JP2000258167A - Oscillator for piezoelectric oscillators and manufacture thereof - Google Patents

Oscillator for piezoelectric oscillators and manufacture thereof

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JP2000258167A
JP2000258167A JP6742399A JP6742399A JP2000258167A JP 2000258167 A JP2000258167 A JP 2000258167A JP 6742399 A JP6742399 A JP 6742399A JP 6742399 A JP6742399 A JP 6742399A JP 2000258167 A JP2000258167 A JP 2000258167A
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JP
Japan
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vibrator
electrode
columnar
support
piezoelectric
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Yoshida
哲男 吉田
Hisahiro Ishikawa
寿洋 石川
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the characteristic variation with a simple structure by omitting the adhesion process with adhesives and leads at inputs/outputs. SOLUTION: Piezoelectric bodies using two mutually reversely polarized plate-like crystals of the same shape are pressed and heated into a board bonded at an approximately atomic level. The board is etched or sand-blasted or otherwise to form a columnar oscillator 10, supports 31-34 and a support frame 40 in one body like a plate having two planes. Connections of conductive lines 71, 72, 73 from band-like electrodes 61, 62, 63 of the oscillator 10 located in a central space of the support frame 40 to electrodes 21, 22, 23 of the frame 40 use respectively individual both planes of the support 31 and one surface of the respective support 33, and the electrodes are respectively formed by etching in a unified specified pattern.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として自動車の
ナビゲーションシステムまたはカメラ一体型VTRの手
振れ補正装置などに用いられる振動ジャイロの圧電振動
ジャイロ用振動子およびその製造方法に関し、特に、特
性の変動を回避しかつ構造および製造が簡単な圧電振動
ジャイロ用振動子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope and a method for manufacturing the same, and more particularly to a method for manufacturing a vibrating gyroscope used in an automobile navigation system or a camera shake correcting device of a camera-integrated VTR. The present invention relates to a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope that can be avoided and that is simple in structure and manufacture.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電振動ジャイロは、振動している物体
に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方
向にコリオリの力を生じるという力学現象を利用したジ
ャイロスコープとして知られている。
2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrating gyroscope is known as a gyroscope utilizing a mechanical phenomenon in which when a rotating angular velocity is given to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration direction.

【0003】一般に、直交する二つの異なる方向の振動
を励起可能に構成した複合振動系においては、一方の振
動を励起した状態で振動子を回転させると、前述のコリ
オリの力の作用によりこの振動と直角な方向に力が働
き、他方の振動が励起される。この振動の大きさは、入
力の振動の振幅および回転角速度に比例するため、入力
側の振動振幅を一定にした場合、出力電圧の大きさから
印加された回転角速度の大きさを求めることができる。
In general, in a composite vibration system configured to be able to excite vibrations in two different directions orthogonal to each other, when the vibrator is rotated while one of the vibrations is excited, the vibrator is vibrated by the action of the aforementioned Coriolis force. A force acts in a direction perpendicular to the other, and the other vibration is excited. Since the magnitude of this vibration is proportional to the amplitude of the input vibration and the rotational angular velocity, when the vibration amplitude on the input side is constant, the magnitude of the applied rotational angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage. .

【0004】従来、この種の圧電振動ジャイロ用振動子
では、図5における振動体100の基本構造で示される
ように、正方形の断面形状を有する金属角柱110の隣
合う面それぞれのほぼ中央部に、圧電セラミックス薄板
111、112それぞれが接合されている。これらの圧
電セラミックス薄板111、112それぞれの面には電
極が形成され、厚さ方向に分極されている。
Conventionally, in a piezoelectric vibrating gyroscope of this type, as shown in the basic structure of a vibrating body 100 in FIG. The piezoelectric ceramic thin plates 111 and 112 are respectively joined. Electrodes are formed on the surfaces of these piezoelectric ceramic thin plates 111 and 112, and are polarized in the thickness direction.

【0005】正方形断面の金属角柱110には、互いに
直交する二つの屈曲振動モードが存在し、材質の特性が
均一の場合には、二つの屈曲振動モードの共振周波数は
ほぼ等しくなることが知られている。従って、金属角柱
110の屈曲振動モードの共振周波数にほぼ等しい周波
数の電圧を圧電セラミックス薄板111に印加した場
合、金属角柱110の圧電セラミックス薄板111を接
合した面が凹凸となって屈曲振動する。この面に垂直な
方向をX方向とすれば、金属角柱110の屈曲振動はX
方向である。
It is known that a metal prism 110 having a square cross section has two bending vibration modes orthogonal to each other, and that the resonance frequencies of the two bending vibration modes become substantially equal when the characteristics of the material are uniform. ing. Therefore, when a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the bending vibration mode of the metal prism 110 is applied to the piezoelectric ceramic thin plate 111, the surface of the metal prism 110 to which the piezoelectric ceramic thin plate 111 is joined becomes unevenly vibrating. If the direction perpendicular to this plane is the X direction, the bending vibration of the metal prism 110 is X
Direction.

【0006】この状態で金属角柱110を長さ方向(こ
の方向をZ方向とする)の中心軸を回転軸として回転さ
せた場合には、金属角柱110は、コリオリの力の作用
によりX方向とは直角のY方向に屈曲振動する。このY
方向に垂直な凹凸面には圧電セラミックス薄板112が
接合されており、凹凸に基づく圧電効果により圧電セラ
ミックス薄板112に電圧が発生する。この電圧の大き
さは、圧電セラミックス薄板111により励起されてい
る振動の大きさと、印加した回転角速度の大きさとに比
例する。従って、圧電セラミックス薄板111に印加す
る励振電圧の大きさを一定にすれば、圧電セラミックス
薄板112に発生する電圧は金属角柱110の回転角速
度に比例した値となる。
In this state, when the metal prism 110 is rotated around the central axis in the length direction (this direction is defined as the Z direction), the metal prism 110 is moved in the X direction by the action of Coriolis force. Vibrates flexibly in the right-angled Y direction. This Y
The piezoelectric ceramic thin plate 112 is bonded to the uneven surface perpendicular to the direction, and a voltage is generated in the piezoelectric ceramic thin plate 112 by the piezoelectric effect based on the unevenness. The magnitude of this voltage is proportional to the magnitude of the vibration excited by the piezoelectric ceramic thin plate 111 and the magnitude of the applied rotational angular velocity. Therefore, if the magnitude of the excitation voltage applied to the piezoelectric ceramic thin plate 111 is fixed, the voltage generated in the piezoelectric ceramic thin plate 112 has a value proportional to the rotational angular velocity of the metal prism 110.

【0007】また、圧電セラミックス薄板111には電
圧を印加するためにリード線121が接続される一方、
圧電セラミックス薄板112には発生する電圧を取り出
すためのリード線122が接続されている。
A lead wire 121 is connected to the piezoelectric ceramic thin plate 111 for applying a voltage.
A lead wire 122 for extracting a generated voltage is connected to the piezoelectric ceramic thin plate 112.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電振
動ジャイロ用振動子では、屈曲振動モードで励振するた
めに金属角柱に圧電材の薄板を接着しているので、接着
状態のばらつきに基づくジャイロ特性のばらつき、かつ
接着工程のコスト高を抑えることが困難であるという問
題点がある。
In the above-mentioned conventional vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, a thin plate made of a piezoelectric material is bonded to a metal prism in order to excite in a bending vibration mode. There is a problem that the characteristics vary and it is difficult to reduce the cost of the bonding process.

【0009】また、従来の柱状振動子を支持する場合、
柱状振動子の屈曲振動における共振時に生じる振動の節
位置に、細い金属線をスポット溶接などにより接続して
支持する必要があるので、外部から受ける振動または衝
撃に対して弱いという問題点がある。
When supporting a conventional columnar vibrator,
Since it is necessary to connect and support a thin metal wire by spot welding or the like at a node position of vibration generated at the time of resonance in bending vibration of the columnar vibrator, there is a problem that it is weak against externally applied vibration or impact.

【0010】更に、上述したような圧電振動ジャイロ用
振動子においては、駆動回路および検出回路それぞれと
柱状振動子の電極とをリード線で接続する必要があるの
で、リード線自身の共振の影響を含め、リード線の接続
状態のばらつきによる特性変動を抑えることが困難であ
るという問題点がある。
Further, in the above-described vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, it is necessary to connect each of the drive circuit and the detection circuit to the electrode of the columnar vibrator by a lead wire. In addition, there is a problem that it is difficult to suppress a characteristic variation due to a variation in a connection state of a lead wire.

【0011】本発明の課題は、上述した問題点を除去す
るために、接着剤による接着工程および入出力にリード
線を廃止し、簡単な構造で特性変動を回避できる圧電振
動ジャイロ用振動子およびその製造方法を提供すること
である。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems, eliminate the use of a lead wire in the bonding step and input / output with an adhesive, and provide a piezoelectric vibrating gyroscope vibrator and a piezoelectric vibrating gyroscope that can avoid characteristic fluctuations with a simple structure. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明による圧電振動ジ
ャイロ用振動子は、分極の向きが互いに逆向きの二枚の
同形板状の圧電体を接合して四角柱を形成する柱状振動
体と、この柱状振動体の接合面に平行な一方の主平面に
接合するものであって前記柱状振動体の長さ方向に伸び
ると共に信号引き出し口の駆動電極に接続する駆動帯状
電極と、前記柱状振動体の接合面に平行な他方の主平面
に接合するものであって前記柱状振動体の長さ方向で中
心線に対称にかつ平行に配置されると共に信号引き出し
口の検出電極に接続する二つの検出帯状電極とを備えて
おり、上記圧電体は水晶板であることが好ましい。
According to the present invention, there is provided a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention, comprising: a columnar vibrator for forming a quadrangular prism by joining two identical plate-like piezoelectric bodies having polarization directions opposite to each other; A driving band-shaped electrode joined to one main plane parallel to the joining surface of the columnar vibrating body and extending in the longitudinal direction of the columnar vibrating body and connected to a driving electrode of a signal extraction port; The two main surfaces which are joined to the other main plane parallel to the joint surface of the body, are arranged symmetrically and parallel to the center line in the longitudinal direction of the columnar vibrator, and are connected to the detection electrode of the signal extraction port. It is preferable that the piezoelectric body is a quartz plate.

【0013】このような構成により、振動体が四角柱を
形成する柱状振動体なので、柱状振動体を中央部分に位
置させた同一の厚さを有する支持枠と一体構造を形成す
ることが容易である。特に、二枚の水晶板を加圧かつ加
熱することによりほぼ原子レベルでの接合が可能とな
る。
With such a configuration, since the vibrating body is a columnar vibrating body forming a square pole, it is easy to form an integral structure with a support frame having the same thickness and having the columnar vibrating body positioned at the center. is there. In particular, by pressing and heating two quartz plates, it becomes possible to join them at an atomic level.

【0014】また、この柱状振動体の具体的な支持手段
の一つは、前記柱状振動体の側平面それぞれで屈曲振動
により生じる一波長共振モードでの振動の二つの節位置
それぞれに外側に向け形成しかつ前記柱状振動体の主平
面と同一平面を有する合計四つの支持部と、これら支持
部により中央空間に前記柱状振動体を配置して固定しか
つ前記柱状振動体の主平面と同一平面を有する支持枠と
であり、電気的接続手段は、前記駆動帯状電極と同一平
面上にある一つの前記支持部の根元部分で前記支持枠に
接合する駆動電極と、前記検出帯状電極それぞれと同一
平面上にありかつ点対称位置の前記支持部の根元部分で
前記支持枠に接合する検出電極と、前記駆動帯状電極を
駆動電極、前記検出帯状電極を検出電極それぞれに前記
支持部の同一平面上で接合されて接続する導電路とを有
している。
One of the concrete supporting means of the columnar vibrator is directed outward at each of two node positions of the one-wavelength resonance mode vibration generated by bending vibration on each of the side planes of the columnar vibrator. A total of four support portions formed and having the same plane as the main plane of the columnar vibrator, and the columnar vibrator is arranged and fixed in a central space by these supports, and is coplanar with the main plane of the columnar vibrator. A drive electrode joined to the support frame at a root portion of one of the support portions on the same plane as the drive strip electrode, and the same as the detection strip electrode, respectively. A detection electrode which is on a plane and is joined to the support frame at a root portion of the support portion at a point symmetrical position, the drive band electrode is a drive electrode, and the detection band electrode is a detection electrode, and the detection band electrode is on the same plane of the support portion. In joined and a conductive path connecting.

【0015】従って、前記柱状振動体、前記支持部およ
び前記支持枠は一体成型され、かつ前記駆動帯状電極、
前記駆動電極およびこれらを接続する導電路、並びに二
組の前記検出帯状電極、前記検出電極およびこれらを接
続する導電路それぞれも所定の面上に一体として形成す
ることができる。
Therefore, the columnar vibrator, the support portion and the support frame are integrally formed, and the driving band electrode,
The drive electrodes and the conductive paths connecting them, and the two sets of the detection strip electrodes, the detection electrodes, and the conductive paths connecting them can also be integrally formed on a predetermined surface.

【0016】この構造により、板形状の支持部が支持枠
に柱状振動体を支持し、それぞれが共通した平面を有す
るので、支持部におけるそれぞれ異なる面で帯状の導電
路により柱状振動体の帯状電極と支持枠上の引き出し電
極とを接続できる。
According to this structure, the plate-shaped support portion supports the columnar vibrator on the support frame, and each has a common plane. Therefore, the band-shaped electrode of the columnar vibrator is formed by the band-shaped conductive paths on different surfaces of the support portion. And the extraction electrode on the support frame can be connected.

【0017】また、本発明による圧電振動ジャイロ用振
動子の製造方法は、分極の向きが互いに逆向きの二枚の
同形板状の圧電体を接合して一枚の基板を形成する工程
と、この基板の一面上に上述した柱状振動体、支持部お
よび支持枠の平面図をレジストにより形成する工程と、
前記柱状振動体、支持部および支持枠をフッ酸系のエッ
チング液を用いたエッチングにより成型する工程または
SiC微粉末によるサンドブラストにより成型する工程
と、前記レジストを除去する工程と、次いで接合面と平
行な両面に電極用の導電パターンをエッチングにより形
成して駆動電極および検出電極を生成する工程とを有し
ており、この圧電体は水晶板であることが好ましい。
Further, the method for manufacturing a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention comprises the steps of joining two identical plate-shaped piezoelectric bodies having opposite polarization directions to each other to form a single substrate; Forming a plan view of the columnar vibrator, the support portion and the support frame on one surface of the substrate with a resist,
A step of molding the columnar vibrating body, the support portion and the support frame by etching using a hydrofluoric acid-based etchant or a step of molding by sandblasting with SiC fine powder, a step of removing the resist, and then parallel to the bonding surface. Forming a drive electrode and a detection electrode by forming a conductive pattern for electrodes on both surfaces by etching, and the piezoelectric body is preferably a quartz plate.

【0018】従って、このような簡単な工程により圧電
振動ジャイロ用振動子を製造することができる。
Therefore, a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope can be manufactured through such simple steps.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0020】図1において、(A)は本発明の実施の一
形態を示す斜視図、また、(B)は(A)におけるA−
A断面図である。
FIG. 1A is a perspective view showing one embodiment of the present invention, and FIG.
It is A sectional drawing.

【0021】図1に示されたは圧電振動ジャイロ用振動
子では、四角柱の柱状振動体10が板状の四つの支持部
31〜34により断面が四角で矩形状をなす支持枠40
のほぼ中央部に配置されている。この実施の一形態では
柱状振動体10に用いる圧電体として時計によく用いら
れる水晶体が用いられている。柱状振動体10、支持部
31〜34、および支持枠40は、図2を参照して後に
説明するが、分極の向きが互いに逆向きの二つの水晶板
を接合したものから成型されたものである。
In the vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG. 1, a quadrangular columnar vibrating body 10 is formed by a support frame 40 having a rectangular cross section by four plate-shaped support portions 31 to 34.
It is arranged almost in the center. In this embodiment, a quartz body often used for a timepiece is used as a piezoelectric body used for the columnar vibrator 10. The columnar vibrator 10, the support portions 31 to 34, and the support frame 40, which will be described later with reference to FIG. 2, are formed by joining two quartz plates whose polarization directions are opposite to each other. is there.

【0022】柱状振動体10は、分極の向きが互いに逆
向きの二枚の同形状の水晶体11、12を接合して四角
柱を形成したものである。支持部31〜34は、柱状振
動10の振動体の節位置の部分に、柱状振動体10と支
持枠40と一体化成型されている。支持枠40も二枚の
同形状の水晶体41、42を接合して成型されているこ
とになる。従って、柱状振動体10、支持部31〜3
4、および支持枠40それぞれの圧電振動ジャイロ用振
動子全体の接合面に平行な二つの平面はそれぞれ同一平
面を形成している。
The columnar vibrating body 10 is formed by joining two identically shaped crystalline lenses 11 and 12 whose polarization directions are opposite to each other to form a quadrangular prism. The support portions 31 to 34 are integrally formed with the columnar vibrating body 10 and the support frame 40 at a node position of the vibrating body of the columnar vibration 10. The support frame 40 is also formed by joining two identical crystalline lenses 41 and 42. Therefore, the columnar vibrating body 10 and the support portions 31 to 3
The two planes parallel to the entire joint surface of the piezoelectric vibrating gyroscope vibrator 4 and the support frame 40 respectively form the same plane.

【0023】図1に示される圧電振動ジャイロ用振動子
の電極配線では水晶板上にエッチングによりパターン形
成される。すなわち、一方の平面に、支持枠40の面上
に結合される駆動電極21が柱上振動体10の面上に結
合される駆動帯状電極61と支持部31の面上の導電路
71により接続されている。また他方の平面では、支持
枠40の面上に結合される検出電極22が柱上振動体1
0の面上に結合される検出帯状電極62と支持部31の
面上の導電路72により、更に支持枠40の面上に結合
される検出電極23が柱上振動体10の面上に結合され
る検出帯状電極63と支持部33の面上の導電路73に
より、それぞれが平面上で別々に接続されている。駆動
電極21および検出電極22、23それぞれは引き出し
電極として害具回路の接続用端子に接続されている。
In the electrode wiring of the vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG. 1, a pattern is formed on a quartz plate by etching. That is, the driving electrode 21 coupled on the surface of the support frame 40 is connected to the driving strip electrode 61 coupled on the surface of the columnar vibrator 10 and the conductive path 71 on the surface of the supporting portion 31 on one plane. Have been. In the other plane, the detection electrode 22 coupled on the surface of the support frame 40 is
The detection electrode 23 coupled to the surface of the support frame 40 is further coupled to the surface of the columnar vibrating body 10 by the detection strip electrode 62 coupled to the surface of the column 0 and the conductive path 72 on the surface of the support portion 31. The detection strip electrodes 63 and the conductive paths 73 on the surface of the support portion 33 are separately connected on a plane. Each of the drive electrode 21 and the detection electrodes 22 and 23 is connected to a connection terminal of the harmful circuit as a lead electrode.

【0024】検出電極22、23は支持枠40のほぼ対
角線上に点対称をなし、検出帯状電極62、63は、柱
上振動体10の同一面上で、柱状振動体10の長さ方向
で中心線に対称にかつ平行に配置されている。
The detection electrodes 22 and 23 are symmetrical about a point on a substantially diagonal line of the support frame 40, and the detection strip electrodes 62 and 63 are on the same surface of the on-column vibrator 10 in the longitudinal direction of the columnar vibrator 10. They are arranged symmetrically and parallel to the center line.

【0025】このように、圧電振動ジャイロ用振動子か
ら外部回路への引き出し電極となる駆動電極21および
検出電極22、23それぞれは支持枠40の主平面上に
張り付く状態をなすので、外部回路の入出力端子とコネ
クタ形式で直接結合する接続形態を採ることができる。
As described above, each of the drive electrode 21 and the detection electrodes 22 and 23 serving as extraction electrodes from the piezoelectric vibrating gyro vibrator to the external circuit is in a state of sticking on the main plane of the support frame 40. A connection form in which the input / output terminal is directly connected to the input / output terminal in the form of a connector can be employed.

【0026】上記説明では、柱状振動体10、支持部3
1〜34、および支持枠40は、図2を参照して後に説
明される、分極の向きが互いに逆向きの二つの水晶板を
接合したものから成型されたものとして説明したが、柱
状振動体、支持部、および支持枠それぞれを個別に成型
し、例えば、これらを溶着により接合して形成された圧
電振動ジャイロ用振動子であってもよい。この場合、製
造工程が複雑となり、コストの上昇は避けられない。
In the above description, the columnar vibrator 10 and the support 3
1 to 34 and the support frame 40 have been described as being molded from a structure in which two quartz plates having polarization directions opposite to each other are joined, which will be described later with reference to FIG. The piezoelectric vibrating gyroscope vibrator may be formed by molding the support, the support portion, and the support frame individually and joining them by welding, for example. In this case, the manufacturing process becomes complicated, and an increase in cost cannot be avoided.

【0027】次に、図2に図1を併せ参照して、本発明
の圧電振動ジャイロ用振動子に対する製造工程について
説明する。
Next, a manufacturing process for the vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0028】圧電体の材料には、時計用の振動子で広く
用いられている水晶が用いられる。まず、最初の工程で
は、分極の向きが反対の2枚の水晶板91、92が接合
(ステップS1)される。接合は、接合面をフラットに
研磨し、クリーンにした状態で加圧および加熱する方法
による。この方法により、有機接着剤を使用することが
避けられるだけでなく、ほぼ原子レベルでの接合が可能
となる。
As a material of the piezoelectric body, quartz which is widely used in a vibrator for a timepiece is used. First, in the first step, two quartz plates 91 and 92 having opposite polarization directions are joined (step S1). The joining is performed by a method in which the joining surface is polished flat and pressurized and heated in a clean state. This method not only avoids the use of organic adhesives, but also allows bonding at an atomic level.

【0029】次の工程で、接合された水晶板92の一面
に、図1における柱状振動体10、支持部31〜34、
および支持枠40の平面図パターン93をフォトレジス
トにより形成(ステップS2)する。
In the next step, the columnar vibrator 10, the support portions 31 to 34,
Then, a plan view pattern 93 of the support frame 40 is formed of a photoresist (Step S2).

【0030】図2(A)は、このステップS2の工程の
完成斜視図である。
FIG. 2A is a completed perspective view of the step S2.

【0031】次の工程で、フォトリソグラフィー技術を
用いてフツ酸系のエッチング液を用いてエッチングが行
なわれ、柱状振動体10、支持部31〜34、および支
持枠40が一体化成型(ステップS3)され、振動子体
90が完成する。この一体化成型による製造は、SiC
などの微細砥粒を用いたサンドブラストなどにより、不
要部分を除去する方法であってもよい。
In the next step, etching is performed using a hydrofluoric acid-based etchant by photolithography, and the columnar vibrator 10, the support portions 31 to 34, and the support frame 40 are integrally formed (step S3). ), And the vibrator body 90 is completed. The production by this integral molding is SiC
For example, a method of removing unnecessary portions by sand blasting using fine abrasive grains such as the above may be used.

【0032】図2(B)は、ステップS3の工程の完成
斜視図である。
FIG. 2B is a completed perspective view of the step S3.

【0033】次の工程では、水晶板91、92の接合面
と平行する水晶板91の面に電極が形成され、駆動電極
21、駆動帯状電極61および導電路71の所定のパタ
ーンがエッチングにより得られる。更に、他方の水晶板
92の面に電極が形成され、検出電極22、23、検出
帯状電極62、63、および導電路72、73それぞれ
の所定のパターンがエッチングにより得られ、圧電振動
ジャイロ用振動子が完成(ステップS4)する。
In the next step, electrodes are formed on the surface of the quartz plate 91 parallel to the joining surfaces of the quartz plates 91 and 92, and predetermined patterns of the drive electrodes 21, the drive strip electrodes 61 and the conductive paths 71 are obtained by etching. Can be Further, electrodes are formed on the surface of the other quartz plate 92, and predetermined patterns of the detection electrodes 22, 23, the detection strip electrodes 62, 63, and the conductive paths 72, 73 are obtained by etching. The child is completed (step S4).

【0034】図2(C)は、このステップS4の工程の
完成斜視図である。
FIG. 2C is a completed perspective view of the step S4.

【0035】次に、図3は試作した圧電振動ジャイロ用
振動子の特性を例示した図である。試作した圧電振動ジ
ャイロ用振動子における柱状振動体の四角柱部分の寸法
は「16mm×2mm×2mm」である。また、一波長
共振の屈曲モードにおける共振周波数は、直交する2軸
方向(上述のX方向およびY方向)それぞれで「48.
5KHz」および「48.7KHz」であり、ほぼ実用
のレベルであることが確認されている。
Next, FIG. 3 is a diagram illustrating the characteristics of a prototyped vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope. The dimensions of the quadrangular prism portion of the columnar vibrator in the prototype piezoelectric vibrating gyroscope vibrator are “16 mm × 2 mm × 2 mm”. In addition, the resonance frequency in the bending mode of one-wavelength resonance is “48.
5 KHz "and" 48.7 KHz ", which have been confirmed to be practical levels.

【0036】次に、図4に図1を併せ参照して圧電振動
ジャイロ用振動子に接続する外部回路について説明す
る。
Next, an external circuit connected to the vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope will be described with reference to FIG. 4 and FIG.

【0037】図1における検出電極22、23それぞれ
は、検出電極用端子を介して電流検出回路81、82そ
れぞれに接続されている。電流検出回路81、82は機
能的には入力インピーダンスがほぼゼロで接地電位を示
すと共に入力電流に比例した出力電圧を得ることができ
る。また、電流検出回路81、82それぞれの出力側に
は差動増幅器83、84それぞれを介して同期検波回路
85に接続され、同期検波回路85から圧電振動ジャイ
ロのセンサ出力となる。
The detection electrodes 22 and 23 in FIG. 1 are connected to the current detection circuits 81 and 82 via detection electrode terminals. Functionally, the current detection circuits 81 and 82 have substantially zero input impedance, exhibit a ground potential, and can obtain an output voltage proportional to the input current. The output side of each of the current detection circuits 81 and 82 is connected to the synchronous detection circuit 85 via the differential amplifiers 83 and 84, respectively, and outputs the sensor output of the piezoelectric vibrating gyroscope from the synchronous detection circuit 85.

【0038】図4に示されていないが、図1の駆動電極
21は駆動電極用端子を介して交流電源が接続され、こ
の交流電源により柱状振動体が屈曲振動を励起してい
る。
Although not shown in FIG. 4, an AC power supply is connected to the drive electrode 21 of FIG. 1 via a drive electrode terminal, and the columnar vibrator excites bending vibration by the AC power supply.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電振動ジャイロ用振動子は、分極の向きが互いに逆向き
の二枚の同形の水晶板を用いた圧電体を加圧かつ加熱し
て一つの基板としてほぼ原子レベルでの接合ができるの
で、圧電体の接着工程を除外することができるのみなら
ず、接着状態のばらつきによるジャイロ特性のばらつき
を回避することができる。
As described above, according to the present invention, the vibrator for a piezoelectric vibrating gyro is configured to pressurize and heat a piezoelectric body using two identical quartz plates whose polarization directions are opposite to each other. Since bonding can be performed at substantially the atomic level as one substrate, not only the bonding step of the piezoelectric body can be omitted, but also variation in gyro characteristics due to variation in the bonding state can be avoided.

【0040】また、これをエッチングまたはサンドブラ
ストなどにより柱状振動体、支持部および支持枠を一体
成型しているので、圧電振動ジャイロ用振動子としての
構造が簡単で、かつ支持枠に対する振動体の支持が安定
しているという効果が得られる。
Further, since the columnar vibrator, the supporting portion and the supporting frame are integrally formed by etching or sandblasting, the structure as the vibrator for the piezoelectric vibrating gyroscope is simple, and the vibrating body is supported on the supporting frame. Is stable.

【0041】また、駆動電極および検出電極の導電路そ
れぞれが上記基板の平面上に形成できる一体化構造のた
め、支持枠の中央空間に位置する振動体から支持枠への
接続に導電路に支持部表面を用いていることができるの
で、外部からの振動または衝撃に対して強いという効果
を得ることができる。
Also, since the conductive paths of the drive electrode and the detection electrode can be formed on the plane of the substrate, the conductive path is used to connect the vibrator located in the central space of the support frame to the support frame. Since the part surface can be used, an effect of being strong against external vibration or impact can be obtained.

【0042】また、外部回路への引き出し電極である駆
動電極および検出電極が支持枠の平面上に接合されてい
るので、これら引き出し電極と外部回路の電極用端子と
の接続にリード線を用いることが回避でき、従って、リ
ード線が原因の共振への悪影響または特性の変動を回避
できるという効果も得られる。
Also, since the drive electrode and the detection electrode, which are the extraction electrodes to the external circuit, are joined on the plane of the support frame, it is necessary to use a lead wire to connect these extraction electrodes to the electrode terminals of the external circuit. Therefore, it is possible to obtain an effect that it is possible to avoid an adverse effect on resonance due to the lead wire or a change in characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態を示す斜視図およびA−
A断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the present invention and FIG.
It is A sectional drawing.

【図2】図1の製造工程概略の一形態を示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of the outline of the manufacturing process of FIG.

【図3】本発明による実施の一形態に基づく特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram based on one embodiment of the present invention.

【図4】本発明に対する外部回路の一形態を示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of an external circuit according to the present invention.

【図5】従来の柱状振動体の一例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional columnar vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 柱状振動体 11、12、41、42 水晶体 21 駆動電極 22、23 検出電極 31、32、33、34 支持部 40 支持枠 61 駆動帯状電極 62、63 検出帯状電極 71、72、73 導電路 81、82 電流検出回路 83、84 差動増幅回路 85 検波回路 90 振動子 91、92 水晶板 93 フォトレジスト Reference Signs List 10 columnar vibrator 11, 12, 41, 42 crystalline lens 21 drive electrode 22, 23 detection electrode 31, 32, 33, 34 support part 40 support frame 61 drive band electrode 62, 63 detection band electrode 71, 72, 73 conductive path 81 , 82 Current detection circuit 83, 84 Differential amplification circuit 85 Detection circuit 90 Transducer 91, 92 Quartz plate 93 Photoresist

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分極の向きが互いに逆向きの二枚の同形
板状の圧電体を接合して四角柱を形成する柱状振動体
と、この柱状振動体の接合面に平行な一方の主平面に接
合するものであって前記柱状振動体の長さ方向に伸びる
と共に信号引き出し口の駆動電極に接続する駆動帯状電
極と、前記柱状振動体の接合面に平行な他方の主平面に
接合するものであって前記柱状振動体の長さ方向で中心
線に対称にかつ平行に配置されると共に信号引き出し口
の検出電極に接続する二つの検出帯状電極とを備えるこ
とを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
1. A columnar vibrator for forming a quadrangular prism by joining two identical plate-shaped piezoelectric bodies having opposite polarization directions to each other, and one principal plane parallel to a joint surface of the columnar vibrator. A driving strip electrode extending in the longitudinal direction of the columnar vibrating body and connected to a driving electrode of a signal extraction port, and bonding to the other main plane parallel to a bonding surface of the columnar vibrating body. For a piezoelectric vibrating gyroscope, comprising: two detection band electrodes arranged symmetrically and parallel to a center line in the longitudinal direction of the columnar vibrator and connected to a detection electrode of a signal extraction port. Vibrator.
【請求項2】 請求項1において、前記圧電体は水晶板
であることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
2. The vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope according to claim 1, wherein said piezoelectric body is a quartz plate.
【請求項3】 請求項1において、前記柱状振動体の側
平面それぞれで屈曲振動により生じる一波長共振モード
での振動の二つの節位置それぞれに外側に向け形成しか
つ前記柱状振動体の主平面と同一平面を有する合計四つ
の支持部と、これら支持部により中央空間に前記柱状振
動体を配置して固定しかつ前記柱状振動体の主平面と同
一平面を有する支持枠と、前記駆動帯状電極と同一平面
上にある一つの前記支持部の根元部分で前記支持枠に接
合する駆動電極と、前記検出帯状電極それぞれと同一平
面上にありかつ点対称位置の前記支持部の根元部分で前
記支持枠に接合する検出電極と、前記駆動帯状電極を駆
動電極、前記検出帯状電極を検出電極それぞれに前記支
持部の同一平面上で接合されて接続する導電路とを有す
ることを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子。
3. The main plane of the columnar vibrator according to claim 1, wherein each of the side planes of the columnar vibrator is outwardly formed at each of two node positions of the vibration in the one-wavelength resonance mode caused by bending vibration. A total of four support portions having the same plane as the above, a support frame having the columnar vibrator disposed and fixed in a central space by these support portions, and having the same plane as the main plane of the columnar vibrator; A drive electrode joined to the support frame at a base portion of one of the support portions on the same plane as the support portion; and a support electrode at the base portion of the support portion on the same plane as each of the detection strip electrodes and at a point symmetrical position. It has a detection electrode joined to a frame, and a conductive path joined to and connected to the driving strip electrode and the detection electrode on the same plane of the support portion, respectively. Vibrator for piezoelectric vibrating gyroscope.
【請求項4】 請求項3において、前記柱状振動体、前
記支持部および前記支持枠は一体成型され、かつ前記駆
動帯状電極、前記駆動電極およびこれらを接続する導電
路、並びに二組の前記検出帯状電極、前記検出電極およ
びこれらを接続する導電路それぞれも所定の面上に一体
として形成されることを特徴とする圧電振動ジャイロ用
振動子。
4. The column-shaped vibrating body, the supporting portion and the supporting frame are formed integrally with each other, and the driving band-shaped electrode, the driving electrode and a conductive path connecting them, and two sets of the detection device according to claim 3. A vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, wherein each of the band-shaped electrode, the detection electrode, and a conductive path connecting the detection electrode and the detection electrode are integrally formed on a predetermined surface.
【請求項5】 分極の向きが互いに逆向きの二枚の同形
板状の圧電体を接合して一枚の基板を形成する工程と、
この基板の一面上に請求項3に記載の柱状振動体、支持
部および支持枠の平面図をレジストにより形成する工程
と、フッ酸系のエッチング液を用いたエッチングにより
前記柱状振動体、支持部および支持枠を成型する工程
と、次いで前記レジストを除去する工程と、次いで接合
面と平行な両面に電極用の導電パターンをエッチングに
より形成して駆動電極および検出電極を生成する工程と
を有することを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子の
製造方法。
5. A step of joining two identical plate-shaped piezoelectric bodies having opposite polarization directions to each other to form one substrate;
4. A step of forming a plan view of the columnar vibrator, the support, and the support frame according to claim 3 on one surface of the substrate by using a resist, and etching the columnar vibrator, the support using a hydrofluoric acid-based etchant. And a step of molding a support frame, a step of removing the resist, and a step of forming a drive electrode and a detection electrode by forming a conductive pattern for an electrode on both surfaces parallel to the bonding surface by etching. A method for manufacturing a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, comprising:
【請求項6】 分極の向きが互いに逆向きの二枚の同形
板状の圧電体を接合して一枚の基板を形成する工程と、
この基板の一面上に請求項3に記載される柱状振動体、
支持部および支持枠の平面図をレジストにより形成する
工程と、請求項3に記載される前記柱状振動体、前記支
持部および前記支持枠をSiC微粉末によるサンドブラ
ストにより成型する工程と、次いで前記レジストを除去
する工程と、次いで接合面と平行な両面に電極用の導電
パターンをエッチングにより形成して駆動電極および検
出電極を生成する工程とを有することを特徴とする圧電
振動ジャイロ用振動子の製造方法。
6. A step of joining two identical plate-shaped piezoelectric bodies having opposite polarization directions to each other to form a single substrate;
4. The columnar vibrator according to claim 3 on one surface of the substrate;
4. A step of forming a plan view of a support portion and a support frame with a resist, a step of forming the columnar vibrator, the support portion, and the support frame according to claim 3 by sandblasting with SiC fine powder, and then forming the resist. Manufacturing a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope, comprising the steps of: removing a substrate; and then forming a drive electrode and a detection electrode by forming a conductive pattern for an electrode on both surfaces parallel to the bonding surface by etching. Method.
【請求項7】 請求項5または請求項6において、前記
圧電体は水晶板であることを特徴とする圧電振動ジャイ
ロ用振動子の製造方法。
7. The method for manufacturing a vibrator for a piezoelectric vibrating gyroscope according to claim 5, wherein the piezoelectric body is a quartz plate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003106841A (en) * 2001-09-28 2003-04-09 Nec Tokin Corp Piezoelectric vibration gyro
US6719914B2 (en) * 2001-04-27 2004-04-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing piezoelectric device using direct bonded quartz plate

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