって
も構わないものである。

【００３４】図５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５において、ビデオ
カメラ２０は、手ぶれ補正用に本発明の振動ジャイロ１
を備えている。

【００３５】このように構成されたビデオカメラ２０に
おいては、本発明の振動ジャイロを備えているために常
に正確な角速度情報が得られ、性能の向上を図ることが
できる。

【００３６】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。

【００３７】

【発明の効果】本発明の振動ジャイロによれば、実装基
板の一方主面上にノード部を支持部材を介して支持され
て搭載された両端開放屈曲振動をする柱状の振動子と駆
動検出回路用部品を備えるとともに、実装基板が、単体
での屈曲振動の自己共振周波数が振動子の屈曲振動の周
波数より低く、振動子および駆動検出回路用部品を搭載
後の屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲振動の自
己共振周波数より高くなり、しかも振動子の屈曲振動の
周波数と一致しないように構成されていることによっ
て、実装基板の振動を抑圧でき、カバーを搭載すること
によって振動ジャイロの特性が最適な状態からずれるの
を防止することができる。また、振動ジャイロの特性ば
らつきを低減することができる。さらに、振動ジャイロ
の低背化を図ることもできる。このような構成は、駆動
検出回路用部品の中の少なくとも１つを実装基板の屈曲
振動の腹部中心線を跨いで搭載することによって実現さ
れる。

【００３８】そして、これらは、実装基板が、振動子お
よび駆動検出回路用部品を搭載後の屈曲振動の自己共振
周波数が振動子の屈曲振動の周波数より高くなるように
構成されている場合により効果的である。

【００３９】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、常に正確なセン
サ情報を得ることができ、性能の向上を図ることができ
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分解斜
視図である。

【図２】振動ジャイロの実装基板の自己共振周波数と共
振による振動の振幅との関係を示す特性図である。

【図３】図１の振動ジャイロの振動子および実装基板の
屈曲状態を示す側面図である。

【図４】図１の振動ジャイロのカバー搭載前の平面図で
ある。

【図５】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…振動ジャイロ ２…振動子 ８、９、１０、１１…支持部材 １２…実装基板 １３、１４、１５…駆動検出回路用部品 １６…カバー ｎ１…振動子の屈曲振動の腹部中心線 ｎ２…実装基板の屈曲振動の腹部中心線 ２０…ビデオカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 浩誠 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 2F105 AA08 BB04 BB11 CC06 CD02 CD06 CD13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方主面および他方主面を有する実装基
   板と、該実装基板の一方主面上に搭載された両端開放屈
   曲振動をする柱状の振動子と、前記実装基板の一方主面
   上に搭載された駆動検出回路用部品と、前記振動子およ
   び前記駆動検出回路用部品の搭載後にそれらを覆うよう
   に前記実装基板上に搭載されるカバーとを備えた振動ジ
   ャイロであって、 前記振動子はその長手方向が前記実装基板の一方主面に
   平行になるようにノード部を支持部材を介して支持され
   てなり、 前記実装基板は、単体での屈曲振動の自己共振周波数が
   前記振動子の屈曲振動の周波数より低く、前記振動子お
   よび前記駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバ
   ー未搭載時の屈曲振動の自己共振周波数が単体での屈曲
   振動の自己共振周波数より高くなり、しかも前記振動子
   の屈曲振動の周波数と一致しないように構成されている
   ことを特徴とする振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記実装基板は、前記振動子および前記
   駆動検出回路用部品を搭載後であって前記カバー未搭載
   時の屈曲振動の自己共振周波数が前記振動子の屈曲振動
   の周波数より高くなるように構成されていることを特徴
   とする、請求項１に記載の振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記駆動検出回路用部品の中の少なくと
   も１つが前記実装基板の共振による屈曲振動の腹部中心
   線を跨いで搭載されてい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. 【請求項４】 前記実装基板の共振による屈曲振動の腹
   部中心線を跨いで搭載された駆動検出回路用部品がベア
   チップＩＣであることを特徴とする、請求項３に記載の
   振動ジャイロ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４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。