JPH1030928A

JPH1030928A - 振動子の支持装置

Info

Publication number: JPH1030928A
Application number: JP8185916A
Authority: JP
Inventors: Kimiya Nakamura; 公哉中村; Toru Nakazawa; 徹中澤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】柱状の振動子の固定は、２箇所の節部で行わ
なければならず、互いの節部間の間隔の調整及び各帯状
電極へのリード線の配線処理が煩雑であった。【解決手段】圧電素子の両面に複数の駆動及び検出用
の電極ｃを有する音叉型の振動子１の胴体に弾性部材２
を、またその基端部に弾性材料製の支持体３が各々装着
されている。支持体３はコネクタであり、前記電極ｃと
基板５側の接続部６とは、この弾性部材２を介して接続
される。よって、配線用のリード線が不要となり、また
片持ち支持なので節部間の支持間隔の調整を要しない。
また、固定部材７及び押圧部材８とで簡単に基板５に固
定することができる。振動子１は、弾性部材２と支持体
３とで弾性的に支持されるので、余計な振動による影響
を受けにくくすることができ、ノイズの少ないコリオリ
力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
などに使用される振動子に係り、特に振動子を安定して
支持できるとともに振動子から基板までの空間配線を無
くし、また音叉型振動子であっても確実に支持できるよ
うにした振動子の支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の振動子の支持装置の一構
成例を示す斜視図、図５は図４の振動子の振動状態を示
す側面図である。従来のジャイロスコープ用の振動子と
しては、例えば角柱（三角柱、四角柱など）形状または
円柱形状などの棒状のものが存在している。図４はその
一例として円柱形状の振動子１１を示している。

【０００３】図４に示す振動子１１は、所定の方向に分
極された円柱形状の圧電セラミックスなどの圧電素子で
形成されている。この振動子１１の外周面上には、スク
リーン印刷あるいは蒸着などの手段により形成された複
数の駆動及び検出用の帯状電極１２が設けられている。
帯状電極１２のうち、駆動用の電極に所定の交流電圧を
印加すると、振動子１１には例えば図５に示すようなＸ
軸方向の曲げ振動が生じる。この状態で振動子１１をＺ
軸回りの回転系内に置くと、振動子１１に対しＹ軸方向
へのコリオリ力が作用し、振動子１１はＹ軸方向へ曲げ
振動する。このＹ軸方向の曲げ振動による変形量が他の
帯状電極１２により検出される。

【０００４】上記に示した振動子１１の質量をｍ、振動
子１１のＸ軸方向の振動速度をｖ（ベクトル値）、回転
系でのＺ軸回りの角速度をω0 （ベクトル値）とする
と、コリオリ力Ｆ（ベクトル値）は、

【０００５】

【数１】Ｆ＝２ｍ（ｖ×ω0 ）（×はベクトル積）

【０００６】と表わされ、コリオリ力Ｆは角速度ω0 に
比例する。よって、振動子１１のＹ軸方向への変形振動
が帯状電極１２により検出されることにより、角速度ω
0 が求められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４および図５に示す
ように、振動子１１は、例えばシリコンゴムなどの弾性
材料で形成された支持部材１３，１３により、所定の間
隔Ｗを置いた２ヶ所で支持されている。振動子が柱状で
曲げ振動を生じるものである場合、振動子１１の曲げに
よる節部が支持部材１３，１３により支持される。前記
振動子１１の外周面に設けられた複数の帯状電極１２に
は、駆動電圧の印加用及び信号検出用のリード線（図示
しない）をそれぞれ配線する必要があるが、この配線は
振動子１１の周囲の空間内を延びることになるため、振
動子１１の周囲に配線のスペースが必要になる。また、
各帯状電極１２に対しリード線がそれぞれ独立して接続
されるが、振動子１１の動きを妨げるような力が作用し
ないように配線しなければならない。したがって、これ
らの制約を満たすように配線し、さらにリード線を１本
ずつ半田付けする必要があるため、その構成は複雑なも
のとなり、配線作業も煩雑なものとなっていた。

【０００８】また、柱状の振動子の場合には、支持部材
１３，１３の支持により曲げ振動を妨げてはならないた
め、前記支持部材１３，１３を振動子１１の振動の節部
に正確に位置合せしなければならない。しかし、個々の
振動子１１ではその節部の位置に誤差があるため、支持
部材１３，１３により節部を正確に支持させるためには
調整作業が必要になり、組立が繁雑である。また、全体
が曲げ振動する振動子１１を弾性材料製の支持部材１
３，１３で安定して支持することは困難であり、例えば
振動子１１の自らの振動により支持部材１３，１３が変
形して振動子１１が揺れたり、または外部振動が支持部
材１３，１３を介して振動子１１に直接に影響を与える
ことになり、安定した振動動作および検出動作が困難で
ある。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、振動子を例えば弾性的に支持する支持体内
に配線導体を設けることにより、空間配線を不要にし、
またリード線の半田付け作業を不要にして、支持構造の
簡略化を図ることのできる振動子の支持装置を提供する
ことを目的としている。

【００１０】また本発明は、音叉型などの板状の振動子
の場合に、この振動子を安定して支持できるようにした
振動子の支持装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動及び検出
用の電極が形成された振動子が、基板上に支持体を介し
て支持されている振動子の支持装置において、前記支持
体の中には配線導体が設けられ、この配線導体を介して
前記振動子に設けられた前記電極と基板上の接続部とが
導通されることを特徴とするものである。

【００１２】上記において、各々独立して振動子に形成
された複数の駆動及び検出用の電極のうちの一部が、前
記配線導体を介して、基板側に形成された共通の接続部
に導通される構造とすることが可能である。

【００１３】上記の発明では、振動子が板状であって
も、または図４および図５に示すように円柱形状や角柱
形状であり、この振動子の振動の節部を支持体で支持す
るものであってもよい。すなわち、図４および図５に示
すような支持部材１３，１３内に配線導体が設けられた
ものであってもよい。また本発明での支持体は、シリコ
ンゴムなどの弾性材料で形成されることが好ましいが、
支持体が合成樹脂などのやや硬質な材料により形成され
ていてもよい。

【００１４】前記発明では、振動子を支持する支持体の
内部に配線導体が設けられているため、振動子の周囲の
空間にリード線を配線する必要はない。またリード線を
電極に半田付けする作業も不要である。また図１に示す
ように、支持体内で配線導体が一定のピッチで設けら
れ、そのいずれかが電極と基板上の接続部とを導通させ
る構造であってもよい。また、例えば振動子のいずれか
の電極に全て同じ駆動電圧が与えられ、または同種の信
号が検出されるものでは、基板上に面積の広い共通接続
部を形成しておき、振動子の複数の電極が前記配線導体
を介して前記共通接続部に接続されるものであってもよ
い。

【００１５】さらに本発明は、振動子は板状でその表裏
両面に電極が形成され、支持体には前記振動子が嵌着さ
れる凹部が形成され且つこの凹部の上内面と下内面に露
出する配線導体が設けられており、この配線導体を介し
て振動子の表裏両面の電極と基板上の接続部とが導通さ
れているものとすることができる。

【００１６】また、振動子は、複数に分枝形成された振
動腕によりコリオリ力を検出するものであって、振動子
の基端部が配線導体を有する前記支持体の凹部内に嵌着
され、振動子の中腹部が他の弾性部材により上下から支
持されており、前記支持体と弾性部材とが、基板と押え
部材との間に挟持されているものとすることが好まし
い。この場合には、前記支持体が弾性材料で形成されて
いることが好ましく、さらに、前記支持体と弾性部材と
を、一体に形成することが可能である。

【００１７】本発明の振動子は前記のようにコリオリ力
を検出するものであって振動型ジャイロスコープとして
用いられるものが代表的であるが、振動子は、圧電トラ
ンス、フィルタなどの他の用途のものであってもよい。

【００１８】本発明の振動子の支持装置では、音叉型の
振動子が用いられている場合に、その基端部が支持され
て基板上に設けられるが、本発明では例えば支持体が弾
性材料により構成され、振動子の基端部が弾性的に支持
される。

【００１９】また、振動子は板状に形成され、その先端
部分は複数に分岐形成された振動腕を有しているもので
あってもよい。この場合、各振動腕の両面には、駆動用
及び検出用の電極がそれぞれ複数本形成されており、こ
れら電極は全て振動子の基端部まで形成されている。ま
た、振動子を支持する支持体は、上顎部と下顎部を有す
る断面コの字形状の凹部を有し、この上顎部と下顎部と
の間に振動子の基端部を挿嵌することにより挟持され
る。振動子は、上顎部及び下顎部にそれぞれ配線導体
（上部導体、下部導体）が設けられたコネクタであり、
配線導体は全て支持体の底面に導かれている。上顎部と
下顎部の間に振動子の基端部を挿嵌させると、振動子の
各電極と支持体の配線導体とをそれぞれ接続することが
できる。また、支持体の底面を基板に設置することによ
り、支持体の底面に露出されている配線導体と基板側に
形成されている接続部とが接続される。

【００２０】振動子の基端部と振動腕の間の中腹（胴体
部分：好ましくは重心位置）には、振動子を保持する弾
性部材が装着されている。すなわち、この振動子は、弾
性部材及び支持体で支持されるが、好ましくは前記支持
体が弾性材料により形成され、振動子は完全に弾性的に
支持された状態となる。この場合、本発明の振動子の支
持装置では、例えばコリオリ力などによる検出振動以外
の他の余計な振動、例えば落下や衝撃などにより外部か
ら与えられる振動は、支持体及び弾性部材で吸収するこ
とができるので、その影響を受けにくくすることができ
る。ただし、振動腕の部分に、このような弾性部材を設
けないようにすることにより、ノイズの少ない検出が可
能である。

【００２１】また、例えば図２又は図３に示すような固
定部材を使用することにより、振動子、弾性部材及び支
持体（例えば弾性材料製）により構成される振動部材を
基板に固定することができる。これら固定部材は、挟持
部を基板に設けられた長孔に挿入し、挟持部と固定部材
本体との間の凹部に基板を挟み込むという、きわめて簡
単な作業で取り付けることが可能である。

【００２２】上記において、弾性部材と支持体とは、そ
れぞれ別個独立に設けられたものが示されているが、こ
れに限られるものではなく、弾性部材と支持体が弾性材
料により一体に形成されたものであってもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は振動子の基端部、弾性部材、支持
体を示す斜視図、図２は本発明の第１の実施形態を示す
全体斜視図である。図１において、符号１は振動子、符
号２は弾性部材、符号３は支持体より構成されるコネク
タをそれぞれ示している。振動子１は、所定の方向に分
極形成された圧電セラミックスなどの圧電素子から構成
され、その先端が例えば図２に示すように３つの振動腕
１ａ，１ｂ，１ｃに分岐形成されている。この振動子１
の表面および裏面（図示しない）には、長手方向に延び
る電極ｃが、各振動腕に３本づつ（計９本）形成されて
いる。この電極ｃは、駆動及び検出用の電極であり、例
えばスパッタリングなどにより、振動子１の全面に導電
層を薄膜形成した後、不要な部分をフォトエッチングな
どの手段で除去することにより形成したものである。

【００２４】弾性部材２は、絶縁性且つ衝撃吸収作用を
奏する素材、例えばシリコンゴムなどのようなのもので
直方体形状に形成されている。そして図１に示すよう
に、その直方体の一部が長方形状にくり貫かれた挿通角
孔（保持角孔）２ａ，２ａが、図示Ｚ軸方向に貫通して
形成されている。なお、この挿通角孔２ａ，２ａの中に
は、振動子１の基端部が図示Ｚ方向（＋）方向から挿通
することができるようになっている。

【００２５】コネクタとなる支持体３も、弾性部材２と
同様に例えばシリコンゴムなどの絶縁性を有し、且つ衝
撃吸収作用を奏する弾性材料により形成されている。ま
た、支持体３は、断面形状がコの字状に形成されてお
り、その上顎部３ａおよび下顎部３ｂの間に凹部３Ａが
形成されている。前記上顎部３ａおよび下顎部３ｂ内に
は、それぞれ上部導線４ａ及び下部導線４ｂなどの配線
導体が埋設されている。上部導線４ａは、上顎部３ａか
ら下顎部３ｂにかけて支持体３の内壁面に沿って一定の
ピッチで並んで設けられ、さらに下顎部３ｂ内を支持体
３の底面３ｃ（Ｙ軸方向（−））側に貫通されている。
また上部導線４ａは上顎部３ａの下面すなわち凹部３Ａ
の上内面に現れている。下部導線４ｂは、下顎部３ｂの
先端側に貫通されて設けられており、下顎部３ｂの表面
（凹部３Ａの下内面）と底面３ｃにそれぞれ露出してい
る。この下部導線４ｂもＸ方向へ一定のピッチで並んで
設けられている。

【００２６】図２には、上記弾性部材２の挿通角孔２
ａ，２ａ内に振動子１を挿通後、さらに振動子１の基端
部を支持体３の上顎部３ａと下顎部３ｂとの間の凹部３
Ａ内にに嵌合させたもの（以下、「振動部材Ａ」とい
う。）が示されている。さらに、同図にはこれら振動部
材Ａが組み込まれる基板５、これらを基板５に取り付け
るための固定部材７及び押圧部材８が示されている。基
板５の上には、振動子１に設けられた複数の電極１ａを
接続するための接続部６がパターン形成されている。パ
ターン形成された各接続部は、基板５の表面に形成され
たリードパターンを介して基板５上の駆動用または検出
用のＩＣなどの回路に導通されている。

【００２７】また、基板５では、接続部６の近傍に、Ｚ
軸方向に延びた長孔５ａ，５ａがそれぞれ形成されてい
る。この長孔５ａ，５ａには、固定部材７の挟持部７ａ
を挿通することにより、固定部材７を固定することがで
きるようになっている。すなわち、固定部材７と挟持部
７ａとの間の凹部７ｃに長孔５ａの端を嵌合させること
によって固定することができるようになっている。な
お、固定部材７及び押圧部材８は、例えば薄い金属板を
所定の形状に打ち貫き、打ち貫き後の金属片を折曲げ加
工して形成されている。

【００２８】振動部材Ａは、弾性部材２と支持体３の側
面が固定部材７で囲まれ、その上部方向より押圧部材８
で覆われ基板５の上に固定される。また、固定部材７の
四隅には、Ｙ軸（＋）方向に延びる凸部７ｂがそれぞれ
設けられている。そして、これに対応する押圧部材８側
には、前記各凸部７ｂに対向する位置に切欠き８ａがそ
れぞれ形成されている。固定部材７に押圧部材８を覆い
被せると、この凸部７ｂが切欠き８ａ内に嵌合すること
ができるようになっている。嵌合後、各凸部７ｂを押圧
部材８の上面にて折曲げることにより、押圧部材８を固
定することができる。また、押圧部材８を上部から覆う
ことによって、弾性部材２及び支持体３がＹ軸（−）方
向に押圧される。この際、支持体３の底面３ｃに露出さ
れる上部導線４ａ及び下部導線４ｂが、パターン形成さ
れている接続部６に弾性的に押圧される。

【００２９】なお、図２に示されるように、弾性部材２
と支持体３とでは、少しばかり支持体３の高さの方が高
く設定されている。よって、押圧部材８を取り付けた際
には、弾性部材２よりも支持体３側の方が押圧部材８に
よって強く押圧されるので、振動子１の基端部を支持体
３にて確実に固定することができる。また、同時に支持
体３の底面３ｃも基板５にしっかりと押圧されるので、
上部導線４ａ及び下部導線４ｂは、ともに確実に接続部
６に接続される。

【００３０】図３は、本発明における第２の実施形態を
示す斜視図である。この例では、振動部材Ａ及び基板５
は図２に示した第１の実施形態と同様であり、前記振動
部材Ａを固定する固定部材９のみが異なっている。第１
の実施形態では、弾性部材２の高さは支持体３の高さよ
り幾分低く設定してあるので、押圧部材８と弾性部材２
との間に隙間が生じ、弾性部材２は固定されないおそれ
がある。あるいは弾性部材２による振動子１の保持力が
弱すぎ、または強すぎることがあり得る。そこで、図３
では、固定部材９の上面９ｃでＺ軸（＋）方向より切れ
込み９ｄ，９ｄがＩＩＩ−ＩＩＩ線まで形成されること
により、このＩＩＩ−ＩＩＩ線の部分から上面９ｃをＹ
軸（−）方向に折り曲げることが可能となっている。よ
って、この折曲げ角度を調整することによって前記上面
９ｃが弾性的な押え部材となって、弾性部材２を適度な
力で押圧することが可能である。また、図３に示す固定
部材９には、挟持部９ａ及び凹部９ｂが設けられてお
り、基板５への固定方法は、上記第１の実施形態の固定
部材７と同様である。

【００３１】上記、第１及び第２の形態において、支持
体３の上顎部３ａおよび下顎部３ｂには、例えばピッチ
幅０．１ｍｍ間隔ごとに上部導線４ａ及び下部導線４ｂ
が図示Ｘ軸方向にそれぞれ一列に設けられている（図１
参照）。これに対して、振動子１の表裏の電極ｃ及び接
続部６の間隔は、前記ピッチ幅よりも広いピッチ（例え
ば、０．３ｍｍなど）で形成されている。よって、例え
ば一本の電極に対して、複数本の上部導線４ａ又は下部
導線４ｂを介して、基板５側の所定の接続部６に導通接
続されている。

【００３２】また、振動子１上の駆動又は検出用の電極
ｃと基板側の接続部６は、支持体３のコネクタを介して
接続されるが、駆動又は検出用の電極ｃのうち、例えば
グランド電極となるべきものは、接続部６側の共通（同
電位）の接続部（接続端子６ａ）上に接続されている。
振動子１上の電極のうち共通電極となるものが、基板５
側の接続部６によりまとめられているものとなっている
ため、振動子１上の電極は個々に分離した単純な形状で
よく、基板側の接続部６のパターン設計のみで、振動子
１の複数の電極を共通電極に設定することが可能にな
る。さらに、図１などに示すように、支持体３に設けら
れた上部導電４ａと下部導電４ｂは、支持体３の底面３
ｃに至った時点でその間隔ｗが接近している。したがっ
て、基板５上に形成される接続部６の面積を小さくで
き、基板５上のスペースの有効利用を図ることができ
る。

【００３３】前記振動子１では、上記の駆動用の各電極
に所定の交流電圧を印加すると、この振動子１の３本の
振動腕はＸ方向へ駆動されるが、このときの振動位相
は、両側の振動腕１ａ，１ｃと、中央の振動腕１ｂとで
逆に設定される。すなわちある時点で両側の振動腕の振
幅が＋Ｘ方向のとき中央の振動腕の振幅は−Ｘ方向であ
る。この位相にてＸ方向へ振動する振動子１がＺ軸回り
の回転系内に置かれると、各振動腕にコリオリ力による
Ｙ方向への振動が発生する。このときのＹ方向への振動
では、両側の振動腕１ａ，１ｃと中央の振動腕１ｂとで
位相が逆になる。すなわちある時点で、両側の振動腕の
振幅方向が＋Ｙ方向であるとき、中央の振動腕の振幅方
向は−Ｙ方向である。これらコリオリ力は、検出用の電
極（例えば中央の振動腕１ｂに形成された電極）により
検出することができるが、この検出信号は支持体３を介
して基板側に導かれ、この基板側で各種の加算や減算手
段などの処理が行なわれ角速度が検出される。

【００３４】このように、両側の振動腕と中央の振動腕
とが互いに逆向きの振動になるため、振動子１全体にひ
ねりなどが生じることなく、安定した振動となる。した
がって、支持体３により振動子１の基端部（ロ）を全面
的に支持しても、振動腕の振動を妨げることがない。ま
た各振動腕１ａ，１ｂ，１ｃの振動による検出精度を高
くするためにも、支持体３により振動子１の基端部
（ロ）を支持することが好ましい。一方、圧電セラミッ
クなどで形成された振動子１の各振動腕１ａ，１ｂ，１
ｃが外部衝撃により折れにくくするためには、弾性部材
２により、各振動腕の基部（ハ）を支持することが好ま
しい。しかし振動腕１ａ，１ｂ，１ｃの基部（ハ）を押
えると、各振動腕の振動特性を低下させることになる。
したがって、弾性部材２により、振動子１の基端部
（ロ）以外の中腹部を支持する場合、振動子１のほぼ重
心位置（イ）を支持することが好ましい。

【００３５】弾性部材２により振動子１の重心位置
（イ）が支持されていることにより、外部振動や衝撃に
対し振動子１を安定して支持することができ、外部振動
から振動子の破損を抑制できる効果を高くできる。よっ
て、振動子１は、コリオリ力以外の余計な振動による影
響を受けにくくなり、ノイズの少ない質の高いコリオリ
力を得ることができる。

【００３６】さらに、図に示した振動子では、図４に示
す従来のように、２箇所で支持したときの、支持間隔の
精度が要求されない。また、振動子に設けられた駆動及
び検出用の電極に直接リード線を接続する必要がなくな
るので組み立て作業が容易とすることができる。また、
上記において、弾性部材２と支持体３は、それぞれシリ
コンゴムなどのような同じ素材で形成することが可能で
ある。よって、弾性部材２と支持体３は、図１に示すよ
うにそれぞれ別個独立したものであってもよいが、図２
に示すように一体に形成されたものであってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、振動子を
容易に支持することができる。また、余計な振動による
影響を受けにくくすることができるので、ノイズの少な
い質の高いコリオリ力を得ることができる。さらに、電
極に接続するためのリード線が不要となるので、組み立
て工程を簡単なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動子の基端部、弾性部材、支持体を示す斜視
図、

【図２】本発明における第１の実施形態を示す斜視図、

【図３】本発明における第２の実施形態を示す斜視図、

【図４】従来の振動子の支持装置の一構成例を示す斜視
図、

【図５】図４の振動子の振動状態を示す側面図、

【符号の説明】

１振動子１ａ，１ｂ，１ｃ振動腕ｃ駆動又は検出用の電極２弾性部材３支持体（コネクタ）３Ａ凹部３ａ上顎部３ｂ下顎部４ａ上部導線（配線導体）４ｂ下部導線（配線導体）５基板５ａ長孔６接続部６ａ共通接続部７，９固定部材７ａ，９ａ挟持部７ｃ，９ｂ凹部８押圧部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動及び検出用の電極が形成された振動
子が、基板上にて支持体を介して支持されている振動子
の支持装置において、前記支持体には配線導体が設けら
れ、この配線導体を介して前記振動子に設けられた前記
電極と基板上の接続部とが導通されることを特徴とする
振動子の支持装置。
【請求項２】各々独立して振動子に形成された複数の
駆動及び検出用の電極のうちの一部が、前記配線導体を
介して、基板側に形成された共通の接続部に導通される
請求項１記載の振動子の支持装置。
【請求項３】振動子は板状でその表裏両面に電極が形
成され、支持体には前記振動子が嵌着される凹部が形成
され且つこの凹部の上内面と下内面に露出する配線導体
が設けられており、この配線導体を介して振動子の表裏
両面の電極と基板上の接続部とが導通されている請求項
１または２記載の振動子の支持装置。
【請求項４】振動子は、複数に分枝形成された振動腕
によりコリオリ力を検出するもので、支持体が弾性材料
で形成されており、振動子の基端部が配線導体を有する
前記支持体の凹部内に嵌着され、振動子の中腹部が弾性
部材により上下から支持されており、前記支持体と弾性
部材とが、基板と押え部材との間に挟持されている請求
項３記載の振動子の支持装置。
【請求項５】支持体と弾性部材とが、一体に形成され
ている請求項４記載の振動子の支持装置。