角速度传感器的制作方法

专利名称：角速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种角度速传感器，更具体涉及一种具有振动器 的角速度传感器。
背景技术：
角速度传感器是检测旋转期间的角速度的传感器，并用于避免摄像 机抖动的装置、诸如汽车导航系统的系统、车辆以及机器人姿态控制系 统。使用在基部上具有臂的音叉式振动器作为角速度传感器的振动器。 在具有该振动器的角速度传感器中，振动器的振动通过其他部件传递到 外部。而且在角速度传感器安装在系统上的情况下振动发生变化。结果， 使振动器的特性发生变化。而且外部振动影响振动器的振动。因此，角 速度传感器的输出因为车辆行驶期间的振动而发生变化。这可能会导致 系统出现故障。
如下所公开的技术是用于减少振动器的振动泄漏或外部振动对振动
器的影响。日本专利申请特开2000-292173号公报(以下称为文献l)公 开了一种技术，其中振动吸收件使支撑金属和U形的槽部固定，该槽部 和支撑金属设置在由压电器件和陶瓷部构成的音叉式振动器的陶瓷部 上。日本专利申请特开平9-203638号公报(以下称为文献2)公开了一
种技术，其中音叉式振动器安装在基板上，并且该基板的两端都固定有 振动吸收部。日本专利申请特开平8-178669号公报(以下称为文献3) 公开了一种技术，其中设置了围绕音叉式振动器的基座，并且该基座的 两端都固定有振动吸收部。
在根据文献1至文献3的技术中，在音叉式振动器沿着垂直于表面 的方向振动的情况下，支撑振动器的构件(文献1中的陶瓷部、文献2 中的支撑基板和文献3中的基座)因而振动，从而实现平衡(counter
balance)。在文献1至文献3中，振幅较大的构件保持用于支撑振动器 的构件。难以抑制振动器的振动泄漏以及外部振动对振动器的影响。

发明内容
本发明提供了一种角速度传感器，其用于抑制振动器的振动泄漏和 外部振动对振动器的影响。
根据本发明的一个方面，优选的是，提供了一种角速度传感器，该 角速度传感器包括音叉式振动器、支撑部、振动吸收部和安装部。所述 音叉式振动器具有基部和从该基部延伸的臂部。所述支撑部在其前表面 处支撑所述音叉式振动器的所述基部。所述振动吸收部设置在所述支撑 部的与所述前表面相对的后表面上。所述安装部经由所述振动吸收部安 装所述支撑部。
通过上述结构，可以抑制所述音叉式振动器在垂直于其表面振动的 模式下将振动传递至所述安装部。并且可以抑制所述安装部的振动对所: 述音叉式振动器的振动模式的影响。
根据本发明的另一方面，优选的是，提供了一种角速度传感器，该 角速度传感器包括安装部、固定部以及重物(heavy weight)。所述安装 部安装振动器。所述安装部固定至所述固定部。所述重物固定至所述固 定部并与所述安装部分开。
通过上述结构，由于所述重物的惯性力矩，即使所述安装部振动， 也可以抑制所述固定部的振动。


下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例，在附图中-
图1A表示根据第一实施例的角速度传感器的顶视图；图1B表示沿 着图1A的线A-A剖取的剖视图；图1C表示沿着图1A的线B-B剖取的剖 视图；图1D表示音叉式振动器、支撑部以及振动吸收部之间的位置关系；
图2表示音叉式振动器的立体图3A和图3B表示音叉式振动器的振动模式；
图4表示音叉式振动器的节点周围的区域；
图5A表示支撑部的另一示例1的立体图；图5B表示该支撑部的侧
视图6A表示支撑部的另一示例2的立体图；图6B表示该支撑部的侧 视图7A和图7B表示根据第二实施例的支撑部的侧视图8A表示根据对比实施例或第三实施例的支撑部的顶视图；图8B 表示根据该对比实施例的支撑部的侧视图；图8C表示根据第三实施例的 支撑部的侧视图9表示在根据第三实施例和对比实施例的支撑部的回流温度为 260摄氏度的情况下支撑部的变形的计算结果；
图10表示在根据第三实施例和对比实施例的支撑部经受回流的情 况下谐振频率的频率变化；
图11A表示根据第四实施例的角速度传感器的顶视图；图11B表示 沿着图11A的线A-A剖取的剖视图；图11C表示沿着图11A的线B-B剖 取的剖视图12A表示根据第五实施例的角速度传感器的顶视图；图12B表示 沿着图12A的线A-A剖取的剖视图；图12C表示沿着图12A的线B-B剖 取的剖视图13A表示根据第六实施例的角速度传感器的顶视图；图13B表示 沿着图13A的线A-A剖取的剖视图；图13C表示沿着图13A的线B-B剖 取的剖视图14A表示根据第七实施例的角速度传感器的顶视图；而图14B表 示沿着图14A的线A-A剖取的剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图给出本发明实施例的描述。 (第一实施例)
第一实施例是具有这样的结构的角速度传感器，其中音叉式振动器
安装在用作安装部的封装件上。图1A表示根据第一实施例的角速度传感 器的顶视图。图1B表示沿着图1A的线A-A剖取的剖视图。图1C表示沿 着图1A的线B-B剖取的剖视图。图1D表示在从上方观看图1A的区域C 的情况下，音叉式振动器IO、支撑部20和振动吸收部40之间的位置关 系。
如图1A所示，音叉式振动器10的基部固定到支撑部20的前表面并 由该前表面支撑。支撑部20例如由不锈钢构成。由诸如硅橡胶构成的振 动吸收部40设置在支撑部20的后表面上，该后表面与支撑音叉式振动 器10的基部的前表面相对。支撑部20经由振动吸收部40而固定到由诸 如陶瓷构成的封装件30 (安装部)并安装于其上。音叉式振动器10的电 极(未示出)和封装件30的焊盘(未示出)通过接合线38而彼此相连。 在支撑部20下方设置有控制音叉式振动器10的电路45。
如图1D所示，使音叉式振动器10的基部13固定至支撑部20的前 表面的区域在支撑部20的后表面上投影，并将后表面的该区域称为Rl。 将振动吸收部40固定至支撑部20的区域称为R2。
如图2所示，音叉式振动器10具有基部13和从该基部13延伸的两 个(一个以上)臂部11和12。该音叉式振动器10例如由诸如LiNb03 (铌酸锂)或LiTa03 (钽酸锂)的压电材料构成。在使用LiNb03 (铌酸 锂)或LiTa03 (钽酸锂)的情况下，采用130度到140度范围内的Y形 板，可获得K为23的高的机电耦合系数。音叉式振动器10具有电极(未 示出)，该电极由Au (金)、Al (铝)或Cu (铜)的金属膜构成，并形成 在该音叉式振动器的前表面上。
图3A至图3B表示音叉式振动器10的驱动模式和检测模式。如图 3A所示，当向音叉式振动器10的驱动电极(未示出)馈给驱动信号时， 产生臂部11和12彼此开闭的振动模式。该振动与臂部11和12的表面 方向平行。这就是面内(in-plane)振动模式。
这里，如图3B所示，当向检测轴线施加角速度时，则由于科氏力 (Coriolis force)而产生其中臂部11和12前后振动的振动模式。该 振动是垂直于臂部11和12的表面的扭曲振动。这就是面垂直
(plane-vertical)振动模式。检测电极(未示出)检测到该振动模式 时就可检测到以检测轴线为中心的角速度。
用于进行驱动的振动模式称为驱动模式。用于进行检测的振动模式 称为检测模式。没有振动的区域称为节点(node)。在图3A中，音叉式 振动器10的对称面为节点A。在图3B中，音叉式振动器10的中心轴线 为节点B。
如图3B所示，当音叉式振动器10以面垂直振动模式振动时，支撑 部20振动从而实现平衡。因而，在支撑部20的后表面(与支撑基部13 的前表面相对)上设置振动吸收部40。因此，该振动吸收部可以吸收面 垂直振动模式的振动。
如图3A和图3B所示，在音叉式振动器10以面内振动模式或面垂直 振动模式振动的情况下，基部13的振幅较小。因此，减小了支撑基部13 的支撑部20的振幅。在这种情况下，图3A和图3B中的节点A和B周围 的振幅减小得更多。具体地说，图4中的基部13的区域R3为节点A和 节点B之间的公共节点(即，节点B)在表面S1上的投影区域。在该区 域R3，振动的振幅最小。因而，在支撑部20的振动中，与支撑基部13 的表面相对的表面上的振幅较小。因此，优选的是，将振动吸收部40设 置在包括第一区域Rl的至少一部分的第二区域R2上，该第一区域即前 表面的支撑基部13的区域在后表面上的投影区域。因此，由于振动吸收 部40设置在节点附近，可以抑制音叉式振动器10的振动传递至封装件 30。并且可以抑制封装件30的振动对音叉式振动器10的振动模式的影 响。具体地说，如图1D所示，更优选的是，第一区域R1包括第二区域 R2，因此振动吸收部40设置在振幅较小的区域中。
如图1A所示，优选的是，支撑部20沿着音叉式振动器10的臂部 11和12的宽度方向延伸。因此，可以增大支撑部20在图3B所示的面垂 直振动模式中实现平衡所必需的惯性力矩。并且当支撑部20沿着音叉式 振动器10的臂部11和12的宽度方向延伸从而惯性力矩增大时，可以抑 制支撑部20的振动。
图5A、图5B、图6A和图6B表示作为支撑部20的另一示例的支撑部20a。如图5A和图5B所示，支撑部20a由不锈钢构成。支撑部20a的 上表面通过高压而变形，从而形成凹部29。通过凹部29而在音叉式振动 器10的臂部11和12与支撑部20a之间形成了空间27，臂部11和12在 该空间中振动。
如图6A和6B所示，支撑部20b的除支撑基部13的区域之外的区域 通过高压而变形，从而形成凹部28a。因此，在凹部28a的相对表面上形 成凸部28b。音叉式振动器10的基部13固定到凹部28a的上表面。因此， 在音叉式振动器10的臂部11和12与支撑部20a之前形成空间27。
另外，优选的是，支撑部20a和20b的厚度大于音叉式振动器10的 厚度。在这种情况下，可以增大支撑部20a和20b的惯性力矩，从而抑 制支撑部20的振动。因此，可以抑制音叉式振动器10的振动传递至封 装件30。
(第二实施例)
第二实施例是支撑部端部的厚度增大的情况。图7A和图7B表示从 基部看去时根据第二实施例的支撑部的侧视图。如图7A所示，支撑部20c 的端部21 (沿臂部11和12宽度方向的端部)的厚度t21大于音叉式振 动器10的厚度t10。而如图7B所示，支撑部20d的端部的厚度t21和支 撑基部13的区域22的厚度t22大于音叉式振动器10的厚度t10。因此， 优选的是，端部21的厚度t21增大。在这种情况下，当与音叉式振动器 10的厚度相比，振动最大的端部21的厚度增大从而增大了支撑部20c和 20d的惯性力矩时，由于支撑部20在面垂直振动模式中实现平衡，因而 可以抑制支撑部20c和20d的振动。 (第三实施例)
第三实施例是支撑部20的支撑基部13的区域的厚度增大的情况。 图8A表示根据对比实施例的支撑部20e或根据第三实施例的支撑部20f 的顶视图。图8B表示从基部13 (图8A中的Y方向)看去时根据对比实 施例的支撑部20e的侧视图。在该对比实施例中，支撑部20e由厚度为 0. lmm的弯曲不锈钢(SUS 304)构成。从而支撑部20e的厚度t20e为 0. lmm。图8C表示从基部看去时根据第三实施例的支撑部20f的侧视图。
支撑部20f由厚度t20f为0.4mm的不锈钢(SUS 304)构成，并为块状。 音叉式振动器10的厚度t10为0. 3mm。
图9表示在根据第三实施例和对比实施例的支撑部的温度为260摄 氏度(使用无铅焊料时的回流温度)的情况下，支撑部20f和20e的支 撑基部的安装面的位移。换言之，图9表示与图8A中的X坐标对应的沿 Z方向的位移的计算结果。在该计算中，音叉式振动器10沿着X方向和 Y方向的热膨胀系数分别是17ppm/摄氏度和6ppm/摄氏度。支撑部20e和 20f的热膨胀系数为17. lppm/摄氏度。如图9所示，当如在第三实施例 的情况下那样增大支撑部的厚度时，沿Z方向的位移减小。因此可以抑 制音叉式振动器10由于热膨胀系数的差异而产生裂纹。
图10表示在根据第三实施例和对比实施例的支撑部在260摄氏度的 温度下经受回流的情况下，音叉式振动器10的谐振频率的频率变化。"A" 是回流之前的值。"B"是进行一次回流之后的结果。"C"是进行三次回 流之后的结果。在对比实施例中，谐振频率发生了变化。相比之下，在 第三实施例中，谐振频率变化很小。因而当增大支撑部20f的厚度t20f 时可以提高抗回流性。这是因为支撑部20的支撑基部的安装面通过受热 历程而变形，如图10所示。
根据第三实施例，优选的是，支撑部20的支撑基部13的区域的厚 度大于音叉式振动器10的厚度t10。根据第一实施例至第三实施例，优 选的是，支撑部20的至少一部分的厚度大于音叉式振动器10的厚度。 更优选的是，支撑部20的支撑基部的区域的厚度和支撑部20的端部21 的厚度中的至少一个厚度大于音叉式振动器10的厚度。
优选的是，支撑部20e和20f的热膨胀系数与音叉式振动器10的热 膨胀系数大致相同，以抑制由于受热历程而引起的音叉式振动器10的裂 纹或特性波动，如图9和图10所示。构成音叉式振动器10的诸如LiTa03 或LiNb03的压电材料相对于拉应力来说易碎。因此优选的是，支撑部20e 和20f的热膨胀系数大于音叉式振动器10的热膨胀系数，从而当在音叉 式振动器10和支撑部20之间进行粘合连接期间，在高温下使粘合剂硬 化之后使其冷却到室温时，音叉式振动器10不会由于拉应力而产生裂纹。
(第四实施例)
图11A至图11C表示根据第四实施例的支撑部20、振动吸收部40 和封装件30。音叉式振动器未示出。支撑部20具有突出部23和主体24， 该突出部23从支撑基部的表面向支撑部20的侧面方向突出。突出部23 经由振动吸收部40安装在从封装件30的底面突出的台阶部32上。这样， 可在支撑部20与封装件30的底面之间提供空间。因此，可在该空间内 布置电路45。当振动吸收部40较厚时，即使封装件30不具有台阶部32， 也可以在支撑部20与封装件30之间提供空间。
由于两个突出部23设置在音叉式振动器10的节点下方，封装件20 可以在支撑部20的振动振幅较小的区域处保持该支撑部20。因此，可以 抑制支撑部20的振动传递至封装件30。 (第五实施例)
图12A至图12C表示根据第五实施例的支撑部20、振动吸收部40 和封装件30。音叉式振动器未示出。在封装件30的台阶部34上形成有 凹部36。支撑部20的突出部23装配在凹部36中。因此，当组装支撑部 20和封装件30时容易对准支撑部20和封装件30的位置。支撑部20经 由位于突出部23的后表面和侧面的振动吸收部40安装在封装件30上。 这样，靠近支撑部20的重心安装该支撑部20。因此，可抑制支撑部20 的振动受到沿横向的外部振动的影响。 (第六实施例)
图13A至图13C表示根据第六实施例的支撑部20、振动吸收部40 和封装件30。音叉式振动器未示出。在支撑部20上的三个位置处设有突 出部23。突出部23的数量可以多于三个，如在该第六实施例中那样。 (第七实施例)
图14A表示根据第七实施例的角速度传感器的顶视图。图14B表示 沿着图14A的线A-A剖取的剖视图。如图14A和图14B所示，封装件30 固定到固定部50，该固定部为由模制树脂构成的基座。与封装件30分开 的重物60固定到固定部50。音叉式振动器10和支撑部20经由封装件 30中的振动吸收部40安装在封装件30上，如在图1A至图1C所示的第
一实施例的情况下那样。在封装件30上设有电极35，以输入和输出角速 度传感器的电信号。
根据第七实施例，重物60与封装件30分开并固定到固定部50。因 此，即使封装件30振动，由于重物60的惯性力矩也可以抑制固定部50 的振动。优选的是，重物60具有环绕封装件30的C形形状。在这种情 况下，增大了重物60的惯性力矩，从而抑制固定部50的振动。优选的 是，重物60的质量大于安装有音叉式振动器10和支撑部20的封装件30 的质量。在这种情况下，更加增大了重物60的惯性力矩，从而更加抑制 固定部50的振动。尽管在第七实施例中描述了音叉式振动器IO，但是诸 如振动式振动器的振动器也可以获得相同的效果。
尽管在上述实施例中将封装件30描述成安装部，但是也可以使用基 板来安装支撑部20。支撑部20并不限于不锈钢。优选的是，支撑部20 由诸如铜之类的具有高线性热膨胀系数的材料构成。优选的是，支撑部 20由具有高密度的材料构成，以增大惯性力矩。振动吸收部40还可以由 诸如除硅橡胶之外的橡胶(例如，丁基橡胶、聚氨酯橡胶)的弹性材料 或其他弹性材料构成。振动吸收部40可以连接支撑部20和安装部。优 选的是，振动吸收部40的弹性系数比连接音叉式振动器10和支撑部20 的构件的弹性系数高，以便吸收振动。尽管固定部50是由模制树脂构成 的基座的示例，但是固定部50也可以是系统的安装基板，只要该基板是 固定支撑部20的构件即可。优选的是，重物60由诸如铁或不锈钢之类 的高密度金属构成。
尽管已经详细地示出了本发明的优选实施例，但是本发明并不限于 上述具体实施例。另外，应理解，在不脱离所附权利要求的适当和合理 意义的情况下，容易对本发明进行修改、变型和改变。
本发明基于2006年6月27日提交的日本专利申请No. 2006-176235，
其全部公开通过引用合并于此。
权利要求
1、一种角速度传感器，该角速度传感器包括音叉式振动器，该音叉式振动器具有基部和从该基部延伸的臂部；支撑部，该支撑部在其前表面处支撑所述音叉式振动器的所述基部；振动吸收部，该振动吸收部设置在所述支撑部的与所述前表面相对的后表面上；以及安装部，该安装部经由所述振动吸收部安装所述支撑部。
2、 如权利要求1所述的角速度传感器，其中，所述振动吸收部设置 在包括所述后表面的第一区域的至少一部分的第二区域上，该第一区域 即所述前表面的支撑所述基部的区域在该后表面上的投影区域。
3、 如权利要求1所述的角速度传感器，其中，所述支撑部的至少一 部分的厚度大于所述音叉式振动器的厚度。
4、 如权利要求3所述的角速度传感器，其中，所述支撑部的支撑所: 述基部的区域的厚度和所述支撑部的端部的厚度中的至少一个厚度大于 所述音叉式振动器的厚度。
5、 如权利要求1所述的角速度传感器，其中，所述支撑部具有突出 部，该突出部从支撑所述基部的表面向所述支撑部的侧面方向突出，并 且该支撑部经由所述振动吸收部而借助所述突出部安装在所述安装部 上。
6、 如权利要求5所述的角速度传感器，其中，所述支撑部经由位于 所述突出部的后表面和侧面处的所述振动吸收部而安装在所述安装部 上。
7、 如权利要求1所述的角速度传感器，其中，所述支撑部的热膨胀 系数大于所述音叉式振动器的热膨胀系数。
8、 如权利要求1所述的角速度传感器，该角速度传感器还包括 固定部，所述安装部固定到该固定部；以及重物，该重物固定到所述固定部并与所述安装部分开。
9、 如权利要求8所述的角速度传感器，其中，所述重物具有环绕所 述安装部的C形形状。
10、 如权利要求8所述的角速度传感器，其中，所述重物的质量大 于安装有所述音叉式振动器和所述支撑部的所述安装部的质量。
11、 一种角速度传感器，该角速度传感器包括 安装部，该安装部安装有一振动器；固定部，所述安装部固定到该固定部；以及重物，该重物固定至所述固定部并与所述安装部分开。
全文摘要
本发明提供了一种角速度传感器。该角速度传感器包括音叉式振动器、支撑部、振动吸收部和安装部。该音叉式振动器具有基部和从该基部延伸的臂部。该支撑部在其前表面处支撑所述音叉式振动器的基部。所述振动吸收部设置在所述支撑部的与所述前表面相对的后表面上。所述安装部经由所述振动吸收部安装所述支撑部。
文档编号G01C19/56GK101097227SQ20071011265
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月26日 优先权日2006年6月27日
发明者太田和弘, 田中浩, 细川季展, 谷内雅纪, 高木宏明 申请人:富士通媒体部品株式会社