JP2005043306A - Oscillating gyro sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コリオリ力を利用した圧電振動子をパッケージングする場合に発生する種々の不具合を解決した振動ジャイロセンサに関するものである。 The present invention relates to a vibration gyro sensor that solves various problems that occur when packaging a piezoelectric vibrator using Coriolis force.
物体の回転を検出するセンサとして、コリオリ力を応用した音さ型振動ジャイロセンサが広く使われている。特に水平横置き型と呼ばれる音さ型振動ジャイロセンサは薄型化及び小型化しやすいため、カメラの手振防止用やカーナビゲーションシステム用等、その応用範囲は広い。
近年、車両の走行制御用途向けに水平横置きタイプの音さ型振動ジャイロセンサが研究されるようになってきた。車両の走行制御はまさに車両全体の安全性を左右する生命線であり、この用途向けの振動ジャイロセンサには、特に耐振動衝撃性能に優れ高精度のものが要求される。
As a sensor for detecting the rotation of an object, a sound type vibration gyro sensor using Coriolis force is widely used. In particular, a sound-type vibration gyro sensor called a horizontal horizontal type is easy to be thinned and miniaturized, and thus has a wide range of applications such as camera shake prevention and car navigation systems.
In recent years, horizontal and horizontal sound-type vibration gyro sensors have been researched for vehicle travel control applications. Vehicle travel control is a lifeline that determines the safety of the entire vehicle, and a vibration gyro sensor for this application is particularly required to have excellent vibration resistance and high accuracy.
従来の水平横置き型の音さ型振動ジャイロセンサには、例えば特開平11−281372号公報で開示されたようなものがあり、図3はその構成を示す分解斜視図であって、図4は従来の振動ジャイロセンサに係わる圧電振動子の平面図である。
図3に示すように従来の振動ジャイロセンサは、圧電振動子100と、該圧電振動子100を収容するための凹部111を上面に備えるセラミックパッケージ110と、前記凹部111の開口を閉止するための金属蓋120と、を備えている。圧電振動子100は、 図4に示すように、その重心G(本図中の一点鎖点の交点)を中心として4回対称の正方形をしている基部100Aと該基部100Aの対向する一方端辺のそれぞれに突設するT字状の駆動振動系101A、101Bと対向する他方端辺のそれぞれに突設する短冊状の検出振動系102A、102Bとから成り、駆動振動系101Aと101Bとは重心Gを中心として2回対称であり、検出振動系102Aと102Bとは重心Gを中心として2回対称である。
前記凹部111の内底面の略中央に突設する支持具112と前記重心Gに穿設する貫通孔113とを嵌合し接着剤(不図示)によって機械的に接続し(一点支持)、圧電振動子100とセラミックパッケージ110とをワイヤーボンディング(不図示)で電気的に接続した上で凹部111の開口を前記金属蓋120によって気密封止する構造となっている。
As shown in FIG. 3, the conventional vibration gyro sensor includes a
A support tool 112 projecting substantially at the center of the inner bottom surface of the recess 111 and a through-hole 113 drilled in the center of gravity G are fitted and mechanically connected by an adhesive (not shown) (supported at one point), and piezoelectric. The
しかしながら、従来の水平横置き型の音さ型振動ジャイロセンサは一点支持構造であり取付部分の面積も狭い。このため、外部から振動や衝撃が加わるとセンサ(前記圧電振動子100)の支持部分に振動や衝撃が集中しやすいため、車両走行時のように長時間に渡り多大な振動と衝撃が加わる厳しい環境条件下においては、破損する虞も高い。また、センサ全体を小型化するとさらに支持部分に衝撃が集中しやすくなるという問題点を抱えている。さらに、前記支持部分に熱膨張率差による応力歪みが加わり、これが圧電振動子100にも影響し、圧電振動子100の安定性(エージング特性等)を損ねる虞がある。
However, a conventional horizontal horizontal sound type vibration gyro sensor has a one-point support structure and a small mounting area. For this reason, when vibration or impact is applied from the outside, the vibration or impact tends to concentrate on the support portion of the sensor (piezoelectric vibrator 100). There is a high risk of breakage under environmental conditions. Further, when the entire sensor is downsized, there is a problem that the impact is more easily concentrated on the support portion. Furthermore, stress strain due to a difference in thermal expansion coefficient is applied to the support portion, which also affects the
即ち解決しようとする問題点は、耐振動衝撃性に優れ、かつ高精度で小型化にも対応可能な水平横置き型の音さ型振動ジャイロセンサを提供することができない点である。 That is, the problem to be solved is that it is not possible to provide a horizontal horizontal sound type vibration gyro sensor that is excellent in vibration shock resistance, is highly accurate, and can cope with downsizing.
上記課題を解決するために本発明に係わる請求項1記載の発明は、双音さ形状の圧電振動子を用いる振動ジャイロセンサにおいて、水平横置きに配置した前記圧電振動子と該圧電振動子と同一材料からなる支持体とを備えていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a vibration gyro sensor using a piezoelectric vibrator having a twin tone shape, wherein the piezoelectric vibrator disposed horizontally and horizontally, the piezoelectric vibrator, And a support made of the same material.
本発明に係わる請求項2記載の発明は、請求項1において、前記支持体が前記圧電振動子の両端に備えていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention related to the present invention, in the first aspect, the support is provided at both ends of the piezoelectric vibrator.
本発明に係わる請求項3記載の発明は、請求項2において、前記圧電振動子と前記支持体とは個別の部材であってこれらを接合していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention related to the present invention, in the second aspect, the piezoelectric vibrator and the support are separate members and are joined to each other.
本発明に係わる請求項4記載の発明は、請求項2又は3において、前記圧電振動子及び前記支持体の素材として水晶を用いたことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention according to the present invention is characterized in that in the second or third aspect, quartz is used as a material for the piezoelectric vibrator and the support.
本発明に係わる請求項5記載の発明は、請求項4において、前記水晶がその主面の法線方向が結晶軸のZ軸となるようにカットしたものであることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention according to the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, the crystal is cut so that the normal direction of the principal surface thereof is the Z axis of the crystal axis.
本発明の振動ジャイロセンサは、耐振動衝撃性に優れ、かつ高精度で小型化にも対応可能な振動ジャイロセンサ、特に水平横置き型の双音さ型振動ジャイロセンサを提供することができるという利点がある。 The vibration gyro sensor of the present invention is capable of providing a vibration gyro sensor that is excellent in vibration shock resistance, highly accurate, and can be miniaturized, in particular, a horizontal horizontal type double-tone vibration gyro sensor. There are advantages.
以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments of the present invention.
図1(a)は本発明の第1の実施形態としての水平横置き型の双音さ型振動ジャイロセンサ(以下「振動ジャイロセンサ」と示す。)の金属蓋を省略した状態の上面図、図1(b)はそのA−A縦断面図であって、図2は第1の実施形態に係わる水晶振動子の平面図である。
第1の実施形態としての振動ジャイロセンサは、双音さ形状の水晶振動子1と、水晶からなる支持体2と、複数のリード端子4を備えるベース3と、下方に開口する凹部を備える金属蓋5と、を備えている。図2に示すように前記水晶振動子1は、基板主面の法線方向が結晶Z軸方向となるようにカットしたZ板水晶薄片をウェットエッチング加工によって双音さ形状に形成し、その表面に蒸着やスパッタリングにより所定の電極を形成したものであって、一対の短冊状のアーム部11a及び11bと該アーム部11a及び11bの表面に形成した駆動電極12a及び12bとを有する駆動部13と、前記駆動部13の両端を支持すると共に前記駆動電極12a及び12bに接続するリード電極13aを備える第1及び第2の双音さ支持部14及び15と、第1の検出電極16a及び16bを有し前記第1の双音さ支持部14を介して前記アーム部11a及び11bの振動を検出する第1の検出部17と、第2の検出電極18a及び18bを有し前記第2の双音さ支持部15を介して前記アーム部11a及び11bの振動を検出する第2の検出部19と、前記第1の検出部17の一端を支持すると共に前記第1の検出電極16a及び16bに接続する一対の引き出し電極20a及び20bを有する第1の支持固定部21と、前記第2の検出部19の一端を支持すると共に前記第2の検出電極18a及び18bに接続する一対の引き出し電極22a及び22bとを有する第2の支持固定部23と、を備えている。なお、図2において図示した駆動電極と第1及び第2の検出電極と引き出し電極の電極パターンとリード電極の電極パターンとは裏面にも同様な電極パターンが形成され、側面のパターンを介して接続されている。
前記支持体2は、基板主面の法線方向が結晶Z軸方向となるようにカットしたZ板水晶片をウェットエッチング加工によって各支持固定部が備える前記支持スペースに略一致するように形成したものである。
FIG. 1A is a top view of a horizontal transverse type dual sound type vibration gyro sensor (hereinafter referred to as a “vibration gyro sensor”) as a first embodiment of the present invention in a state where a metal lid is omitted. FIG. 1B is a longitudinal sectional view taken along the line AA, and FIG. 2 is a plan view of the crystal resonator according to the first embodiment.
The vibration gyro sensor as the first embodiment is a metal having a twin-
The
前記ベース3の取り付け面(上面)の略中央に前記水晶振動子1を載置すると共に、前記第1及び第2の支持固定部21及び23に対応する位置に接着材(不図示)を介して固定された前記支持体2の上面と第1及び第2の支持固定部21及び23の下面とを接着材(不図示)を用いて接合している(二点支持)。このような接合方法を採用することで、振動ジャイロセンサの小型化、即ち水晶振動子1(支持固定部)及び支持体2の小型化に伴って接合部分が小面積化しても十分な耐衝撃性を有すると共に、支持体2を水晶で作製することで前記接合部分に熱膨張率差による応力歪みが加わることが無く、水晶振動子1の安定性(エージング特性等)を損ねることが無い。ただし、前記接着材が軟質であって前記応力歪みを緩和することが可能であれば、水晶振動子1と支持体2との結晶軸方向が互いに異なるものであっても構わない。
The
前記ベース3の取り付け面に突出した前記リード端子4と該リード端子4に対応する前記引き出し電極及び前記リード電極をワイヤボンディング(不図示)により接続する。
The lead terminal 4 protruding from the mounting surface of the
前記駆動部13と前記第1及び第2の検出部17、19との共振周波数との差、即ち離調周波数を所望値まで周波数離調した後、前記水晶振動子1を前記金属蓋5により気密封止する。なお、前記水晶振動子1と共にオフセット調整回路やゲイン調整回路等を構成するワンチップICを、例えば前記ベース3の取り付け面に配設することも可能である。
The difference between the resonance frequency of the
本発明の第2の実施形態としての振動ジャイロセンサが第1の実施形態と異なる点は、前記第1及び第2の支持固定部の下面(前記ベースの取り付け面に対向する面。)に前記支持体を一体形成した点にある。
第2の実施形態に係わる水晶振動子は、その素材になるZ板水晶片の一方主面の支持体となる部位を除きウェットエッチング加工によって所望の厚みに形成すると共に双音さ形状に形成し、その表面に蒸着やスパッタリングにより所定の電極を形成したものである。このような構造にすることで、(第2の実施形態に係わる)水晶振動子の実装作業が簡素化されるという効果を有する。
The vibration gyro sensor according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the lower surface of the first and second support fixing portions (the surface facing the mounting surface of the base). The support body is integrally formed.
The quartz crystal resonator according to the second embodiment is formed to have a desired thickness and a double-tone shape by wet etching except for a portion to be a support on one main surface of a Z-plate crystal piece as a material. A predetermined electrode is formed on the surface by vapor deposition or sputtering. With such a structure, there is an effect that the mounting operation of the crystal resonator (according to the second embodiment) is simplified.
また本発明は、水晶振動素子のみに限定するものではなくランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等のその他の圧電材料からなる振動子に適用できることは云うまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the crystal resonator element, and can be applied to a vibrator made of other piezoelectric materials such as langasite, lithium tetragonal acid, lithium tantalate, and lithium niobate.
1・・水晶振動子
2・・支持体
3・・ベース
4・・リード端子
5・・金属蓋
11a、11b・・アーム部
12a、12b・・駆動電極
13・・駆動部
13a・・リード電極
14・・第1の双音さ支持部
15・・第2の双音さ支持部
16a、16b・・第1の検出電極
17・・第1の検出部
18a、18b・・第2の検出電極
19・・第2の検出部
20a、20b・・引き出し電極
21・・第1の支持固定部21
22a、22b・・引き出し電極
23・・第2の支持固定部
100・・圧電振動子
100A・・基部
101A、101B・・駆動振動系
102A、102B・・検出振動系
110・・セラミックパッケージ
111・・凹部
112・・支持具
113・・貫通孔
120・・金属蓋
G・・重心
DESCRIPTION OF
22a, 22b...
Claims (5)
水平横置きに配置した前記圧電振動子と該圧電振動子と同一材料からなる支持体とを備えていることを特徴とする振動ジャイロセンサ。 In a vibration gyro sensor using a twin-tone shape piezoelectric vibrator,
A vibration gyro sensor comprising the piezoelectric vibrator arranged horizontally and a support made of the same material as the piezoelectric vibrator.
5. The vibration gyro sensor according to claim 4, wherein the crystal is cut so that a normal direction of a main surface thereof is a Z axis of a crystal axis.
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