专利名称：振动陀螺及使用该陀螺的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及振动陀螺及使用该陀螺的电子装置，例如涉及电视摄像机的手动修正装置所用的振动陀螺和使用该陀螺的电子装置。
背景技术：
一种振动陀螺已公开于例如特开2001-227953号公报的图6(以下称已有例1)中，这种振动陀螺的结构是，通过支撑构件支撑结点部，使振子的纵向与安装基板的一个主面平行，从而在安装基板上的一个主面上搭载进行两端开放弯曲振动的柱状振子。
在已有例1，在安装基板20(12)的一个主面上通过支撑构件104(8)、105(9)、106(10)、107(11)支撑其结点部，从而搭载振子100(2)。在安装基板20(12)上装载构成驱动电路或检测电路的电子零件30(13、14、15)。根据需要进行振子100(2)的共振频率或驱动电路或检测电路等的调整后，通过在安装基板20(12)上装载盖40(16)，完成振动陀螺。上述文章中的括弧包围的记号是本申请的图1中对应的部位记号。
在如已有例1那样构成的振动陀螺中，由驱动电路激励使振子弯曲振动时，防止该振动通过支撑构件传递到安装基板非常难。振子的振动传递到安装基板时，有安装基板本身因与振子共振引起弯曲振动的情况。安装基板上装载盖时，颇能抑制安装基板本身的弯曲振动，但在调整盖装载前的振子共振频率或各电路时，为了容易作业而不装载盖。因此，即使在盖装载前基板的弯曲振动大的状态将振动陀螺的特性调整到最佳状态，因装载盖而抑制安装基板的弯曲振动时，存在特性变化而从最佳状态偏移的问题。
通过振子的弯曲振动传递而使安装基板共振的弯曲振动，如图2所示，安装基板的自共振频率越低越变大。另外，同样如图2所示，安装基板自共振频率和振子的弯曲振动频率一致时，安装基板的振动变大。
安装基板自共振频率一般由安装基板的材料、厚度或长度等决定。安装基板的材料和长度由于往往因价格或尺寸的问题而没有剩余的设计自由度，往往由安装基板的厚度来设定其自共振频率为适当的值。安装基板的自共振频率，其厚度越大，越变高，通常决定安装基板的厚度，使自己的共振频率比振子的振动频率大。
但是，安装基板厚度变大意味着振动陀螺自身的高度变高，有与最近要求多数电子零件低高度化倾向相违背的问题。
发明内容
本发明将解决上述问题作为目的，提供一种虽然有厚度薄的安装基板并能低高度化，但是在装载盖之前的特性调整时和装载盖后的完成时之间特性变化少的振动陀螺和使用该陀螺的电子装置。
为了完成上述目的，本发明的振动陀螺，具有有一个主面和另一主面的安装基板；装载在该安装基板的一个主面上的进行两端开放弯曲振动的柱状振子；装载在上述安装基板一个主面上的驱动检测电路用零件；在上述振子和上述驱动检测电路用零件装载后将它们覆盖地装载在上述安装基板上的盖，其特征是，通过支撑构件支撑节点部，使上述振子的纵向与上述安装基板的一个主面平行，上述安装基板，单体的弯曲振动的自共振频率比上述振子的弯曲振动频率低，在上述振子和上述驱动检测电路用零件装载后，上述盖未装载时弯曲振动的自共振频率比单体的弯曲振动自共振频率高，而且与上述振子的弯曲振动频率不一致。
本发明的振动陀螺，其特征是上述安装基板装载上述振子和上述驱动检测电路用零件后，未装载上述盖时弯曲振动的自共振频率比上述振子的弯曲振动频率高。
本发明的振动陀螺，其特征是跨过上述安装基板共振引起的弯曲振动的腹部中心线地装载上述驱动检测电路用零件的至少一个。进而，其特征是，跨过上述安装基板共振引起的弯曲振动的腹部中心线地装载的驱动检测电路用零件是芯片对IC。
本发明的电子装置，其特征是使用上述振动陀螺。
由于这样构成，在本发明的振动陀螺中，能使盖装载前的特性调整时和盖装载后的完成时之间的特性变化少，能降低振动陀螺的特性偏差。由于能使用薄的安装基板，所以能谋求振动陀螺的低高度化。
在本发明的电子装置中，由于具有本发明的振动陀螺，所以能经常得到正确的角速度信息，谋求性能的提高。
图1是表示本发明振动陀螺一实施例的分解透视图。
图2是表示振动陀螺的安装基板自共振频率和共振引起的振动振幅的关系的特性图。
图3是表示图1的振动陀螺的振子和安装基板的弯曲状态的侧面图。
图4是图1的振动陀螺的盖装载前的平面图。
图5是表示本发明电子装置一实施例的透视图。
具体实施例方式
图1表示本发明的振动陀螺一实施例的透视图。在图1中，陀螺1具有振子2；由例如板状的Fe-Ni含金或磷青铜等金属构成的导电性支撑构件8、9、10、11；安装基板12；使振子2激励并弯曲振动又从由振子2输出的信号检测施加在振子2的角速度的驱动检测电路用零件13、14、15；盖16。
振子2的形成是，将在厚度方向极化的同时在一个主面上形成在宽度方向分开的电极4a、4b的压电体基板3、和在厚度方向极化的同时在一个主面上形成电极6的压电体基板5，通过电极7在另一个主面上相互粘贴并构成双压电晶片的构造。压电体基板3和压电体基板5的极化方向在粘贴的状态变为倒过来。压电体基板3的一个主面和压电体板5的一个主面分别成为振子2的一个主面和另一个主面。振子2的幅度方向意味着压电体基板3、5的幅度方向，振子2的纵向意味着压电体基板3、5的纵向，振子2的厚度方向意味着压电体基板3、5的厚度方向。电极4a、4b在纵向分别分成主要区域、一端区域、另一端区域的3个区域。电极6或电极7不分割，是全面电极。关于振子的详细构成，由于不是本发明的主要部分，对其的说明省略。
驱动检测电路用零件13、14、15被装载在安装基板12的一个主面上，构成使振子2激励并弯曲振动的驱动电路、和检测由振子2的哥氏力引起的弯曲振动的角速度检测电路等。其中，驱动检测电路用零件13是集成有源元件的芯片对IC，该全部底面用粘接剂等粘贴在安装板12的一个主面上，进而用树脂大规模被覆。驱动检测电路用零件14或15是层叠芯片电容器和芯片电阻等的个别芯片零件。
通过施加在电极4a、4b或电极6的驱动信号，振子2在厚度方向进行两端开放弯曲振动。此时，从振子2的两端分别在振子长度约0.224倍的位置，在厚度方向的中央(电极7的位置)，形成穿过振子2幅度方向的2个轴驱动的振动节点轴，其附近叫做节点部。在振子2，在其纵向中央部，由于穿过幅度方向的一个轴成为弯曲振动的波腹，所以将该轴称为腹部中心线n1。
在振子2的一个节点部附近的一个主面和另一个主面的电极4a、4b和电极6上，通过焊锡或导电性粘接剂分别机械地固定支撑构件8和支撑构件10，且进行电连接。在振子2的另外一个节点部附近的一个主面和另一个主面的电极4a、4b和电极6上也同样机械固定支撑构件9和支撑构件11，且进行电连接。更具体地说，在电极4a的主要区域端部附近和电极4b的一端区域的端部附近固定着支撑构件8。在电极4a的另一端区域的端部附近和电极4b主要区域的端部附近固定着支撑构件9。支撑构件8、10的端部被电且机械地固定在安装基板12的一个主面上形成的电极上。支撑构件9、10的端部也被电且机械地固定在安装基板12的一个主面上形成的电极上。
其结果是，振子2在安装基板12的一个主面上通过支撑构件8、9、10、11支撑着节点部，使其纵向与安装基板12的一个主面平行。因此，振子2的腹部中心线n1也与安装基板12的一个主面平行。
支撑构件8和支撑构件9相互电绝缘，用作为各自对电极4a和4b主要区域的引线。支撑构件10和11都与电极6连接，也用作为对电极6的引线。
这里，各支撑构件8、9、10、11，从固定于振子2的部分到固定于安装基板的部分之间具有多个弯曲部。由于该弯曲部起到缓冲器的作用，所以能抑制一点振子2的振动，稳定振动，振子2的振动向安装基板2的泄漏也少。
在这样构成的振动陀螺1中，通过具有弯曲部的支撑构件8、9、10、11将振子2支撑在安装基板12上，所以振子2的振动难以向外部泄漏，使振动稳定，提高角速度的检测精度。
下面，说明本发明振动陀螺的特征部分。
首先，图3表示装载盖16之前振动陀螺1的侧面图。图3(a)表示振子2没有弯曲振动的状态，在图3(a)中，省略了安装基板12的一个主面上驱动检测电路用零件13、14、15的记载。由于振子2不弯曲振动，所以安装基板12也不因共振引起弯曲振动。
图3(b)表示暂时假定在安装基板12的一个主面上不装载驱动检测电路用零件13、14、15(当然，设定其他某些形式具有的)时的振子2弯曲振动的状态(弯曲的瞬间)。由此可知，振子2弯曲振动时，其振动通过支撑构件8、9、10、11传递到安装基板12，安装基板12也因共振进行弯曲振动。由于因材料或尺寸而将单体的弯曲振动自共振频率，如图2的A位置所示设定得比振子2的弯曲振动频率低，安装基板12因共振进行比较大的弯曲。这时，安装基板12也存在振幅变为最大的波腹，但安装基板12的弯曲振动的腹部中心线n2，使振子2弯曲振动的腹部中心线n1照相成与安装基板12平行移动投影的位置。
图3(c)表示在安装基板12的一个主面上装载驱动检测电路用零件13时的振子2弯曲振动的状态(弯曲的瞬间)。
从图4所示的振动陀螺1的平面图可知，驱动检测电路用零件13，跨过弯曲振动的腹部中心线n2装载在安装基板12的一个主面上。安装基板12，单体的弯曲振动的自共振频率比振子2的弯曲振动频率低，但通过在一主面上装载驱动检测电路用零件13可使对弯曲的刚性增加，如图2的A′位置所示，自共振频率比振子2的弯曲振动频率高。这时，特别通过跨过安装基板12的弯曲振动的腹部中心线n2装载的驱动检测电路用零件13，实现安装基板12的实际刚性提高，进而自共振频率上升。即，作为驱动检测电路用零件的芯片对IC，用粘接剂将其底面全部粘贴在安装基板12的一个主面上，而且由于通常用树脂进行大规模被覆，为了在粘贴该芯片对IC的部分使安装基板12弯曲，必须有使芯片对本身弯曲的力。这是对实际弯曲提高刚性的理由。由于安装基板12的自共振频率比振子2的弯曲振动频率高，虽然振子2的弯曲尺寸几乎不变，但是安装基板12在振子2的弯曲振动频率难以弯曲，所以其弯曲的尺寸变小。
这样，在本发明的振动陀螺，通过在安装基板12的一个主面上跨过其弯曲振动的腹部中心线n2地装载的驱动检测电路用零件13，使安装基板12的实际自共振频率上升，能压制由共振引起的振动。因此，盖16装载前后的振动陀螺1的特性变化少，通过装载盖16，能防止振动陀螺1的特性从最佳状态偏移。由此，能降低振动陀螺的特性误差。作为安装基板12单体因薄便刚性低，由于能使用自共振频率比振子2的弯曲振动频率低的，所以也能使振动陀螺低高度化。即使没有必要使安装基板12变薄的场合，由于提高安装基板12的刚性，没有必要选择例如杨氏模量大的材料。因此，安装基板12的材料选择自由度高，可采用低价的安装基板材料，进而能使振动陀螺低价格化。
在上述的说明中，将芯片对IC的底面粘贴在安装基板12的一个主面上，但也可以是将芯片对倒装片粘接在安装基板12的一个主面上。即使该场合，在芯片对IC和安装基板12的间隙不充满地注入树脂，形成与用树脂粘接底面对实际相同的构成。
作为跨过安装基板12的弯曲振动中心线装载的驱动检测电路用零件不限于芯片对IC，也可以是封装的IC或层叠芯片电容器或芯片电阻等个别芯片零件。但，即使该场合，在引线端子从本体突出那样的构造时，有可能使引线端变成缓冲器而不能发挥提高安装基板刚性的效果。因而，将在零件本体底面等形成的外部电极作为端子而利用，在形成零件本体的底面的尽量广的范围，密封地装载在安装基板的底面的零件是所希望的。即使BGA或LGA外壳也能大致取得同样的效果。
在上述实施例中，形成这样的构成，即安装基板12单体时的弯曲振动自共振频率比振子2的弯曲振动频率低，而且装载振子2和驱动检测电路用零件13后的弯曲振动自共振频率比振子2的弯曲振动频率高。但是，未必限定其，也可以使装载振子和驱动检测电路用零件后的自共振频率比单体的自共振频率高那样地构成。例如，通过在单体的弯曲振动自共振频率由图2的B位置所示的安装基板上装载振子和驱动检测电路用零件，即使在自共振频率由图2的B位置所示的场合，由于存在安装基板的弯曲振动振幅变小的效果，同样得到特性误差降低或低高度化、低价格化的效果。
作为上述场合的例外，有安装基板12的装载振子2和驱动检测电路用零件13后的弯曲振动自共振频率几乎与振子2的弯曲振动频率一致的条件。这时从图2可知，通过装载振子和驱动检测电路用零件，安装基板的弯曲振动振幅有反而变大的可能性，成为反效果。因而，本发明不包含这样的条件。
在上述实施例中，作为振子有四角柱状的双压电晶片的构造。但是，振子的形状不限于四角柱状，也可以是圆柱状或三角柱状、5角以上的柱状。
关于支撑构件，也不限于上述实施例的大致线状，只要是将振子支撑在安装基板的一个主面上，也可以是例如围绕振子的节点部周围的轮那样形状。
图5表示本发明的电子装置一实施例的电视摄像机的透视图。图5中，电视摄像机20具有用于手动修正的本发明振动陀螺1。
在这样构成的电视摄像机20中，由于装备本发明的振动陀螺，所以经常获得正确的角速度信息，能提高性能。
作为本发明的电子装置不限于电视摄像机，也包含将振动陀螺同样用于手动修正用的数字照相机或位置检测用的导航系统、汽车的左右回转系统等使用振动陀螺的所谓电子装置。
按照本发明的振动陀螺，具备通过支撑构件支撑节点部而在安装基板的一个主面上装载的进行两端开放弯曲振动的振子和驱动检测电路用零件，同时构成安装基板，其单体的弯曲振动自共振频率比振子的弯曲振动频率低，装载振子和驱动检测电路用零件后的弯曲振动自共振频率比单体的弯曲振动自共振频率高，而且与振子的弯曲振动频率一致，所以能压制安装基板的振动，通过装载盖，能防止振动陀螺的特性从最佳状态偏移。能降低振动陀螺的特性误差。进而，也能使振动陀螺低高度化。通过跨过安装基板弯曲振动的腹部中心线装载驱动检测电路用零件中至少1个，能实现这样的构成。
由于装载振子和驱动检测电路用零件后的弯曲振动自共振频率比振子的弯曲振动频率高那样地构成安装基板，所以是有效果的。
按照本发明的电子装置，由于使用本发明的振动陀螺，所以能经常得到正确的传感器信息，能提高性能。
权利要求
1.一种振动陀螺，具有有一个主面和另外一个主面的安装基板；装载在该安装基板的一个主面上的进行两端开放弯曲振动的柱状振子；装载在上述安装基板的一个主面上的驱动检测电路用零件；在上述振子和上述驱动检测电路用零件装载后覆盖它们地装载在上述安装基板上的盖，其特征是，通过支撑构件支撑节点部，使上述振子的纵向与上述安装基板的一个主面平行，上述安装基板，单体的弯曲振动自共振频率比上述振子的弯曲振动频率低，在装载上述振子和上述驱动检测电路用零件后，上述盖未装载时的弯曲振动自共振频率比单体的弯曲振动自共振频率高，而且与上述振子的弯曲振动频率不一致。
2.如权利要求1所述的振动陀螺，其特征是，上述安装基板在装载上述振子和上述驱动检测电路用零件后，上述盖未装载时的弯曲振动自共振频率比上述振子的弯曲振动频率高。
3.如权利要求1所述的振动陀螺，其特征是，跨过上述安装基板共振引起的弯曲振动的腹部中心线装载至少一个上述驱动检测电路用零件。
4.如权利要求3所述的振动陀螺，其特征是，跨过上述安装基板共振引起的弯曲振动的腹部中心线装载的驱动检测电路用零件是芯片对IC。
5.一种电子装置，其特征是使用权利要求1记载的振动陀螺。
全文摘要
在安装基板(12)的一个主面上装载进行两端开放弯曲振动的柱状振子(2)，进而跨过安装基板(12)的共振引起的弯曲振动的腹部中心线(n2)装载驱动检测电路用零件(13)。并且，安装基板(12)，其单体的弯曲振动自共振频率比振子(2)的弯曲振动频率低，装载振子(2)和驱动检测电路用零件(13)后的弯曲振动自共振频率比单体的弯曲振动自共振频率高，而且与振子(2)的弯曲振动频率不一致。本发明提供一种虽然具有厚度薄的安装基板并能低高度化，但在盖装载前的特性调整时和盖装载后的完成时之间特性变化少的振动陀螺和使用该陀螺的电子装置。
文档编号G01C19/56GK1447094SQ0311073
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月24日 优先权日2002年3月25日
发明者藤本克己, 冈野惠一, 小池雅人, 山本浩诚 申请人:株式会社村田制作所
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