JP2004245605A

JP2004245605A - Vibrator and signal generation element for measuring physical quantity

Info

Publication number: JP2004245605A
Application number: JP2003032799A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kikuchi; 菊池　　尊行; Yukihisa Osugi; 幸久大杉
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP4305625B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve sensitivity in a vibrator comprising at least one bending vibration arm that performs bending vibration within a specific surface, and a base part provided at one end. <P>SOLUTION: The vibrator 20A comprises at least bending vibration arms 14, 15 for performing bending vibration in a specific surface, bases 1, 22 provided at one end of the bending vibration arms 14, 15, and weights 9, 12 provided at the other end of the bending vibration arms 14, 15. Grooves 5, 6 are formed on one main surface 33 nearly in parallel with the specific surface of the bending vibration arms 14, 15, and the other main surface 34. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動型ジャイロスコープ等に好適な振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願人は、振動型ジャイロスコープの応用について種々検討を進めており、自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに振動型ジャイロスコープを使用することを検討した。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】こうした制御においては、高精度での角速度検出が必要不可欠である。しかし、高精度の角速度検出を行おうとすると、振動子の屈曲振動アームに不要な変位が生じやすく、不要な変位は、アームからの検出信号に直ちに誤差を生じさせる原因となる。即ち、振動型ジャイロスコープにおいては、振動子の駆動振動アームを励振し、この状態で振動子を回転ないし回動させ、振動子に励起された検出振動を、検出振動アームに取り付けた検出電極によって検出する。こうして得られた交流の出力信号を検出回路に供給し、駆動振動の影響をできるだけカットする処理を施し、最終的に回転角速度に対応する出力信号を得る。この出力信号は、通常、直流電圧値として出力される。このため、不要な振動や変位の影響が直ちに回転角速度の絶対値にノイズとして影響するし、このノイズを正確にカットすることが困難である。
【０００４】本出願人は、特許文献１において、振動子の駆動振動アームや検出振動アームに、細長い貫通孔を形成することを開示した。このように細長い屈曲振動アームに、アームの長手方向に延びる貫通孔を設けることによって、アームの共振周波数を低減できるようにした。また、この貫通孔の内壁面に駆動電極や検出電極を設けることによって、前述した不要な変位や振動を低減することを試みた。
【特許文献１】
特開平１１−１２５５２８号公報
【０００５】また、特許文献２、３には、屈曲振動アームの両面に細長い溝を設け、屈曲振動アームの横断面を略Ｈ字形状とすることが開示されている。また、特許文献４には、音叉型振動子の音叉および基部に溝を形成することが記載されている。
【特許文献２】
特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０４１４１号公報
【特許文献４】
特開２００２−３４０５５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特許文献１記載のように屈曲振動アームに貫通孔を設けた場合、屈曲振動アームが細長い角棒状である場合には問題が少ない。しかし、最近は例えば携帯電話のカメラモジュールに振動子を搭載することが検討されており、このために振動子を超小型化する必要がある。しかし、振動子を小型化すると、屈曲振動アームの長さを短くする必要があり、このために十分な感度を得ることが難しい。従って、屈曲振動アームの先端に重量部ないし幅の広い頭部を設け、これによって屈曲振動アームの振動エネルギーを増大させて検出感度を向上させることが考えられる。
【０００７】しかし、屈曲振動アームに貫通孔を設け、かつ屈曲振動アームの先端に重量部を設けた場合には、かえってクリスタルインピーダンスが高くなり、検出感度が低下することが判明してきた。
【０００８】また、屈曲振動アームに溝を設ける技術も知られているが、溝を例えばエッチング法によって設ける場合、溝の内壁面にはかなり大きなテーパー部ないし湾曲面が形成され、クリスタルインピーダンスが高くなり、検出感度が低下することが判明してきた。
【０００９】本発明の課題は、所定面内で屈曲振動する少なくとも一つの屈曲振動アーム、およびこの一端に設けられた基部を有する振動子において、振動子の感度を向上させ得るようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、所定面内で屈曲振動する少なくとも一つの屈曲振動アーム、この屈曲振動アームの一端に設けられた基部、および屈曲振動アームの他端に設けられた重量部を備えており、屈曲振動アームの互いに略平行な一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝が形成されていることを特徴とする、振動子に係るものである。
【００１１】本発明によれば、屈曲振動アームの先端に重量部が設けられている上、屈曲振動アームの両主面に溝が形成されている。このような構成によれば、屈曲振動アームに貫通孔が設けられた場合に比べて、屈曲振動アームのクリスタルインピーダンスが低くなり、検出感度が向上することを見いだした。
【００１２】この理由は以下のように考えられる。即ち、屈曲振動アームの先端に重量部を設けることは、振動エネルギーを大きくする上で効果的なはずである。しかし、この場合に屈曲振動アームに細長い貫通孔を設けると、重量部が一種の固定部分として働き、重量部は変位しにくく、この結果かえってクリスタルインピーダンスが上昇する。屈曲振動アームの先端に重量部が設けられている上、屈曲振動アームの両主面に溝が形成されている場合には、重量部の変位も大きくなり、全体としてクリスタルインピーダンスが低減する。
【００１３】第二の発明は、所定面内で屈曲振動する少なくとも一つの屈曲振動アーム、およびこの屈曲振動アームの一端に設けられた基部を備えており、屈曲振動アームの互いに略平行な一方の主面および他方の主面にそれぞれ溝が形成されており、屈曲振動アームに、一方の主面と他方の主面との間で貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔が溝と連続していることを特徴とする、振動子に係るものである。
【００１４】本発明者は、屈曲振動アームの両主面に溝を形成するだけでなく、これら両方の溝に連通する貫通孔をも形成することを想到した。即ち、屈曲振動アームの両主面に溝を形成することは公知であるが、通常溝の横断面形状がきれいな矩形にはならず、テーパ状または湾曲形状となるために、クリスタルインピーダンスを低減する効果に限界があった。この溝に連通する貫通孔を設けると、貫通孔の周辺において溝の横断面形状を矩形に近づけることが容易になる。この結果、屈曲振動アームのクリスタルインピーダンスを一層低減し、感度を向上させることができる。
【００１５】第三の発明は、所定面内で屈曲振動する第一の屈曲振動アーム、所定面内で屈曲振動する第二の屈曲振動アーム、および第一の屈曲振動アームと第二の屈曲振動アームとの間に設けられた基部を備えており、第一の屈曲振動アーム、第二の屈曲振動アームおよび基部の一方の主面に溝が連続的に形成されていることを特徴とする、振動子に係るものである。
また、第四の発明は、所定面内で屈曲振動する第一の屈曲振動アーム、所定面内で屈曲振動する第二の屈曲振動アーム、および第一の屈曲振動アームと第二の屈曲振動アームとの間に設けられた基部を備えており、第一の屈曲振動アームと第二の屈曲振動アームとが略直線状に伸びており、第一の屈曲振動アームおよび基部の一方の主面に溝が連続的に形成されていることを特徴とする、振動子に係るものである。
【００１６】前述したように、屈曲振動アームの両主面に溝を形成することは公知であるが、通常溝の横断面形状がきれいな矩形にはならず、テーパーまたは湾曲形状となるために、クリスタルインピーダンスを低減する効果に限界があった。特に、屈曲振動アーム上の溝の末端部分においてこの傾向が強かった。そこで、本発明者は、複数の屈曲振動アームの溝を、基部を通して連続させることを想到した。この結果、屈曲振動アーム上の溝の基部側の末端がなくなるので、溝の横断面形状を矩形に近づけることが容易になる。この結果、屈曲振動アームのクリスタルインピーダンスを一層低減し、感度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。最初に比較例の振動子を例示する。図１は、比較例に係る振動子１１を示す斜視図である。振動子１１においては、基部１の周縁部から一対の支持部２が突出している。各支持部２の先端にある基部２２から、各支持部２に直交する方向に屈曲振動アーム（駆動振動アーム）１４が延びており、各駆動振動部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを構成している。また、基部１の周縁部から、一対の細長い周方向屈曲振動アーム１５が突出している。各アーム１５は、それぞれ、各検出振動部４Ａ、４Ｂを構成している。
【００１８】各屈曲振動アーム１４、１５は、本例では、Ｘ−Ｙ平面（所定面）に沿って屈曲振動する。各屈曲振動アーム１４の両主面にはそれぞれ溝５が形成されており、これによって横断面がＨ字形状となっている。各屈曲振動アーム１５の両主面にはそれぞれ溝６が形成されており、これによって横断面がＨ字形状となっている。
【００１９】このような振動子は比較的に高い感度を有している。しかし、振動子を小型化すると、各屈曲振動アーム１４、１５が短くなるので、感度が低下する。
【００２０】図２は、比較例の振動子１１Ａを示す。本例においては、各駆動振動アーム１４の先端にそれぞれ重量部９が設けられており、各検出振動アーム１５の先端にそれぞれ重量部１２が設けられている。
【００２１】図３は、第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ａを示す斜視図である。振動子２０Ａにおいては、基部１の周縁部から一対の支持部２が突出している。各支持部２の先端にある基部２２から、各支持部２に直交する方向に屈曲振動アーム（駆動振動アーム）１４が延びている。各駆動振動アーム１４の先端には重量部９が設けられており、各重量部９内には貫通孔１０が形成されている。これによって各駆動振動部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが構成されている。また、基部１の周縁部から、一対の細長い周方向屈曲振動アーム１５が突出している。各アーム１５の先端には重量部１２が設けられており，各重量部１２内には貫通孔１３が形成されている。これによって各検出振動部４Ａ、４Ｂが構成されている。なお、３３は、振動子２０Ａの一方の主面であり、３４は、振動子２０Ａの他方の主面である。
【００２２】各駆動振動アーム１４の横断面形状を図４（ａ）に示す。駆動振動アーム１４の一方の主面３３側には細長い溝５が形成されており、他方の主面３４側には細長い溝５が形成されている。従って、駆動振動アーム１４の横断面は略Ｈ字形状となっている。言い換えると、駆動振動アーム１４は、細長い一対の幅広部１４ａ、１４ｂおよび両者を連結する肉薄部１４ｃを備えている。
【００２３】駆動振動アーム１４を励振する方法は限定されない。例えば、駆動振動アーム１５の側面に電極７Ａ、７Ｂを設け、溝５の壁面に対向電極３０Ａ、３０Ｂを設け、両者の間に交流電圧信号を印加することができる。これによって、駆動振動アーム１４をＸ−Ｙ面に沿って屈曲振動させることができる。
【００２４】各駆動振動アーム１４を矢印Ａのように振動させ、この状態で振動子２０Ａを軸Ｚの回りに回転させると、一対の支持部２が矢印Ｂのように、基部１への付け根を中心として屈曲振動する。これに対応し、各検出振動アーム１５が、矢印Ｃのように、基部１への付け根を中心として屈曲振動する。この屈曲振動に基づいて検出信号を発生させ、検出回路において処理する。
【００２５】各検出振動アーム１５の横断面形状を図４（ｂ）に示す。検出振動アーム１５の一方の主面３３側には細長い溝６が形成されており、他方の主面３４側には細長い溝６が形成されている。従って、検出振動アーム１５の横断面は略Ｈ字形状となっている。言い換えると、検出振動アーム１５は、細長い一対の幅広部１５ａ、１５ｂおよび両者を連結する肉薄部１５ｃを備えている。
【００２６】検出振動アーム１５から信号を取り出す方法は限定されない。例えば、検出振動アーム１５の側面に電極８Ａ、８Ｂを設け、溝６の壁面に対向電極３１Ａ、３１Ｂを設けることができる。検出振動アーム１５がＸ−Ｙ面に沿って屈曲振動すると、これに応じて電極８Ａ、８Ｂと対向電極３１Ａ、３１Ｂとの間に信号電圧が発生する。
【００２７】図５は、第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｂを示す斜視図である。振動子２０Ｂの全体構成および動作は、図３の振動子２０Ａと同様であるので、説明を両略する。本例においては、駆動振動アーム１４において、溝５の末端が、駆動振動アームの基部２２への付け根に対して高さｔだけ離れている。ｔが小さすぎると、耐電圧が低下し、電圧印加時に振動子の破壊が発生し易くなる。振動子の耐電圧を向上させるという観点からは、ｔは、屈曲振動アームの幅Ｗの５％以上であることが好ましく、２５％以上であることが一層好ましい。
【００２８】一方、ｔが大きすぎると、単位電流当たりの感度が低下する傾向がある。従って、屈曲振動アームの感度を向上させるという観点からは、ｔは、屈曲振動アームの幅Ｗの１５０％以下であることが好ましく、７０％以下であることが一層好ましい。また、このような構成は、検出振動アーム１５に適用することもできる。
【００２９】好適な実施形態においては、溝の幅が前記基部に近づくのにつれて減少するテーパ部が設けられている。これによって、駆動振動アームが一層振動し易くなり、クリスタルインピーダンスが一層低下し、感度が向上する。図６、図７は、この実施形態に係る振動子２０Ｃ、２０Ｄを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｃにおいては、駆動振動アーム１４の両主面側の各溝２５にそれぞれテーパー部２５ａが設けられている。各テーパー部２５ａにおいては、溝幅ＷＧが、基部２２に近づくのにつれて減少する。
【００３０】図７の振動子２０Ｄにおいては、駆動振動アーム１４の両主面側の各溝２５にそれぞれテーパー部２５ａが設けられている。各テーパー部２５ａにおいては、溝幅ＷＧが、基部２２に近づくのにつれて減少する。また、駆動振動アーム１４において、溝２５の末端が、駆動振動アームの基部２２への付け根に対して高さｔだけ離れている。
【００３１】図８は、第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｅを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｅは、振動子２０Ｂ（図５）とほぼ同様のものである。ただし、幅広部１４ａ、１４ｂの厚みが一層小さくなっており、溝幅が大きい。
【００３２】図９は、第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｆを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｆは、振動子２０Ａ（図３）とほぼ同様のものである。ただし、振動子２０Ｆにおいては、各支持部２の両主面３３、３４に細長い溝１８が形成されている。
【００３３】図１０は、第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｇを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｇは、振動子２０Ａ（図３）とほぼ同様のものである。ただし、振動子２０Ｇにおいては、各駆動振動アーム１４の主面３３と３４との間に貫通孔１９がそれぞれ形成されている。各貫通孔１９は、それぞれ各溝５と連通する。本例においては、貫通孔１９は、各溝５の基部２２側末端に連通する。
【００３４】この貫通孔の利点について述べる。例えばエッチング法によって溝５、６を成形すると、図１８に模式的に示すように、溝は矩形にはならず、テーパー部２７、２８が形成される。例えば水晶振動子をウエットエッチングによって形成すると、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向とでテーパー部２７、２８の傾斜角度や寸法が異なってくる。このようにテーパー部が大きくなると、屈曲振動アームの感度が低下する。しかし、貫通孔を溝に連続して設けると、貫通孔の近くではテーパー部の寸法が、例えば図１９に示すように小さくなる。
【００３５】前述したテーパー部は、溝５、６の端部において特に大きくなる傾向がある。従って、貫通孔は、溝５、６の末端に設けることが特に好ましく、両端に設けることが最も好ましい。
【００３６】図１１は、第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｈを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｈは、図１０の振動子２０Ｇとほぼ同様のものである。ただし、振動子２０Ｈにおいては、重量部９、１２内に貫通孔が設けられていない。
【００３７】図１２は、第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｊを概略的に示す斜視図である。この振動子２０Ｊは、図１１に示す振動子２０Ｈと同様のものである。ただし、振動子２０Ｊにおいては、駆動振動アーム１４の溝５の両端に貫通孔１９、１９Ａが連通している。また，検出振動アーム１５の溝６の両端に貫通孔２１、２１Ａが連通している。
【００３８】図１３は、第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｋを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｋは、前述の振動子２０Ａ（図３）と同様のものである。ただし、振動子２０Ｋにおいては、第一の屈曲振動アーム１４Ａ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、基部２２の一方の主面３３および他方の主面３４にそれぞれ溝２３が連続的に形成されている。即ち、溝２３は、第一の屈曲振動アーム１４Ａ内の溝２３ａ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ内の溝２３ｂおよび基部２２内の溝２３ｃを有しており、これらは連続している。また、第一の屈曲振動アーム１４Ｃ、第二の屈曲振動アーム１４Ｄ、基部２２の一方の主面３３および他方の主面３４にそれぞれ溝２３が連続的に形成されている。即ち、溝２３は、第一の屈曲振動アーム１４Ｃ内の溝２３ａ、第二の屈曲振動アーム１４Ｄ内の溝２３ｂおよび基部２２内の溝２３ｃを有しており、これらは連続している。
【００３９】前述したように、溝５、６の末端においては溝内壁面のテーパー部が大きくなり易く、クリスタルインピーダンスの増大の原因となっていた。これに対して、本例では、複数の屈曲振動アーム内の溝を連続させているので、各屈曲振動アーム内の基部２２側に、溝末端が存在しない。これによって、前述した溝内壁面のテーパー部の寸法を減らし、屈曲振動アームの感度を向上させることができる。
【００４０】図１４は、第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｌを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｌは、振動子２０Ｋ（図１３）とほぼ同様のものである。ただし、各駆動振動アームの先端に重量部が設けられておらず、各検出振動アームの先端に重量部が設けられていない。
【００４１】図１５は、第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｍを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｍは、振動子２０Ｋ（図１３）とほぼ同様のものである。ただし、各駆動振動アームの先端に重量部が設けられていない。各検出振動アーム１５の先端には重量部１２が設けられている。
【００４２】図１６は、第一、第二および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｎを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｎは、振動子２０Ｋ（図１３）とほぼ同様のものである。ただし、本例においては、溝２３Ａが、第一の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃ内の溝２３ａ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、１４Ｄ内の溝２３ｂ、および基部２２内の貫通孔２３ｄを備えている。溝２３ａ、２３ｂおよび貫通孔２３ｄは連続的に形成されている。
【００４３】図１７は、第一、第二および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｐを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｐは、振動子２０Ｎ（図１６）とほぼ同様のものである。ただし、振動子２０Ｐにおいては、溝２８が、第一の屈曲振動アーム１５Ａ内の溝２８ａ、第二の屈曲振動アーム１５Ｂ内の溝２８ｂ、および基部１内の溝２８ｃを備えている。溝２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは連続的に形成されている。
【００４４】図２０は、第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｑを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｑにおいては、第一の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、１４Ｄ、基部２２の一方の主面３３および他方の主面３４に、それぞれ溝３５が連続的に形成されている。即ち、溝２５は、第一の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃ内の溝３５ａ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、１４Ｄ内の溝３５ｂおよび基部２２内の溝３５ｃを有しており、これらは連続している。溝３５ａの基部２２側の端部には、基部２２へと向かって溝幅ＷＧが小さくなるようにテーパー部３５ｄが設けられている。溝３５ｂの基部２２側の端部には、基部２２へと向かって溝幅ＷＧが小さくなるようにテーパー部３５ｅが設けられている。
図２１は、第四の発明の実施形態に係る振動子２０Ｒを概略的に示す斜視図である。振動子２０Ｒにおいては、第一の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃ、第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、１４Ｄ、基部２２が設けられている。第一の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃと第二の屈曲振動アーム１４Ｂ、１４Ｄとは、それぞれ略直線状に伸びている。アーム１４Ａ、１４Ｃおよび基部２２の一方の主面３３および他方の主面３４に、それぞれ溝３６が連続的に形成されており、アーム１４Ｂ、１４Ｄおよび基部２２の一方の主面３３および他方の主面３４に、それぞれ溝３６が連続的に形成されている。各溝３６は、アーム１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ内の溝３６ａ、および基部２２内の溝３６ｂを有しており、３６ａと３６ｂとは連続している。
【００４５】本発明において測定されるべき物理量は、特に限定はされない。振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の振動子に対する物理量の影響によって振動子の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を対象とする。こうした物理量としては、振動子に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、測定装置としては慣性センサーが好ましい。
【００４６】好適な実施形態においては、振動子が圧電材料から構成されており、好ましくは圧電性単結晶によって形成されている。圧電性単結晶は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ほう酸リチウム、ランガサイトを例示できる。特に好ましくは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体の１３０°Ｙ板である。
【００４７】
【実施例】図１〜図１７に示す各振動子を製造し、感度と破壊時の印加電圧とを測定した。具体的には、厚さ０．３ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ５０００オングストロームの金膜とを形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
【００４８】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、各振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜として形成した。
【００４９】各振動子の主面３３、３４にそれぞれウエットエッチングによって溝や貫通孔のパターンを形成した。次いで、各振動子の基部１の中央に支持孔を形成し、この支持孔に金属ピンを通し、金属ピンに対して各振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着した。
【００５０】そして、各振動子について、以下のようにして感度および破壊時の印加電圧を測定した。測定結果を表１、表２に示す。
（感度）
振動型ジャイロスコープを回転テーブルに取り付け、回転時について、ロックインアンプを用いて、検出電極から取り出した信号のうち、駆動信号と同期する成分のみの強度を測定し、測定によって得られた回転時の角速度当たりの信号から感度を算出した。
（破壊時の印加電圧）
振動型ジャイロスコープに駆動信号を印加して駆動させると同時にその駆動電流をオシロスコープでモニタする。印加電圧は１Ｖからかけ始め、徐々に印加電圧を増加させていく。印加電圧を増大させていくと、最後にはアームが折れて、オシロスコープに信号が現れなくなる。そのときの電圧を破壊時の印加電圧とした。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【表２】

【００５３】図１、図２の振動子においては、感度が低くなっている。図３〜図１７の振動子においては、感度が向上した。また、特に溝に平面的なテーパー部を設けることによって、破壊時の印加電圧が著しく向上した（図６、７）。
【００５４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、所定面内で屈曲振動する少なくとも一つの屈曲振動アーム、およびこの一端に設けられた基部を有する振動子において、振動子の感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例の振動子１１を概略的に示す斜視図であり、各屈曲振動アーム１４、１５に溝５、６が設けられている。
【図２】比較例の振動子１１Ａを概略的に示す斜視図であり、各屈曲振動アーム１４、１５に重量部が設けられている。
【図３】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ａを示す斜視図である。各屈曲振動アーム１４、１５に溝５、６および重量部９、１２が設けられている。
【図４】（ａ）は、駆動振動アームの横断面形状を示し、（ｂ）は、検出振動アームの横断面形状を示す。
【図５】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｂを示す斜視図である。各屈曲振動アーム１４、１５に溝５、６および重量部９、１２が設けられている。
【図６】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｃを示す斜視図である。各屈曲振動アーム１４、１５に溝２５、６および重量部９、１２が設けられており、屈曲振動アーム１４の溝２５にテーパー部２５ａが形成されている。
【図７】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｄを示す斜視図である。各屈曲振動アーム１４、１５に溝５、６および重量部９、１２が設けられており、屈曲振動アーム１４の溝２５にテーパー部２５ａが形成されている。
【図８】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｅを概略的に示す斜視図である。各屈曲振動アーム１４、１５に溝５、６および重量部９、１２が設けられている。
【図９】第一の発明の実施形態に係る振動子２０Ｆを概略的に示す斜視図である。支持部２にも溝１８が設けられている。
【図１０】第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｇを概略的に示す斜視図である。溝５に連通する貫通孔１９が設けられている。
【図１１】第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｈを概略的に示す斜視図である。溝５に連通する貫通孔１９が設けられている。
【図１２】第一の発明および第二の発明に係る振動子２０Ｊを概略的に示す斜視図である。溝５に連通する貫通孔１９、１９Ａが設けられており、溝６に連通する貫通孔２１、２１Ａが設けられている。
【図１３】第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｋを概略的に示す斜視図である。複数の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃと、１４Ｂ、１４Ｄと、基部２２とに連続的に溝２３が設けられている。
【図１４】第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｌを概略的に示す斜視図である。複数の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃと、１４Ｂ、１４Ｄと、基部２２とに連続的に溝２３が設けられている。
【図１５】第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｍを概略的に示す斜視図である。複数の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃと、１４Ｂ、１４Ｄと、基部２２に連続的に溝２３が設けられており、屈曲振動アーム１５には重量部１２が設けられている。
【図１６】第一、第二および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｎを概略的に示す斜視図である。複数の屈曲振動アーム１４Ａ、１４Ｃと、１４Ｂ、１４Ｄと、基部２２とに連続的に溝２３Ａが設けられており、基部２２内には貫通孔２３ｄが設けられている。
【図１７】第一、第二および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｐを概略的に示す斜視図である。更に複数の屈曲振動アーム１５Ａ、１５Ｂおよび基部１に連続的な溝２８が形成されている。
【図１８】屈曲振動アームの横断面形状の一例を示す。
【図１９】屈曲振動アームの横断面形状の一例を示しており、貫通孔の形成などによってテーパー部２７、２８が縮小している。
【図２０】第一および第三の発明の実施形態に係る振動子２０Ｑを概略的に示す斜視図である。
【図２１】第四の発明の実施形態に係る振動子２０Ｒを概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】１検出振動アーム１５の基部３Ａ、３Ｂ、３Ｃ３Ｄ駆動振動部４Ａ、４Ｂ検出振動部５、２５駆動振動アーム上の溝６検出振動アーム上の溝９、１２重量部１１Ａ、１１Ｂ振動子１４駆動振動アーム１５検出振動アーム１９，１９Ａ溝５の末端の貫通孔２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈ、２０Ｊ、２０Ｋ、２０Ｌ、２０Ｍ、２０Ｎ、２０Ｐ、２０Ｑ、２０Ｒ振動子２１、２１Ａ溝６の末端の貫通孔２２駆動振動アーム１４の基部２３、２３Ａ複数の駆動振動アームにまたがる溝２５ａ溝のテーパー部２８複数の検出振動アームにまたがる溝３３一方の主面３４他方の主面Ｗ屈曲振動アームの幅ｔ溝の末端と屈曲振動アームの付け根との間隔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrator suitable for a vibratory gyroscope and the like.
[0002]
2. Description of the Related Art The present applicant has been conducting various studies on the application of a vibratory gyroscope, and has found that a vibratory gyroscope is used as a rotational speed sensor used in a vehicle speed feedback type vehicle control method. investigated. In such a system, the direction of the steered wheels is detected by the rotation angle of the steering wheel. At the same time, the rotational speed at which the vehicle body is actually rotating is detected by the vibration gyroscope. Then, the direction of the steered wheels is compared with the actual rotational speed of the vehicle body to determine a difference, and based on the difference, the wheel torque and the steering angle are corrected to realize stable vehicle control.
In such control, it is indispensable to detect angular velocity with high accuracy. However, when attempting to detect angular velocity with high accuracy, unnecessary displacement is likely to occur in the bending vibration arm of the vibrator, and the unnecessary displacement immediately causes an error in the detection signal from the arm. That is, in the vibration type gyroscope, the driving vibration arm of the vibrator is excited, and the vibrator is rotated or rotated in this state, and the detection vibration excited by the vibrator is detected by the detection electrode attached to the detection vibration arm. To detect. The AC output signal obtained in this way is supplied to a detection circuit, and a process for cutting the influence of drive vibration as much as possible is performed. Finally, an output signal corresponding to the rotational angular velocity is obtained. This output signal is normally output as a DC voltage value. For this reason, the influence of unnecessary vibration or displacement immediately affects the absolute value of the rotational angular velocity as noise, and it is difficult to accurately cut this noise.
[0004] The applicant of the present invention has disclosed in Patent Document 1 that an elongated through hole is formed in a drive vibration arm or a detection vibration arm of a vibrator. By providing the elongated bending vibration arm with a through hole extending in the longitudinal direction of the arm, the resonance frequency of the arm can be reduced. Further, by providing a drive electrode and a detection electrode on the inner wall surface of the through hole, an attempt was made to reduce the unnecessary displacement and vibration described above.
[Patent Document 1]
JP-A-11-125528
Patent Documents 2 and 3 disclose that elongated grooves are provided on both sides of a bending vibration arm, and the bending vibration arm has a substantially H-shaped cross section. Patent Literature 4 describes that a groove is formed in a tuning fork and a base of a tuning fork vibrator.
[Patent Document 2]
JP-A-2002-261575
[Patent Document 3]
JP-A-2002-204141
[Patent Document 4]
JP-A-2002-340559
[0006]
When a through hole is provided in a bending vibration arm as described in Patent Document 1, there is little problem when the bending vibration arm has an elongated rectangular bar shape. However, recently, for example, it has been considered to mount a vibrator on a camera module of a mobile phone, and therefore, it is necessary to miniaturize the vibrator. However, when the size of the vibrator is reduced, it is necessary to shorten the length of the bending vibration arm, which makes it difficult to obtain sufficient sensitivity. Therefore, it is conceivable to provide a weight part or a wide head at the tip of the bending vibration arm, thereby increasing the vibration energy of the bending vibration arm and improving the detection sensitivity.
However, it has been found that when a through hole is provided in the bending vibration arm and a weight portion is provided at the tip of the bending vibration arm, the crystal impedance is rather increased and the detection sensitivity is lowered.
There is also known a technique for providing a groove in the bending vibration arm. However, when the groove is provided by, for example, an etching method, a considerably large tapered portion or a curved surface is formed on the inner wall surface of the groove, and the crystal impedance is high. It has been found that the detection sensitivity decreases.
It is an object of the present invention to improve the sensitivity of a vibrator having at least one bending vibration arm that vibrates in a predetermined plane and a base provided at one end thereof. is there.
[0010]
According to a first aspect of the present invention, there is provided at least one bending vibration arm which bends and vibrates in a predetermined plane, a base provided at one end of the bending vibration arm, and a base provided at the other end of the bending vibration arm. A vibrator, comprising a weight portion provided with a groove, and grooves formed on one main surface and the other main surface of the bending vibration arm that are substantially parallel to each other.
According to the present invention, the weight portion is provided at the tip of the bending vibration arm, and grooves are formed on both main surfaces of the bending vibration arm. According to such a configuration, it has been found that the crystal impedance of the bending vibration arm is lower and the detection sensitivity is improved as compared with the case where the through-hole is provided in the bending vibration arm.
The reason is considered as follows. That is, providing the weight portion at the tip of the bending vibration arm should be effective in increasing the vibration energy. However, in this case, if the bending vibration arm is provided with an elongated through hole, the weight part functions as a kind of fixed part, and the weight part is not easily displaced. As a result, the crystal impedance rises. When the weight portion is provided at the tip of the bending vibration arm and grooves are formed on both main surfaces of the bending vibration arm, the displacement of the weight portion also increases, and the crystal impedance is reduced as a whole.
A second invention comprises at least one bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, and a base provided at one end of the bending vibration arm. Grooves are formed in the main surface and the other main surface, respectively, and the bending vibration arm is provided with a through hole penetrating between the one main surface and the other main surface. The present invention relates to a vibrator characterized by being continuous.
The inventor of the present invention has conceived not only that grooves are formed on both main surfaces of the bending vibration arm, but also that through holes that communicate with both grooves are formed. That is, although it is known to form grooves on both main surfaces of the bending vibration arm, the cross-sectional shape of the groove is usually not a clean rectangle but a tapered or curved shape, thereby reducing the crystal impedance. The effect was limited. By providing a through hole communicating with the groove, it becomes easy to make the cross sectional shape of the groove close to a rectangle around the through hole. As a result, the crystal impedance of the bending vibration arm can be further reduced, and the sensitivity can be improved.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a first bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, a second bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, and the first bending vibration arm and the second bending vibration. It has a base provided between the arm and the first bending vibration arm, the second bending vibration arm and a groove is continuously formed on one main surface of the base, It relates to a vibrator.
The fourth invention provides a first bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, a second bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, and a first bending vibration arm and a second bending vibration arm. The first bending vibration arm and the second bending vibration arm extend substantially linearly, and the first bending vibration arm and one of the main surfaces of the base are provided. The present invention relates to a vibrator characterized in that grooves are continuously formed.
As described above, it is known to form grooves on both main surfaces of the bending vibration arm. However, since the cross-sectional shape of the groove is usually not a clean rectangle but a tapered or curved shape, The effect of reducing crystal impedance was limited. This tendency was particularly strong at the end of the groove on the bending vibration arm. Therefore, the present inventor has conceived of making the grooves of the plurality of bending vibration arms continuous through the base. As a result, the end of the groove on the bending vibration arm on the base side is eliminated, so that the cross section of the groove can be easily approximated to a rectangle. As a result, the crystal impedance of the bending vibration arm can be further reduced, and the sensitivity can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. First, a resonator according to a comparative example will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator 11 according to a comparative example. In the vibrator 11, a pair of support portions 2 protrude from the peripheral portion of the base 1. A bending vibration arm (drive vibration arm) 14 extends in a direction perpendicular to each support portion 2 from a base portion 22 at a tip end of each support portion 2 to form each

drive vibration portion

3A, 3B, 3C, 3D. I have. Also, a pair of elongated circumferential bending vibration arms 15 protrude from the peripheral edge of the base 1. Each arm 15 constitutes each

detection vibration part

4A and 4B, respectively.
In the present embodiment, each of the bending

vibration arms

14 and 15 vibrates flexibly along an XY plane (predetermined surface). Grooves 5 are formed in both main surfaces of each bending vibration arm 14, respectively, whereby the cross section has an H shape. Grooves 6 are formed in both main surfaces of each bending vibration arm 15, respectively, so that the cross section has an H-shape.
Such a vibrator has a relatively high sensitivity. However, when the size of the vibrator is reduced, the bending

vibration arms

14 and 15 become shorter, so that the sensitivity is reduced.
FIG. 2 shows a vibrator 11A of a comparative example. In this example, the weight part 9 is provided at the tip of each drive vibration arm 14, and the weight part 12 is provided at the tip of each detection vibration arm 15.
FIG. 3 is a perspective view showing a vibrator 20A according to the first embodiment of the present invention. In the vibrator 20 </ b> A, a pair of support portions 2 protrude from the peripheral portion of the base 1. A bending vibration arm (drive vibration arm) 14 extends from a base 22 at the tip of each support 2 in a direction perpendicular to each support 2. A weight portion 9 is provided at the tip of each drive vibration arm 14, and a through hole 10 is formed in each weight portion 9. Thus, each of the driving

vibration units

3A, 3B, 3C, and 3D is configured. Also, a pair of elongated circumferential bending vibration arms 15 protrude from the peripheral edge of the base 1. A weight portion 12 is provided at the tip of each arm 15, and a through hole 13 is formed in each weight portion 12. Thus, each of the

detection vibration units

4A and 4B is configured. In addition, 33 is one main surface of the

vibrator

20A, and 34 is the other main surface of the vibrator 20A.
FIG. 4A shows the cross-sectional shape of each drive vibration arm 14. The elongated groove 5 is formed on one main surface 33 side of the drive vibration arm 14, and the elongated groove 5 is formed on the other main surface 34 side. Therefore, the cross section of the drive vibration arm 14 is substantially H-shaped. In other words, the drive vibration arm 14 includes a pair of elongated

wide portions

14a and 14b and a thin portion 14c connecting the two.
The method of exciting the drive vibration arm 14 is not limited. For example, the electrodes 7A and 7B are provided on the side surface of the drive vibration arm 15, and the opposing electrodes 30A and 30B are provided on the wall surface of the groove 5, and an AC voltage signal can be applied between them. As a result, the drive vibration arm 14 can be caused to vibrate flexibly along the XY plane.
When each of the driving vibration arms 14 is vibrated as indicated by an arrow A, and the vibrator 20A is rotated about the axis Z in this state, the pair of support portions 2 are connected to the base 1 as indicated by an arrow B. Flexural vibration around the center. Corresponding to this, each of the detection vibration arms 15 performs bending vibration about the base to the base 1 as shown by the arrow C. A detection signal is generated based on the bending vibration and processed in a detection circuit.
FIG. 4B shows a cross-sectional shape of each detection arm 15. An elongated groove 6 is formed on one main surface 33 side of the detection vibration arm 15, and an elongated groove 6 is formed on the other main surface 34 side. Therefore, the cross section of the detection vibration arm 15 is substantially H-shaped. In other words, the detection vibration arm 15 includes a pair of elongated wide portions 15a and 15b and a thin portion 15c connecting the two.
The method of extracting a signal from the detection vibration arm 15 is not limited. For example, the

electrodes

8A and 8B can be provided on the side surface of the detection vibration arm 15, and the

counter electrodes

31A and 31B can be provided on the wall surface of the groove 6. When the detection vibration arm 15 bends and vibrates along the XY plane, a signal voltage is generated between the

electrodes

8A and 8B and the opposing

electrodes

31A and 31B.
FIG. 5 is a perspective view showing a vibrator 20B according to the first embodiment of the present invention. Since the overall configuration and operation of the vibrator 20B are the same as those of the vibrator 20A of FIG. 3, the description is omitted. In this example, in the drive vibration arm 14, the end of the groove 5 is separated from the base of the drive vibration arm to the base 22 by the height t. If t is too small, the withstand voltage decreases, and the vibrator is likely to break down when a voltage is applied. From the viewpoint of improving the withstand voltage of the vibrator, t is preferably at least 5% of the width W of the bending vibration arm, and more preferably at least 25%.
On the other hand, if t is too large, the sensitivity per unit current tends to decrease. Therefore, from the viewpoint of improving the sensitivity of the bending vibration arm, t is preferably 150% or less of the width W of the bending vibration arm, and more preferably 70% or less. Such a configuration can also be applied to the detection vibration arm 15.
In a preferred embodiment, a tapered portion is provided in which the width of the groove decreases as approaching the base. As a result, the drive vibration arm is more easily vibrated, the crystal impedance is further reduced, and the sensitivity is improved. 6 and 7 are perspective views schematically showing vibrators 20C and 20D according to this embodiment. In the vibrator 20C, tapered portions 25a are provided in the grooves 25 on both main surfaces of the drive vibration arm 14, respectively. In each tapered portion 25a, the groove width WG decreases as approaching the base 22.
In the vibrator 20D shown in FIG. 7, tapered portions 25a are provided in the respective grooves 25 on both main surfaces of the driving vibration arm 14. In each tapered portion 25a, the groove width WG decreases as approaching the base 22. In the drive vibration arm 14, the end of the groove 25 is separated from the base of the drive vibration arm to the base 22 by a height t.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a vibrator 20E according to the first embodiment of the present invention. The vibrator 20E is substantially the same as the vibrator 20B (FIG. 5). However, the thickness of the

wide portions

14a and 14b is further reduced, and the groove width is large.
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a vibrator 20F according to the first embodiment of the present invention. The vibrator 20F is substantially the same as the vibrator 20A (FIG. 3). However, in the vibrator 20F, the elongated grooves 18 are formed on both the

main surfaces

33 and 34 of the respective support portions 2.
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a vibrator 20G according to the first invention and the second invention. The vibrator 20G is substantially the same as the vibrator 20A (FIG. 3). However, in the vibrator 20G, the through holes 19 are respectively formed between the

main surfaces

33 and 34 of the drive vibration arms 14. Each through hole 19 communicates with each groove 5. In this example, the through hole 19 communicates with the base 22 side end of each groove 5.
The advantages of this through hole will be described. For example, when the

grooves

5 and 6 are formed by an etching method, the grooves are not rectangular, and the

tapered portions

27 and 28 are formed, as schematically shown in FIG. For example, when a quartz oscillator is formed by wet etching, the inclination angles and dimensions of the tapered

portions

27 and 28 differ between the + X axis direction and the −X axis direction. When the tapered portion becomes large in this way, the sensitivity of the bending vibration arm decreases. However, when the through-hole is provided continuously to the groove, the dimension of the tapered portion near the through-hole becomes small as shown in FIG. 19, for example.
The aforementioned tapered portion tends to be particularly large at the ends of the

grooves

5 and 6. Therefore, the through holes are particularly preferably provided at the ends of the

grooves

5 and 6, and are most preferably provided at both ends.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a vibrator 20H according to the first invention and the second invention. The vibrator 20H is substantially the same as the vibrator 20G of FIG. However, in the vibrator 20H, no through holes are provided in the

weight portions

9 and 12.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a vibrator 20J according to the first invention and the second invention. This vibrator 20J is similar to the vibrator 20H shown in FIG. However, in the vibrator 20J, the through

holes

19 and 19A communicate with both ends of the groove 5 of the driving vibration arm 14. Further, through

holes

21 and 21A communicate with both ends of the groove 6 of the detection vibration arm 15.
FIG. 13 is a perspective view schematically showing a vibrator 20K according to the first and third embodiments of the present invention. The vibrator 20K is similar to the above-described vibrator 20A (FIG. 3). However, in the vibrator 20K, the grooves 23 are continuously formed on the first bending vibration arm 14A, the second bending vibration arm 14B, and one main surface 33 and the other main surface 34 of the base 22. . That is, the groove 23 has a groove 23a in the first bending vibration arm 14A, a groove 23b in the second bending vibration arm 14B, and a groove 23c in the base 22, which are continuous. The grooves 23 are continuously formed on the first bending vibration arm 14C, the second bending vibration arm 14D, and one main surface 33 and the other main surface 34 of the base 22, respectively. That is, the groove 23 has a groove 23a in the first bending vibration arm 14C, a groove 23b in the second bending vibration arm 14D, and a groove 23c in the base 22, and these are continuous.
As described above, at the ends of the

grooves

5 and 6, the tapered portion of the inner wall surface of the groove is apt to become large, which causes an increase in crystal impedance. On the other hand, in the present example, since the grooves in the plurality of bending vibration arms are continuous, there is no groove end on the base 22 side in each bending vibration arm. Thus, the dimension of the tapered portion on the inner wall surface of the groove can be reduced, and the sensitivity of the bending vibration arm can be improved.
FIG. 14 is a perspective view schematically showing a vibrator 20L according to the third embodiment of the present invention. The vibrator 20L is substantially the same as the vibrator 20K (FIG. 13). However, no weight portion is provided at the tip of each drive vibration arm, and no weight portion is provided at the tip of each detection vibration arm.
FIG. 15 is a perspective view schematically showing a vibrator 20M according to the first and third embodiments of the present invention. The vibrator 20M is substantially the same as the vibrator 20K (FIG. 13). However, no weight portion is provided at the tip of each drive vibration arm. A weight portion 12 is provided at the tip of each detection vibration arm 15.
FIG. 16 is a perspective view schematically showing a vibrator 20N according to the first, second and third embodiments of the invention. The vibrator 20N is substantially the same as the vibrator 20K (FIG. 13). However, in this example, the groove 23A includes a groove 23a in the first

bending vibration arms

14A and 14C, a groove 23b in the second

bending vibration arms

14B and 14D, and a through hole 23d in the base 22. I have. The

grooves

23a and 23b and the through holes 23d are formed continuously.
FIG. 17 is a perspective view schematically showing a vibrator 20P according to the first, second and third embodiments of the present invention. The vibrator 20P is substantially the same as the vibrator 20N (FIG. 16). However, in the vibrator 20P, the groove 28 includes a groove 28a in the first bending vibration arm 15A, a groove 28b in the second bending vibration arm 15B, and a groove 28c in the base 1. The

grooves

28a, 28b and 28c are formed continuously.
FIG. 20 is a perspective view schematically showing a vibrator 20Q according to the first and third embodiments of the present invention. In the vibrator 20Q, the first

bending vibration arms

14A and 14C, the second

bending vibration arms

14B and 14D, and the grooves 35 are continuously formed on one main surface 33 and the other main surface 34 of the base 22, respectively. Have been. That is, the groove 25 has a groove 35a in the first

bending vibration arms

14A, 14C, a groove 35b in the second

bending vibration arms

14B, 14D, and a groove 35c in the base 22, which are continuous. ing. A tapered portion 35d is provided at the end of the groove 35a on the base 22 side so that the groove width WG decreases toward the base 22. A tapered portion 35e is provided at the end of the groove 35b on the base 22 side so that the groove width WG decreases toward the base 22.
FIG. 21 is a perspective view schematically showing a vibrator 20R according to the fourth embodiment of the present invention. In the vibrator 20R, first bending

vibration arms

14A and 14C, second bending

vibration arms

14B and 14D, and a base 22 are provided. The first

bending vibration arms

14A and 14C and the second

bending vibration arms

14B and 14D respectively extend substantially linearly. Grooves 36 are formed continuously on one main surface 33 and the other main surface 34 of the

arms

14A, 14C and the base 22, respectively, and the one main surface 33 and the other main surface of the

arms

14B, 14D and the base 22 are formed. On the surface 34, grooves 36 are respectively formed continuously. Each groove 36 has a groove 36a in the

arms

14A, 14B, 14C, 14D and a groove 36b in the

base

22, and 36a and 36b are continuous.
The physical quantity to be measured in the present invention is not particularly limited. When drive vibration is excited in the vibrator and the vibration state of the vibrator changes due to the effect of the physical quantity on the vibrator during the drive vibration, the physical quantity that can be detected through the detection circuit from the change in the vibration state is targeted. . As such physical quantities, acceleration, angular velocity, and angular acceleration applied to the vibrator are particularly preferable. Further, an inertial sensor is preferable as the measuring device.
In a preferred embodiment, the vibrator is made of a piezoelectric material, and is preferably made of a piezoelectric single crystal. Examples of the piezoelectric single crystal include quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, lithium borate, and langasite. Particularly preferred is a 130 ° Y plate of lithium niobate, lithium tantalate, or a solid solution of lithium niobate-lithium tantalate.
[0047]
EXAMPLES The respective oscillators shown in FIGS. 1 to 17 were manufactured, and the sensitivity and the applied voltage at the time of destruction were measured. Specifically, a chromium film having a thickness of 200 angstroms and a gold film having a thickness of 5000 angstroms were formed by a sputtering method on a wafer of a quartz Z plate having a thickness of 0.3 mm. The resist was coated on both sides of the wafer.
The wafer is immersed in an aqueous solution of iodine and potassium iodide, and an excess gold film is removed by etching. Was removed by etching. The wafer was immersed in ammonium bifluoride at a temperature of 80 ° C. for 20 hours, and the wafer was etched to form the outer shape of each oscillator. Using a metal mask, an aluminum film having a thickness of 2000 angstroms was formed as an electrode film.
A groove or through-hole pattern was formed on each of the

main surfaces

33 and 34 of each transducer by wet etching. Next, a support hole was formed in the center of the base 1 of each vibrator, a metal pin was passed through the support hole, and each vibrator was bonded to the metal pin with a silicone resin adhesive.
The sensitivity and the applied voltage at the time of destruction were measured for each vibrator as follows. Tables 1 and 2 show the measurement results.
(sensitivity)
Attach the vibratory gyroscope to the rotary table, and measure the intensity of only the component synchronized with the drive signal among the signals extracted from the detection electrodes using a lock-in amplifier during rotation. The sensitivity was calculated from the signal per angular velocity.
(Applied voltage at breakdown)
A drive signal is applied to the vibratory gyroscope to drive it, and at the same time, the drive current is monitored by an oscilloscope. The applied voltage starts from 1 V and gradually increases. As the applied voltage is increased, the arm eventually breaks and no signal appears on the oscilloscope. The voltage at that time was taken as the applied voltage at the time of destruction.
[0051]
[Table 1]

[0052]
[Table 2]

In the vibrators shown in FIGS. 1 and 2, the sensitivity is low. In the transducers shown in FIGS. 3 to 17, the sensitivity was improved. In particular, by providing a planar tapered portion in the groove, the applied voltage at the time of destruction was significantly improved (FIGS. 6 and 7).
[0054]
As described above, according to the present invention, the sensitivity of the vibrator can be reduced in at least one bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane and the vibrator having the base provided at one end thereof. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a vibrator 11 of a comparative example, in which

grooves

5 and 6 are provided in bending

vibration arms

14 and 15, respectively.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a vibrator 11A of a comparative example, in which a weight portion is provided on each of the bending

vibration arms

14 and 15;
FIG. 3 is a perspective view showing a vibrator 20A according to the embodiment of the first invention.

Grooves

5 and 6 and

weight parts

9 and 12 are provided on each of the bending

vibration arms

14 and 15.
FIG. 4A shows a cross-sectional shape of a driving vibration arm, and FIG. 4B shows a cross-sectional shape of a detection vibration arm.
FIG. 5 is a perspective view showing a vibrator 20B according to the embodiment of the first invention.

Grooves

5 and 6 and

weight parts

9 and 12 are provided on each of the bending

vibration arms

14 and 15.
FIG. 6 is a perspective view showing a vibrator 20C according to the embodiment of the first invention.

Grooves

25, 6 and

weight portions

9, 12 are provided in each of the bending

vibration arms

14, 15, and a taper portion 25a is formed in the groove 25 of the bending vibration arm 14.
FIG. 7 is a perspective view showing a vibrator 20D according to the embodiment of the first invention.

Grooves

5 and 6 and

weight portions

9 and 12 are provided in each of the bending

vibration arms

14 and 15, and a taper portion 25a is formed in a groove 25 of the bending vibration arm 14.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a vibrator 20E according to the embodiment of the first invention.

Grooves

5 and 6 and

weight parts

9 and 12 are provided on each of the bending

vibration arms

14 and 15.
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a vibrator 20F according to the first embodiment of the present invention. The supporting portion 2 is also provided with a groove 18.
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a vibrator 20G according to the first invention and the second invention. A through hole 19 communicating with the groove 5 is provided.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a vibrator 20H according to the first invention and the second invention. A through hole 19 communicating with the groove 5 is provided.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a vibrator 20J according to the first invention and the second invention. Through

holes

19 and 19A communicating with the groove 5 are provided, and through

holes

21 and 21A communicating with the groove 6 are provided.
FIG. 13 is a perspective view schematically showing a vibrator 20K according to the first and third embodiments of the present invention. A groove 23 is continuously provided in the plurality of bending

vibration arms

14A, 14C, 14B, 14D, and the base 22.
FIG. 14 is a perspective view schematically showing a vibrator 20L according to an embodiment of the third invention. A groove 23 is continuously provided in the plurality of bending

vibration arms

14A, 14C, 14B, 14D, and the base 22.
FIG. 15 is a perspective view schematically showing a vibrator 20M according to the first and third embodiments of the present invention. A plurality of bending

vibration arms

14A and 14C, 14B and 14D, and a groove 23 are continuously provided on the base 22, and the bending vibration arm 15 is provided with a weight portion 12.
FIG. 16 is a perspective view schematically showing a vibrator 20N according to the first, second, and third embodiments of the present invention. A plurality of bending

vibration arms

14A, 14C, 14B, 14D and a base 22 are provided with a groove 23A continuously, and a through-hole 23d is provided in the base 22.
FIG. 17 is a perspective view schematically showing a vibrator 20P according to the first, second, and third embodiments of the present invention. Further, a continuous groove 28 is formed in the plurality of bending vibration arms 15A and 15B and the base 1.
FIG. 18 shows an example of a cross-sectional shape of a bending vibration arm.
FIG. 19 shows an example of the cross-sectional shape of the bending vibration arm, and the

tapered portions

27 and 28 are reduced by forming a through hole or the like.
FIG. 20 is a perspective view schematically showing a vibrator 20Q according to the first and third embodiments of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view schematically showing a vibrator 20R according to an embodiment of the fourth invention.
[Description of Signs] 1

Base

3A, 3B, 3C 3D

drive vibration section

4A, 4B

Detection vibration arm

5, 25 Groove on drive vibration arm 6 Groove on

detection vibration arm

9, 12 Weight section 11A 11B vibrator 14 drive vibration arm 15

detection vibration arm

19, 19A through

hole

20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20J, 20K, 20L, 20M, 20N, 20P, 20Q at end of

groove

5 ,

20R vibrator

21, 21A through hole at the end of groove 6 22

base

23, 23A of drive vibration arm 14 groove extending over plural drive vibration arms 25a taper part of groove 28 groove extending over plural detection vibration arms 33 one main Surface 34 The other main surface W The width of the bending vibration arm t The distance between the end of the groove and the root of the bending vibration arm

Claims

At least one bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, a base portion provided at one end of the bending vibration arm, and a weight portion provided at the other end of the bending vibration arm is provided. A vibrator, wherein grooves are formed on one main surface and the other main surface which are substantially parallel to each other.

The vibrator according to claim 1, wherein a tapered portion is provided, the tapered portion decreasing as the width of the groove approaches the base.

The vibrator according to claim 1, wherein a distance t between an end of the groove and the one end of the bending vibration arm is 5% or more of a width W of the bending vibration arm. 4.

The bending vibration arm is provided with a through hole penetrating between the one main surface and the other main surface, and the through hole is continuous with the groove. The vibrator according to claim 1.

The vibrator according to claim 4, wherein the through hole is continuous with one end of the groove.

The vibrator according to claim 5, wherein a plurality of the through holes are provided, one of the through holes is continuous with one end of the groove, and the other through hole is continuous with the other end of the groove. .

At least one bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, and a base provided at one end of the bending vibration arm is provided. A groove is formed, and the bending vibration arm is provided with a through hole penetrating between the one main surface and the other main surface, and the through hole is continuous with the groove. A vibrator, characterized in that:

The vibrator according to claim 7, wherein a tapered portion is provided, the tapered portion decreasing as the width of the groove approaches the base.

The vibrator according to claim 7, wherein the through hole is continuous with one end of the groove.

The vibrator according to claim 9, wherein a plurality of the through holes are provided, one of the through holes is continuous with one end of the groove, and the other through hole is continuous with the other end of the groove. .

The vibrator according to claim 7, wherein a weight portion is provided at a tip of the bending vibration arm.

A first bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, a second bending vibration arm that bends and vibrates in the predetermined plane, and provided between the first bending vibration arm and the second bending vibration arm A vibrator, comprising: a base provided with a groove, and a groove formed continuously on one main surface of the first bending vibration arm, the second bending vibration arm, and the base.

The groove | channel is formed continuously in the said 1st bending vibration arm, the said 2nd bending vibration arm, and the other main surface substantially parallel to the said one main surface of the said base part, The Claims characterized by the above-mentioned. 12. The vibrator according to item 12.

The first bending vibration arm is provided with a through hole penetrating between the one main surface and the other main surface, and the through hole is continuous with the groove. The vibrator according to claim 13.

The second bending vibration arm is provided with a through hole penetrating between the one main surface and the other main surface, and the through hole is continuous with the groove. 15. The vibrator according to claim 14, wherein:

The vibrator according to any one of claims 12 to 15, wherein a weight portion is provided at the other end of the first bending vibration arm.

The vibrator according to claim 16, wherein a weight portion is provided at the other end of the second bending vibration arm.

A first bending vibration arm that bends and vibrates in a predetermined plane, a second bending vibration arm that bends and vibrates in the predetermined plane, and provided between the first bending vibration arm and the second bending vibration arm The first bending vibration arm and the second bending vibration arm extend substantially linearly, and a groove is formed in one main surface of the first bending vibration arm and the base. Are formed continuously.

19. The vibrator according to claim 18, wherein a groove is continuously formed in said one main surface of said second bending vibration arm and said base.

20. The device according to any one of claims 12 to 19, wherein a tapered portion whose width decreases as approaching the base portion is provided in at least the first bending vibration arm. Vibrator.

A physical quantity measurement signal generating element for detecting a physical quantity using a vibrator,
The vibrator according to any one of claims 1 to 20, a driving unit that excites a driving vibration to the vibrator, and an output signal based on a detected vibration excited by the vibrator according to the physical quantity. A signal generation element for measuring a physical quantity, characterized by comprising detection means for obtaining the same.