JP2008096138A - Angular velocity sensor and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tuning-fork-type angular velocity sensor capable of individually adjusting vibration characteristics of a plurality of vibrating arms and provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: With vibrations of other arm parts 12B except an arm part 12A to be adjusted mechanically restrained, vibration characteristics of the arm parts 12A and 12B are adjusted. In this state, coupled vibrations are not generated between the arm parts 12A and 12B, and the arm part 12A to be adjusted vibrates in a form of natural vibrations according to its external shape, piezoelectric characteristics, etc. It is thereby possible to individually adjust vibration characteristics such as a vibrating direction, a resonance frequency, etc. of the arm part 12A. Since it is possible to highly accurately adjust vibration characteristics of each of the arm parts 12A and 12B, it is possible to manufacture angular velocity sensors provided with a vibrator having expected vibration characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知、バーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサの製造方法および角速度センサに関し、更に詳しくは、音叉型の振動子を有する角速度センサの製造方法および角速度センサに関する。   The present invention relates to an angular velocity sensor manufacturing method and an angular velocity sensor used for, for example, camera shake detection of a video camera, motion detection in a virtual reality device, direction detection in a car navigation system, and more specifically, a tuning fork type vibrator. The present invention relates to an angular velocity sensor manufacturing method and an angular velocity sensor.

従来より、民生用の角速度センサとして、片持ち梁や両持ち梁の振動音片型振動子あるいは音叉型振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサが広く使用されている。この種の振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価で製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。   Conventionally, as a commercial angular velocity sensor, a cantilever beam or a vibrating cantilever type vibrator or tuning fork type vibrator of a cantilever beam is vibrated at a predetermined resonance frequency, and the Coriolis force generated by the influence of the angular velocity is applied to the piezoelectric element. A so-called vibration-type gyro sensor that detects an angular velocity by detecting the angle is widely used. This type of vibration type gyro sensor has advantages such as simple mechanism, short start-up time, and low cost, and can be installed in electronic devices such as video cameras, virtual reality devices, car navigation systems, etc. It is used as a sensor for camera shake detection, motion detection, and direction detection.

振動型ジャイロセンサは、搭載される電子機器の小型化、高性能化に伴い、小型化、高性能化が要求されている。例えば、電子機器の多機能化のため、他の用途に用いられる各種センサと組み合わせて同一集合基板上に搭載し、小型化を図るといった要請がある。この小型化を行ううえで、シリコン(Si)などの単結晶基板と、半導体製造分野で用いられる薄膜形成プロセスとフォトリソグラフィ技術を用いて構造体を形成する、MEMSと呼ばれる加工技術を用いることが一般的となってきている(例えば特許文献1,2参照)。   The vibration type gyro sensor is required to be downsized and improved in accordance with downsizing and high performance of electronic devices to be mounted. For example, in order to increase the functionality of electronic devices, there is a demand for downsizing by mounting on the same collective substrate in combination with various sensors used for other applications. In order to reduce the size, it is necessary to use a processing technique called MEMS that forms a structure using a single crystal substrate such as silicon (Si) and a thin film formation process and a photolithography technique used in the semiconductor manufacturing field. It has become common (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、電気信号から歪を発生させる逆圧電効果、歪から電気信号を発生する圧電効果の機能を有する圧電材料がジャイロセンサに用いられ、振動子を共振駆動させ、その共振状態で被ジャイロ搭載物が回転した際に、ジャイロセンサにコリオリ力が作用し、振動子の振動方向に垂直な力が発生して、その力による歪を角速度として電気信号に変換する機能を実現している。   In addition, a piezoelectric material having a function of an inverse piezoelectric effect that generates a strain from an electrical signal and a piezoelectric effect that generates an electrical signal from a strain is used in a gyro sensor, and the vibrator is driven to resonate. When the sensor rotates, a Coriolis force acts on the gyro sensor, a force perpendicular to the vibration direction of the vibrator is generated, and a function of converting a distortion caused by the force into an electrical signal as an angular velocity is realized.

ところで、MEMS加工により形成される振動子の断面形状が、振動子として理想的な形状からずれる場合があるため、センサ素子の形成後、振動子の機械的振動における振動面の縦方向と横方向の共振周波数の差を調整する必要がある。例えば、特許文献1には、振動子の振動状態の各種調整方法について記載がされている。   By the way, since the cross-sectional shape of the vibrator formed by MEMS processing may deviate from the ideal shape as the vibrator, the vertical and horizontal directions of the vibration surface in the mechanical vibration of the vibrator after the sensor element is formed. It is necessary to adjust the difference in resonance frequency. For example, Patent Document 1 describes various adjustment methods for the vibration state of a vibrator.

一方、特許文献2などに記載されている音叉型振動子を有するジャイロセンサにおいては、2本もしくはそれ以上の本数の振動アーム間で連成振動モードが形成される。このため、振動アーム単独ではアーム断面から理想的な形状からずれ、片持ち音片型ジャイロのように振動面がずれたような状態であっても、一連の振動アーム間で形成される重心が移動する振動モードは縮退し、重心が移動しないモード、つまり一連の振動子が形成された平面に対する水平面以外の振動は発生しにくく、振動面の調整を行わなくても通常の使用において大きな問題はなかった。   On the other hand, in a gyro sensor having a tuning fork type vibrator described in Patent Document 2 or the like, a coupled vibration mode is formed between two or more vibration arms. For this reason, the center of gravity formed between a series of vibrating arms is different even if the vibrating arm alone is out of the ideal shape from the cross section of the arm and the vibrating surface is shifted like a cantilevered gyroscope. The moving vibration mode is degenerate and the center of gravity does not move.In other words, vibrations other than the horizontal plane with respect to the plane on which a series of vibrators are formed are unlikely to occur. There wasn't.

特開2005−241382号公報JP-A-2005-241382 特開2006−17569号公報JP 2006-17569 A

小型ジャイロセンサを用いるような自動車や携帯型電子機器装置などにおいては、ジャイロセンサに供される電源品質は必ずしも理想的な電源波形ではなく、用いる直流成分に対して、直流信号発生装置や他の電気部品から発生する交流信号が混入することが多い。このような電源が機械的に調整されていない音叉型ジャイロセンサに供された場合、混入する交流信号が、ジャイロセンサ内部で振動子を共振駆動させる交流信号と重畳して側帯波となる周波数を形成することで、振動子の駆動周波数にずれを生じさせる。   In automobiles and portable electronic devices that use a small gyro sensor, the power quality provided to the gyro sensor is not necessarily an ideal power waveform. In many cases, AC signals generated from electrical components are mixed. When such a power supply is provided to a tuning-fork type gyro sensor that is not mechanically adjusted, the mixed AC signal has a frequency that becomes a sideband by superimposing an AC signal that resonates and drives the vibrator inside the gyro sensor. The formation causes a deviation in the driving frequency of the vibrator.

また、振動子が、Si基板の表面に圧電膜を形成しそのSi基板にMEMS技術により形状加工を行うことで形成された音叉型振動子であって、基本モードとなる振動状態が圧電膜の形成面に沿った方向で振動励起される場合、圧電膜による振動励起の剛心が振動子の重心からずれた位置となる。   The vibrator is a tuning fork vibrator formed by forming a piezoelectric film on the surface of the Si substrate and performing shape processing on the Si substrate by MEMS technology, and a vibration state serving as a fundamental mode is the piezoelectric film. When vibration excitation is performed in the direction along the formation surface, the rigid center of vibration excitation by the piezoelectric film is shifted from the center of gravity of the vibrator.

このように、駆動周波数にずれが生じた状態で、圧電膜に沿った振動励起で振動子を駆動させた場合、共振状態の振動子の振動面がずれ易くなり、その結果、角速度が生じていない状態でも検出出力が変動することになり、ノイズが著しく増加するおそれがあった。このため、音叉型ジャイロセンサにおいては、片持ち音片型ジャイロと同様に、振動子の機械的な調整を行うことが望ましいが、複数本の振動アーム間で連成振動が発生するため、振動アームを個別に調整することが難しいという問題がある。   As described above, when the vibrator is driven by vibration excitation along the piezoelectric film in a state where the drive frequency is shifted, the vibration surface of the resonator in the resonance state is easily shifted, and as a result, an angular velocity is generated. The detection output fluctuates even in the absence of noise, and there is a risk that noise will increase significantly. For this reason, in a tuning fork type gyro sensor, it is desirable to perform mechanical adjustment of the vibrator as in the case of a cantilevered sound piece type gyro. However, since a coupled vibration is generated between a plurality of vibrating arms, There is a problem that it is difficult to individually adjust the arms.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、複数本の振動アームの振動特性を個別に調整することができる音叉型の角速度センサの製造方法および角速度センサを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a tuning fork type angular velocity sensor and an angular velocity sensor capable of individually adjusting the vibration characteristics of a plurality of vibrating arms.

以上の課題を解決するに当たり、本発明の角速度センサの製造方法は、基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部の一表面に、圧電膜を介して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された角速度センサの製造方法であって、上記アーム部の振動特性の調整を各々独立して行うとともに、調整対象である一つのアーム部以外の他のアーム部の振動を機械的に拘束した状態で、当該一つのアーム部の振動特性の調整を行うことを特徴とする。   In solving the above problems, the manufacturing method of the angular velocity sensor according to the present invention provides a drive for excitation via a piezoelectric film on one surface of a plurality of arm portions integrally extending from the base portion in substantially the same direction. A method of manufacturing an angular velocity sensor in which an electrode and a detection electrode for detecting an angular velocity are formed, each of which independently adjusts the vibration characteristics of the arm portion, and other than one arm portion to be adjusted The vibration characteristic of the one arm portion is adjusted in a state where the vibration of the arm portion is mechanically restrained.

上記複数本のアーム部は、音叉型の振動子を構成する。これら複数本のアーム部は、駆動電極に駆動周波数の交流信号が印加されときに発生する圧電膜の逆圧電効果により振動が励起される。検出電極は、角速度が生じたときに発生する振動面に垂直な方向の振動成分を圧電膜の圧電効果により検出し、これを角速度信号として出力する。   The plurality of arms constitute a tuning fork type vibrator. In the plurality of arm portions, vibration is excited by the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric film generated when an AC signal having a driving frequency is applied to the driving electrode. The detection electrode detects a vibration component in a direction perpendicular to the vibration surface generated when an angular velocity is generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric film, and outputs this as an angular velocity signal.

本発明において、各アーム部の振動特性の調整を、調整対象である一つのアーム部以外の他のアーム部の振動を機械的に拘束した状態で行うようにしている。この状態では、アーム部間の連成振動は発生しておらず、調整対象であるアーム部がその外形形状、圧電特性等に応じた固有の振動形態で振動する。これにより、アーム部の振動方向、共振周波数などの振動特性の調整を個別に行うことが可能となる。また、各アーム部の振動特性の調整を高精度に行うことが可能となり、所期の振動特性を有する振動子を備えた角速度センサを製造することができる。   In the present invention, adjustment of the vibration characteristics of each arm portion is performed in a state where vibrations of other arm portions other than one arm portion to be adjusted are mechanically constrained. In this state, there is no coupled vibration between the arm portions, and the arm portion to be adjusted vibrates in a specific vibration form corresponding to its outer shape, piezoelectric characteristics, and the like. This makes it possible to individually adjust the vibration characteristics such as the vibration direction of the arm portion and the resonance frequency. In addition, the vibration characteristics of each arm can be adjusted with high accuracy, and an angular velocity sensor including a vibrator having the desired vibration characteristics can be manufactured.

アーム部の機械的な拘束には、弾性を有する固定具をアーム部に取り付ける方法が採用できる。拘束に大きな力は必要とされない。アーム部に軽く付加を与えることで、アーム部の共振振動を阻止できる。これにより、アーム部間における機械的連成動作を防ぎ、各アーム部の振動特性の調整を個別に行えるようになる。   For mechanical restraint of the arm part, a method of attaching an elastic fixing tool to the arm part can be employed. A big force is not required for restraint. By adding lightly to the arm part, the resonance vibration of the arm part can be prevented. As a result, mechanical coupling between the arm portions can be prevented, and the vibration characteristics of each arm portion can be adjusted individually.

アーム部の振動特性には、当該アーム部の振動方向、振動周波数、離調度などが含まれる。アーム部の振動方向は、圧電膜の形成面と平行な方向とされるが、これに限らず、圧電膜の形成面と垂直な方向でもよい。アーム部の振動状態、例えば振動方向は、検出電極からの検出信号やアーム部振動面の変位測定などによってモニタすることができる。アーム部の振動特性の調整は、例えばレーザー加工装置を用いたアーム部に対する外形加工によって行うことができる。   The vibration characteristics of the arm part include the vibration direction, vibration frequency, detuning degree, and the like of the arm part. The vibration direction of the arm portion is a direction parallel to the surface on which the piezoelectric film is formed, but is not limited thereto, and may be a direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed. The vibration state of the arm part, for example, the vibration direction can be monitored by a detection signal from the detection electrode, a displacement measurement of the vibration part of the arm part, or the like. The adjustment of the vibration characteristics of the arm portion can be performed, for example, by external processing for the arm portion using a laser processing apparatus.

本発明によれば、複数本の振動アームの振動特性を個別に調整することが可能となる。これにより、各アーム部の振動特性の調整を高精度に行うことが可能となり、所期の振動特性を有する振動子を備えた角速度センサを製造することができる。   According to the present invention, it is possible to individually adjust the vibration characteristics of a plurality of vibration arms. As a result, it is possible to adjust the vibration characteristics of each arm portion with high accuracy, and an angular velocity sensor including a vibrator having desired vibration characteristics can be manufactured.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態による音叉型の角速度センサ(振動型ジャイロセンサ)10の概略構成を示す平面図である。本実施形態の角速度センサ10は、基部11と、この基部11から一体的にほぼ同一方向(y軸方向)へ延出された2本のアーム部12A,12Bとを備えている。これら基部11及びアーム部12A,12Bは、MEMS加工技術を用いて作製され、Si(シリコン)ウエハなどの圧電特性を有さない単結晶基板上に、後述する圧電機能層や各種リード配線部が形成された後、ドライエッチング加工およびダイシング加工を用いて所定形状に切り出されることによって、角速度センサ10を構成している。   FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a tuning-fork type angular velocity sensor (vibration gyro sensor) 10 according to an embodiment of the present invention. The angular velocity sensor 10 of the present embodiment includes a base portion 11 and two arm portions 12A and 12B integrally extending from the base portion 11 in substantially the same direction (y-axis direction). These base portion 11 and arm portions 12A and 12B are manufactured using a MEMS processing technique, and a piezoelectric functional layer and various lead wiring portions, which will be described later, are formed on a single crystal substrate having no piezoelectric characteristics such as a Si (silicon) wafer. After being formed, the angular velocity sensor 10 is configured by cutting into a predetermined shape using dry etching and dicing.

アーム部12A,12Bは、角速度センサ10の振動子を構成し、図示の例では2本形成されているが、3本以上でも構わない。一方のアーム部12Aの一表面には、励振用の駆動電極13a1,13a2と角速度検出用の検出電極14a1,14a2がそれぞれ形成されている。他方のアーム部12Bの一表面には、励振用の駆動電極13b1,13b2と角速度検出用の検出電極14b1,14b2がそれぞれ形成されている。   The arm portions 12A and 12B constitute a vibrator of the angular velocity sensor 10, and two are formed in the illustrated example, but may be three or more. Drive electrodes 13a1 and 13a2 for excitation and detection electrodes 14a1 and 14a2 for angular velocity detection are formed on one surface of one arm portion 12A, respectively. Drive electrodes 13b1 and 13b2 for excitation and detection electrodes 14b1 and 14b2 for angular velocity detection are formed on one surface of the other arm portion 12B, respectively.

駆動電極13a1と13a2及び駆動電極13b1と13b2は、各アーム部12A,12B上において検出電極14a1,14a2及び検出電極14b1,14b2を挟むようにしてそれぞれ配置されている。検出電極14a1,14a2及び検出電極14b1,14b2は、断面四角形状のアーム部12A,12Bの軸心に関して対称な位置にそれぞれ形成されている。駆動電極13a1と駆動電極13a2は検出電極14a1,14a2の外側及び内側に、アーム部12Aの軸心に関して対称な位置にそれぞれ配置され、駆動電極13b1と駆動電極13b2は検出電極14b1,14b2の外側及び内側に、アーム部12Bの軸心に関して対称な位置にそれぞれ配置されている。   The drive electrodes 13a1 and 13a2 and the drive electrodes 13b1 and 13b2 are arranged on the arm portions 12A and 12B so as to sandwich the detection electrodes 14a1 and 14a2 and the detection electrodes 14b1 and 14b2, respectively. The detection electrodes 14a1 and 14a2 and the detection electrodes 14b1 and 14b2 are respectively formed at symmetrical positions with respect to the axial centers of the arm portions 12A and 12B having a square cross section. The drive electrode 13a1 and the drive electrode 13a2 are disposed outside and inside the detection electrodes 14a1 and 14a2, respectively, at symmetrical positions with respect to the axis of the arm portion 12A. The drive electrode 13b1 and the drive electrode 13b2 are arranged outside the detection electrodes 14b1 and 14b2. On the inner side, they are arranged at symmetrical positions with respect to the axis of the arm portion 12B.

図2Aは、図1における[2]−[2]線方向断面図である。図2Bは圧電機能層15A,15Bの概略断面図である。駆動電極13a1,13a2,13b1,13b2及び検出電極14a1,14a2,14b1,14b2は、アーム部12A,12B上に下地電極膜17を介して設けられた圧電膜16A,16Bの上に形成されている。以下、これら下地電極膜17、圧電膜16A,16B、駆動電極13a1,13a2,13b1,13b2、検出電極14a1,14a2,14b1,14b2を総称して、圧電機能層15A,15Bともいう。   2A is a cross-sectional view in the direction [2]-[2] in FIG. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric functional layers 15A and 15B. The drive electrodes 13a1, 13a2, 13b1, 13b2 and the detection electrodes 14a1, 14a2, 14b1, 14b2 are formed on the piezoelectric films 16A, 16B provided on the arm portions 12A, 12B via the base electrode film 17. . Hereinafter, the base electrode film 17, the piezoelectric films 16A and 16B, the drive electrodes 13a1, 13a2, 13b1, and 13b2, and the detection electrodes 14a1, 14a2, 14b1, and 14b2 are collectively referred to as piezoelectric functional layers 15A and 15B.

本実施形態において、圧電機能層15A,15Bの形成領域は、アーム部12A,12Bの延在方向(y軸方向)とその配列方向(x軸方向)に対してそれぞれ直交する方向(z軸方向)に法線をもつ当該アーム部12A,12Bのそれぞれの一表面上とされている。なお、これ以外にも、これら圧電機能層15A,15Bを、x軸方向に法線をもつ各アーム部12A,12Bの外面側に形成してもよい。   In this embodiment, the formation regions of the piezoelectric functional layers 15A and 15B are directions (z-axis direction) orthogonal to the extending direction (y-axis direction) of the arm portions 12A and 12B and the arrangement direction (x-axis direction), respectively. ) On the surface of each of the arm portions 12A and 12B having a normal line. In addition, the piezoelectric functional layers 15A and 15B may be formed on the outer surface side of the arm portions 12A and 12B having a normal line in the x-axis direction.

ここで、下地電極膜17は、Si基板にスパッタ法で形成したTi(チタン)とPt(白金)の積層膜からなり、圧電機能層15A,15Bにおいて共通の電極膜としてアーム部12A,12B間に形成されている。圧電膜16A,16Bは、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)のターゲットを酸素雰囲気中でRFスパッタすることで形成される。駆動電極13a1,13a2,13b1,13b2、検出電極14a1,14a2,14b1,14b2は、圧電膜16A,16Bの上に形成したPt膜を、フォトリソグラフィ技術を用いて各電極形状にパターニングすることによって形成される。電極パターンの形成後、圧電膜16A,16Bについても上層の電極形状に合わせてパターニングされるが、これに限られない。そして、駆動電極13a1,13a2,13b1,13b2、検出電極14a1,14a2,14b1,14b2、更に、アーム部12B上の配線取出部26から露出させた下地電極膜17の一部にそれぞれ接続される配線群25と、電極取り出し用のランド23a1,23a2,23b1,23b2,24a1,24a2,24b1,24b2,27が、基部11の上にそれぞれ形成される。角速度センサ10は、上記ランドを介して、フリップチップ接合法やワイヤボンディング接合法などによって、図示しない配線基板に電気的に接続される。   Here, the base electrode film 17 is composed of a laminated film of Ti (titanium) and Pt (platinum) formed on the Si substrate by a sputtering method, and between the arm portions 12A and 12B as a common electrode film in the piezoelectric functional layers 15A and 15B. Is formed. The piezoelectric films 16A and 16B are formed, for example, by RF sputtering a PZT (lead zirconate titanate) target in an oxygen atmosphere. The drive electrodes 13a1, 13a2, 13b1, 13b2, and the detection electrodes 14a1, 14a2, 14b1, 14b2 are formed by patterning a Pt film formed on the piezoelectric films 16A, 16B into each electrode shape using a photolithography technique. Is done. After the electrode pattern is formed, the piezoelectric films 16A and 16B are also patterned in accordance with the shape of the upper electrode, but the present invention is not limited to this. Then, the wiring connected to the drive electrodes 13a1, 13a2, 13b1, 13b2, the detection electrodes 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, and a part of the base electrode film 17 exposed from the wiring extraction part 26 on the arm part 12B. A group 25 and lands 23a1, 23a2, 23b1, 23b2, 24a1, 24a2, 24b1, 24b2, and 27 for electrode extraction are formed on the base 11, respectively. The angular velocity sensor 10 is electrically connected to a wiring board (not shown) through the land by a flip chip bonding method, a wire bonding bonding method, or the like.

さて、以上のような構成を有する本実施形態の角速度センサ10においては、下地電極膜17をGND(グラウンド)電位に接続し、アーム部12Aの駆動電極13a1とアーム部12Bの駆動電極13b1に対して駆動信号となる交流信号を供給するとともに、これと逆位相の駆動信号をアーム部12Aの駆動電極13a2とアーム部12Bの駆動電極13b2に供給する。この結果、ある瞬間には図3Aに示すように、駆動電極13a1,13b1の圧電部が伸び、駆動電極13a2,13b2の圧電部が縮むため、2本のアーム部12A,12Bは閉じる方向に変形する。また、別の瞬間には図3Bに示すように、駆動電極13a1,13b1の圧電部が縮み、駆動電極13a2,13b2の圧電部が伸びるため、2本のアーム部12A,12Bは開く方向に変形する。この動作が振動子の共振周波数で発生する結果、振動子は振動子のもつ共振倍率分変形が増幅され、アーム部12A,12Bがx軸方向に開閉動作する。   In the angular velocity sensor 10 of the present embodiment having the above-described configuration, the base electrode film 17 is connected to the GND (ground) potential, and the drive electrode 13a1 of the arm portion 12A and the drive electrode 13b1 of the arm portion 12B are connected. Then, an AC signal as a drive signal is supplied, and a drive signal having an opposite phase to the AC signal is supplied to the drive electrode 13a2 of the arm portion 12A and the drive electrode 13b2 of the arm portion 12B. As a result, as shown in FIG. 3A, the piezoelectric portions of the drive electrodes 13a1 and 13b1 expand and the piezoelectric portions of the drive electrodes 13a2 and 13b2 contract at a certain moment, so that the two arm portions 12A and 12B are deformed in the closing direction. To do. At another moment, as shown in FIG. 3B, the piezoelectric portions of the drive electrodes 13a1 and 13b1 contract and the piezoelectric portions of the drive electrodes 13a2 and 13b2 extend, so that the two arm portions 12A and 12B are deformed in the opening direction. To do. As a result of this operation occurring at the resonance frequency of the vibrator, the vibrator is amplified in deformation by the resonance magnification of the vibrator, and the arms 12A and 12B are opened and closed in the x-axis direction.

さらに、この状態でアーム部12A,12Bの伸びる方向(y軸方向)を軸として回転を印加すると、振動子にコリオリ力が発生する。例えば、所定方向の回転印加時において、アーム部12A,12Bが閉じる方向で動作する際には、図4Aに示すように、アーム部12Aには下方向(−z方向)、アーム部12Bには上方向(+z方向)の力がそれぞれ発生する。また、アーム部12A,12Bが開く方向で動作する際には、図4Bに示すように、アーム部12Aには上方向(+z方向)、アーム部12Bには下方向(−z方向)の力がそれぞれ発生する。その結果、2本のアーム部12A,12Bは、図5に示すような運動が発生し、この運動に同期して発生する検出電極14a1及び検出電極14a2の和信号と、検出電極14b1及び検出電極14b2の和信号とにより、振動子の上下方向に発生した力、すなわち角速度に比例した出力が得られることになる。   Further, when rotation is applied about the extending direction (y-axis direction) of the arm portions 12A and 12B in this state, a Coriolis force is generated in the vibrator. For example, when the rotation is applied in a predetermined direction, when the arm portions 12A and 12B operate in the closing direction, as shown in FIG. 4A, the arm portion 12A has a downward direction (−z direction) and the arm portion 12B has a An upward force (+ z direction) is generated. When the arms 12A and 12B operate in the opening direction, as shown in FIG. 4B, the arm 12A has an upward force (+ z direction) and the arm 12B has a downward force (−z direction). Each occurs. As a result, the two arm portions 12A and 12B generate a motion as shown in FIG. 5, and the sum signal of the detection electrode 14a1 and the detection electrode 14a2 generated in synchronization with this motion, the detection electrode 14b1 and the detection electrode With the sum signal of 14b2, an output proportional to the force generated in the vertical direction of the vibrator, that is, the angular velocity is obtained.

本実施形態の角速度センサ10においては、アーム部12A,12Bの一表面に圧電機能層15A,15Bがそれぞれ形成された構成であるため、このときの各アーム部の振動は、図6に示すようになる。図6はアーム部12Aについて示している。例えば、一方の駆動電極13a1が伸びて他方の駆動電極13a2が縮む際には、アーム部12Aの断面で観察すると、駆動電極13a1側から発生する応力S1は斜め右下の方向となり、駆動電極13a2側から発生する応力S2は斜め右上の方向となる。この2つの応力S1,S2の合成として、アーム部12Aには右向きの励振駆動力Sが発生することになる。なお、このとき、同様な説明で、アーム部12Bには左向きの励振駆動力が発生することになる。   In the angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the piezoelectric functional layers 15A and 15B are respectively formed on one surface of the arm portions 12A and 12B. Therefore, the vibration of each arm portion at this time is as shown in FIG. become. FIG. 6 shows the arm portion 12A. For example, when one drive electrode 13a1 is extended and the other drive electrode 13a2 is contracted, the stress S1 generated from the drive electrode 13a1 side is obliquely lower right when observed in the cross section of the arm portion 12A, and the drive electrode 13a2 The stress S2 generated from the side is in the diagonally upper right direction. As a combination of the two stresses S1 and S2, a rightward excitation driving force S is generated in the arm portion 12A. At this time, in the same description, a leftward excitation driving force is generated in the arm portion 12B.

ここで、振動子としてのアーム部12A,12Bの断面が図6に示したような四角形状に安定して作製される場合は特に問題ないが、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma−Reactive Ion Etching)などのドライエッチング法を用いてアーム部12A,12Bの形状加工を行う場合、アーム部12A,12Bの断面形状は、必ずしも直角四角形状に形成されるとは限られず、例えば図7に模式的に示すような歪んだ四角形状になる。このため、図7に示した形状の振動子は、励振駆動力S0が斜め方向となり、この方向に励振方向が変位し易くなる。   Here, there is no particular problem in the case where the cross sections of the arm portions 12A and 12B as the vibrator are stably formed in a quadrangular shape as shown in FIG. 6, but ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching). When the shape processing of the arm portions 12A and 12B is performed using a dry etching method such as the above, the cross-sectional shape of the arm portions 12A and 12B is not necessarily formed in a right-angled square shape, for example, schematically shown in FIG. It becomes a distorted square shape as shown. Therefore, the vibrator having the shape shown in FIG. 7 has an excitation driving force S0 in an oblique direction, and the excitation direction is easily displaced in this direction.

さらに、図8に示すように、振動子の断面形状が、多少縦横比が1からずれた正四角形の場合、縦方向の共振周波数Fvと横方向の共振周波数Fhを数百Hz程度離して設定される。本実施形態の場合、横共振周波数Fhは振動子の駆動周波数に相当し、縦共振周波数Fvは角速度の検出周波数に相当する。角速度印加時に上下の力が加わると、横に同期して縦方向にもずれる振動が励起されるように設計されることで、角速度の検出が可能となる。FvとFhが数百Hz程度しか離れておらず、また、振動子の重心Gが断面中心部にあるにもかかわらず駆動力の剛心Rがほぼ表面に存在し、両者の位置が大きくずれているため、横共振周波数Fhのずれに対して縦方向の振動が非常に励起され易く、振動面が駆動信号周波数の変調によってずれ易い。   Further, as shown in FIG. 8, when the cross-sectional shape of the vibrator is a regular square whose aspect ratio is slightly deviated from 1, the longitudinal resonance frequency Fv and the transverse resonance frequency Fh are set apart by about several hundred Hz. Is done. In the present embodiment, the lateral resonance frequency Fh corresponds to the drive frequency of the vibrator, and the longitudinal resonance frequency Fv corresponds to the angular velocity detection frequency. When the vertical force is applied during application of the angular velocity, it is designed to excite vibration that shifts in the vertical direction in synchronization with the horizontal direction, so that the angular velocity can be detected. Fv and Fh are separated by only a few hundred Hz, and the rigid center R of the driving force exists almost on the surface even though the center of gravity G of the vibrator is at the center of the cross section, and the positions of both are greatly displaced. Therefore, the vibration in the vertical direction is very easily excited with respect to the shift of the lateral resonance frequency Fh, and the vibration surface is easily shifted by the modulation of the drive signal frequency.

音叉型振動子は、一般に、複数の振動アームが機械的に結合し連成振動となるモード以外は振動モードとして縮退し、複数の振動アームの結合で決まる重心位置が移動しないような振動モードが安定して存在する。このため、例えば図9に示すようにアーム部12A,12Bの断面形状が平行四辺形状に歪んでいる場合において、図9Bのように2本のアーム部12A,12B間でこの歪みの方向が線対称(z軸に関して対称)になっている場合、各アーム部12A,12Bは、個別の振動方向が斜めになっているにもかかわらず、連成振動モードでは水平方向(x軸方向)に振動する。なお、図9Aのように2本のアーム部12A,12B間で断面形状の歪み方向が同一である場合、連成振動モードにおける振動方向は、個別の振動方向とほぼ同一方向となる。   A tuning fork vibrator generally has a vibration mode in which a vibration center is degenerated as a vibration mode except for a mode in which a plurality of vibration arms are mechanically coupled to form coupled vibration, and the position of the center of gravity determined by the combination of the plurality of vibration arms does not move. It exists stably. For this reason, for example, when the cross-sectional shape of the arm portions 12A and 12B is distorted into a parallelogram shape as shown in FIG. 9, the direction of the distortion is linear between the two arm portions 12A and 12B as shown in FIG. 9B. When symmetric (symmetric with respect to the z-axis), the arms 12A and 12B vibrate in the horizontal direction (x-axis direction) in the coupled vibration mode even though the individual vibration directions are oblique. To do. 9A, when the cross-sectional distortion direction is the same between the two arm portions 12A and 12B, the vibration direction in the coupled vibration mode is substantially the same as the individual vibration direction.

図9Aの場合には、駆動周波数がFhからずれてFvに近づくに従い、大きく振動面がずれ、ジャイロとしての出力が変動し、角速度の非印加時でも出力が変動するノイズが発生する。また、図9Bの場合も、駆動周波数がFhからずれると振動が不安定となり、感度不安定性やノイズ発生となる。なお、駆動周波数Fhの変動は、外乱信号が駆動信号に混入した際に発生する側帯波を原因として起こる。例えば、外乱信号の周波数をFaとした場合、Fh±Faなる側帯波が形成され、Fh>Fvの設計条件では、Fh−Faの共振周波数でFvに近くなり、Fh<Fvの設計条件では、Fh+Faの共振周波数でFvに近くなる。   In the case of FIG. 9A, as the drive frequency deviates from Fh and approaches Fv, the vibration surface greatly deviates, the output as a gyro changes, and noise is generated that changes the output even when no angular velocity is applied. Also in the case of FIG. 9B, if the drive frequency deviates from Fh, the vibration becomes unstable, resulting in sensitivity instability and noise generation. Note that the fluctuation of the driving frequency Fh occurs due to a sideband generated when a disturbance signal is mixed into the driving signal. For example, when the frequency of the disturbance signal is Fa, a sideband wave of Fh ± Fa is formed. Under the design condition of Fh> Fv, the resonance frequency of Fh−Fa is close to Fv, and under the design condition of Fh <Fv, It approaches Fv at the resonance frequency of Fh + Fa.

このように、x軸方向を励振方向とする角速度センサにおいては、Si基板表面に圧電膜を形成した片持ち型振動音片タイプと同様に機械的に調整を行うことは可能であるが、例えば図9Aのような場合では、アーム部12Aとアーム部12Bが連成動作となっているため、アーム部12Aのみ機械的に調整を行ってもアーム部12Aの振動はアーム部12Bの振動の影響を受けているため、アーム部12Aの振動面の観察を行っても適切に調整することはできない。また、図9Bのような場合には、個別アームの振動方向は振動子の水平面からずれているにもかかわらず、2本のアーム部12A,12Bを連成振動させた際には振動面が水平面となるため、調整に必要なモニターをする要素がなく、アーム部12A,12Bを機械的に調整することができない。   As described above, the angular velocity sensor having the excitation direction in the x-axis direction can be mechanically adjusted in the same manner as the cantilever type vibrating sound piece type in which the piezoelectric film is formed on the surface of the Si substrate. In the case shown in FIG. 9A, since the arm portion 12A and the arm portion 12B are coupled, the vibration of the arm portion 12A is affected by the vibration of the arm portion 12B even if only the arm portion 12A is mechanically adjusted. Therefore, even if the vibration surface of the arm portion 12A is observed, it cannot be adjusted appropriately. Further, in the case as shown in FIG. 9B, although the vibration direction of the individual arm is deviated from the horizontal plane of the vibrator, when the two arm portions 12A and 12B are coupled and vibrated, the vibration surface is changed. Since it becomes a horizontal surface, there is no monitoring element necessary for adjustment, and the arm portions 12A and 12B cannot be mechanically adjusted.

そこで、本実施形態では、以下に示すような方法で、アーム部12A,12Bの振動特性の調整を行うようにしている。
すなわち、本実施形態では、アーム部12A,12Bの振動特性の調整を各々独立して行うとともに、調整対象である一つのアーム部以外の他のアーム部の振動を機械的に拘束した状態で、当該一つのアーム部の振動特性の調整を行うようにしている。
Therefore, in this embodiment, the vibration characteristics of the arm portions 12A and 12B are adjusted by the following method.
That is, in the present embodiment, the vibration characteristics of the arm portions 12A and 12B are adjusted independently, and vibrations of other arm portions other than one arm portion to be adjusted are mechanically constrained. The vibration characteristic of the one arm portion is adjusted.

具体的に、図10に示すように、アーム部12Aを調整するに際して、アーム部12Bは弾性をもつ固定具30により振動を拘束する。固定具30によるアーム部12Bの拘束力は大きな力である必要はなく、アーム部12Bの共振条件を外すことができる程度の負荷をアーム部12Bに付与できればよい。固定具30は、アーム部12Bに接触する構成であれば、その固定構造や取付位置は特に制限されない。この方法により、2本のアーム部12A,12B間で機械的連成動作条件が成立しなくなるため、アーム部12Aをその固有の振動特性で振動させることが可能となる。   Specifically, as shown in FIG. 10, when adjusting the arm portion 12 </ b> A, the arm portion 12 </ b> B restrains vibration by an elastic fixing tool 30. The restraining force of the arm part 12B by the fixing tool 30 does not have to be a large force, and it is sufficient that a load that can remove the resonance condition of the arm part 12B can be applied to the arm part 12B. If the fixture 30 is a structure which contacts the arm part 12B, the fixing structure and attachment position will not be restrict | limited in particular. By this method, the mechanically coupled operation condition is not established between the two arm portions 12A and 12B, and therefore the arm portion 12A can be vibrated with its inherent vibration characteristics.

図11は、アーム部12Aの振動特性の調整工程を説明するための図である。図11Aに示すように、アーム部12Bに固定具30を取り付けた状態で、アーム部12Aの駆動電極13a1,13a2に駆動信号を入力し、アーム部12Aを共振駆動させる。このとき、アーム部12Aはその断面形状などに起因する固有の振動特性で振動する。そして、アーム部12Aの振動方向を検出電極14a1,14a2の出力信号に基づいてモニタリングしながら、図11Bに示すようにアーム部12Aの側方からレーザー光を照射し外形加工を施すことによって、アーム部12Aの振動方向を水平方向(圧電膜形成面と平行な方向)へ調整する。なお、振動方向が水平方向のとき、検出電極14a1,14a2の出力の和信号が0となるので、その検出信号が0となるように、アーム部12Aに対する外形加工位置、加工量を調整する。   FIG. 11 is a diagram for explaining a process of adjusting the vibration characteristics of the arm portion 12A. As shown in FIG. 11A, with the fixture 30 attached to the arm portion 12B, a drive signal is input to the drive electrodes 13a1 and 13a2 of the arm portion 12A to resonately drive the arm portion 12A. At this time, the arm portion 12A vibrates with a unique vibration characteristic due to its cross-sectional shape and the like. Then, while monitoring the vibration direction of the arm portion 12A based on the output signals of the detection electrodes 14a1 and 14a2, as shown in FIG. 11B, the laser beam is irradiated from the side of the arm portion 12A to form the outer shape. The vibration direction of the portion 12A is adjusted in the horizontal direction (direction parallel to the piezoelectric film forming surface). Note that when the vibration direction is the horizontal direction, the sum signal of the outputs of the detection electrodes 14a1 and 14a2 becomes 0. Therefore, the outer shape machining position and the machining amount with respect to the arm portion 12A are adjusted so that the detection signal becomes 0.

アーム部12Aの調整が完了した後、アーム部12Bから固定具30を取り外し、今度はアーム部12Aに固定具30を取り付けて、アーム部12Bの振動特性を調整する。図13は、アーム部12Bの振動特性の調整工程を示している。アーム部12Bの調整は、アーム部12Aの調整と同様に、駆動電極13b1,13b2に駆動信号を入力し、アーム部12Bを共振駆動させながら行われる。このとき、アーム部12Aは固定具30により振動が拘束されているので、アーム部12Bは固有の振動特性で振動することになる。そして、上述したようなレーザートリミング技術を用いて、アーム部12Bの振動方向が水平方向となるように調整する。   After the adjustment of the arm portion 12A is completed, the fixture 30 is removed from the arm portion 12B, and this time, the fixture 30 is attached to the arm portion 12A to adjust the vibration characteristics of the arm portion 12B. FIG. 13 shows a process of adjusting the vibration characteristics of the arm portion 12B. Adjustment of the arm portion 12B is performed while inputting a drive signal to the drive electrodes 13b1 and 13b2 and causing the arm portion 12B to resonate similarly to the adjustment of the arm portion 12A. At this time, since the vibration of the arm portion 12A is restrained by the fixture 30, the arm portion 12B vibrates with a unique vibration characteristic. Then, using the laser trimming technique as described above, adjustment is made so that the vibration direction of the arm portion 12B becomes the horizontal direction.

なお、アーム部12Bの振動特性の調整に際しては、アーム部12Aが既に調整を完了しているので、アーム部12Aとの連成振動を行わせてもアーム部12Bはその固有の振動特性で振動する傾向にある。従って、アーム部12Bの調整時にはアーム部12Aに固定具30を取り付けなくても可能である。なお、高精度な調整が要求される場合には、アーム部12Bの調整時にもアーム部12Aの振動を拘束させておく方が好ましい。   When adjusting the vibration characteristics of the arm portion 12B, the arm portion 12A has already been adjusted. Therefore, even if the coupled vibration with the arm portion 12A is performed, the arm portion 12B vibrates with its own vibration characteristics. Tend to. Therefore, it is possible to adjust the arm portion 12B without attaching the fixture 30 to the arm portion 12A. When high-precision adjustment is required, it is preferable to restrain the vibration of the arm portion 12A even when adjusting the arm portion 12B.

また、この調整工程の際、離調度(縦共振周波数と横共振周波数との差)や共振周波数の調整も同時に行ってもよい。共振周波数の調整方法としては、周波数を高くするときにはアーム部の先端部位をレーザー加工し、周波数を低くするときにはアーム部の根元部位をレーザー加工する。アーム部間で共振周波数が異なるときの調整方法としては、アーム部12Aの共振周波数とアーム部12Bの共振周波数を予め個別に測定しておき、それぞれのアーム部の共振周波数がほぼ一致するように、例えば周波数の高い側のアーム部に対してはアーム部の根元部位にレーザーを照射し、周波数の低い側のアーム部に対してはアーム部の先端部位にレーザーを照射する。   In this adjustment step, the degree of detuning (difference between the longitudinal resonance frequency and the transverse resonance frequency) and the resonance frequency may be adjusted at the same time. As a method for adjusting the resonance frequency, the tip portion of the arm portion is laser processed when the frequency is increased, and the root portion of the arm portion is laser processed when the frequency is decreased. As an adjustment method when the resonance frequency is different between the arm portions, the resonance frequency of the arm portion 12A and the resonance frequency of the arm portion 12B are individually measured in advance so that the resonance frequencies of the respective arm portions substantially coincide with each other. For example, a laser is applied to the base part of the arm part on the arm part on the high frequency side, and a laser is applied to the tip part of the arm part on the arm part on the low frequency side.

以上のようにして、アーム部12A,12Bの振動特性の調整が行われる。本実施形態によれば、アーム部12A,12Bの振動方向や離調度、共振周波数などの振動特性の調整を個別に行うことができるので、アーム部12A,12Bの振動特性の調整を高精度に行うことが可能となる。これにより、所期の振動特性を有する振動子を備えた、ノイズに強い角速度センサを製造することができる。   As described above, the vibration characteristics of the arm portions 12A and 12B are adjusted. According to the present embodiment, the vibration characteristics such as the vibration direction, the degree of detuning, and the resonance frequency of the arm parts 12A and 12B can be individually adjusted. Therefore, the vibration characteristics of the arm parts 12A and 12B can be adjusted with high accuracy. Can be done. As a result, it is possible to manufacture a noise-resistant angular velocity sensor including a vibrator having desired vibration characteristics.

また、図13A,Bは、他の実施形態として、アーム部12Aの振動面(上面)の変位を光学的に検出する水平面振動モニターを用いてアーム部12Aの水平振動を検出する方法を説明する図である。水平面振動モニターとしては、レーザー変位計を用いることができる。本実施形態においても、一方のアーム部(図示の例ではアーム部12A)の調整時には他方のアーム部12Bの振動を固定具30で拘束する。調整前におけるアーム部12Aの個別振動方向が斜めの場合、水平面振動モニターの出力は周期的に変動する。この変動がゼロとなるようにアーム部12Bにレーザー光を照射して振動方向を水平方向に調整する(図12B)。なお、この場合においても、アーム部の検出電極からの出力信号を参照することも勿論可能である。   FIGS. 13A and 13B illustrate a method of detecting horizontal vibration of the arm portion 12A using a horizontal vibration monitor that optically detects displacement of the vibration surface (upper surface) of the arm portion 12A as another embodiment. FIG. A laser displacement meter can be used as the horizontal vibration monitor. Also in the present embodiment, the vibration of the other arm portion 12B is restrained by the fixture 30 when adjusting one arm portion (arm portion 12A in the illustrated example). When the individual vibration direction of the arm 12A before the adjustment is oblique, the output of the horizontal vibration monitor fluctuates periodically. The arm portion 12B is irradiated with laser light so that this fluctuation becomes zero, and the vibration direction is adjusted to the horizontal direction (FIG. 12B). In this case as well, it is of course possible to refer to the output signal from the detection electrode of the arm portion.

更に、他の実施形態として、アーム部の駆動周波数をスイープした際に、検出周波数に対応するFvの周波数成分が、駆動周波数に対応するFhの周波数成分よりも小さくなるように、更に好ましくは、Fvの周波数成分が最も小さくなるように各アーム部の振動特性を調整するようにしてもよい。これにより、アーム部の振動方向を厳密に水平方向に調整せずとも、駆動周波数の変化による検出周波数Fvへの変位を抑制できるので、ノイズの発生を抑えることが可能となる。   Furthermore, as another embodiment, more preferably, when the drive frequency of the arm portion is swept, the frequency component of Fv corresponding to the detection frequency is smaller than the frequency component of Fh corresponding to the drive frequency. You may make it adjust the vibration characteristic of each arm part so that the frequency component of Fv may become the minimum. Accordingly, since the displacement to the detection frequency Fv due to the change in the drive frequency can be suppressed without strictly adjusting the vibration direction of the arm portion in the horizontal direction, it is possible to suppress the generation of noise.

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.

例えば以上の実施形態では、2本の振動アームを有する角速度センサを例に挙げて説明したが、アーム部の本数は2本の限られず、3本以上のアーム部を有する角速度センサに対しても適用することが可能である。この場合、1本のアーム部の振動調整を行う際には、他の2本のアーム部の振動を拘束するようにする。   For example, in the above embodiment, the angular velocity sensor having two vibration arms has been described as an example. However, the number of the arm portions is not limited to two, and the angular velocity sensor having three or more arm portions is also applicable. It is possible to apply. In this case, when adjusting the vibration of one arm part, the vibrations of the other two arm parts are restrained.

また、以上の実施形態では、各アーム部の励振方向が圧電膜の形成面に対して平行な方向(図1においてx軸方向)であり、検出方向が圧電膜の形成面に対して垂直な方向(同z軸方向)である振動子を有する角速度センサについて本発明を適用した例について説明したが、これに限られず、励振方向が圧電膜の形成面に対して垂直な方向であり、検出方向が圧電膜の形成面に対して平行な方向である振動子を有する角速度センサについても、本発明は適用可能である。   In the above embodiment, the excitation direction of each arm portion is a direction parallel to the piezoelectric film formation surface (x-axis direction in FIG. 1), and the detection direction is perpendicular to the piezoelectric film formation surface. Although an example in which the present invention is applied to an angular velocity sensor having a vibrator having a direction (z-axis direction) has been described, the present invention is not limited to this, and the excitation direction is a direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed. The present invention can also be applied to an angular velocity sensor having a vibrator whose direction is parallel to the formation surface of the piezoelectric film.

本発明の実施形態による角速度センサの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the angular velocity sensor by embodiment of this invention. 図1における[2]−[2]線方向断面図および圧電機能層の概略構成図である。It is a [2]-[2] line direction sectional view in Drawing 1, and a schematic structure figure of a piezoelectric functional layer. 図1の角速度センサのアーム部の励振動作を説明するための要部正面図である。It is a principal part front view for demonstrating the excitation operation | movement of the arm part of the angular velocity sensor of FIG. 図1の角速度センサの角速度検出動作を説明するための要部正面図である。It is a principal part front view for demonstrating the angular velocity detection operation | movement of the angular velocity sensor of FIG. 角速度印加時におけるアーム部の振動状態を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the vibration state of the arm part at the time of angular velocity application. アーム部の励振駆動原理を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the excitation drive principle of an arm part. アーム部の断面形状による励振方向の変化を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the change of the excitation direction by the cross-sectional shape of an arm part. アーム部の重心位置と剛心位置を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the gravity center position and rigid center position of an arm part. アーム部の断面形状の相違による個別振動方向と連成振動方向とを説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the separate vibration direction and coupled vibration direction by the difference in the cross-sectional shape of an arm part. 本発明の実施形態による角速度センサの振動特性の調整方法を説明する平面図である。It is a top view explaining the adjustment method of the vibration characteristic of the angular velocity sensor by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による角速度センサの振動特性の調整方法を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the adjustment method of the vibration characteristic of the angular velocity sensor by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による角速度センサの振動特性の調整方法を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the adjustment method of the vibration characteristic of the angular velocity sensor by embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態による角速度センサの振動特性の調整方法を説明する要部正面図である。It is a principal part front view explaining the adjustment method of the vibration characteristic of the angular velocity sensor by other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…角速度センサ、11…基部、12A,12B…アーム部、13a1,13a2,13b1,13b2…駆動電極、14a1,14a2,14b1,14b2…検出電極、15A,15B…圧電機能層、16A,16B…圧電膜、17…下地電極膜、30…固定具   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Angular velocity sensor, 11 ... Base, 12A, 12B ... Arm part, 13a1, 13a2, 13b1, 13b2 ... Drive electrode, 14a1, 14a2, 14b1, 14b2 ... Detection electrode, 15A, 15B ... Piezoelectric functional layer, 16A, 16B ... Piezoelectric film, 17 ... underlying electrode film, 30 ... fixing tool

Claims (8)

基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部の一表面に、圧電膜を介して励振用の駆動電極と角速度検出用の検出電極がそれぞれ形成された角速度センサの製造方法であって、
前記アーム部の振動特性の調整を各々独立して行うとともに、
調整対象である一つのアーム部以外の他のアーム部の振動を機械的に拘束した状態で、当該一つのアーム部の振動特性の調整を行う
ことを特徴とする角速度センサの製造方法。
Manufacturing method of angular velocity sensor in which drive electrode for excitation and detection electrode for angular velocity detection are respectively formed on one surface of a plurality of arm portions integrally extending from the base portion in substantially the same direction via a piezoelectric film Because
While adjusting the vibration characteristics of the arm part independently,
A method of manufacturing an angular velocity sensor, wherein the vibration characteristics of one arm portion are adjusted in a state where vibrations of other arm portions other than the one arm portion to be adjusted are mechanically constrained.
前記他のアーム部に弾性を有する固定具を取り付けて、当該他のアーム部の振動を拘束する
ことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。
The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein an elastic fixing tool is attached to the other arm portion to restrain vibration of the other arm portion.
前記アーム部の振動方向を、前記圧電膜の形成面と平行な方向に調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。
The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein a vibration direction of the arm portion is adjusted to a direction parallel to a formation surface of the piezoelectric film.
前記アーム部の振動方向を、前記圧電膜の形成面と垂直な方向に調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。
2. The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein a vibration direction of the arm portion is adjusted in a direction perpendicular to a formation surface of the piezoelectric film.
前記アーム部の振動特性の調整を、前記検出電極からの検出信号に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。   The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein the vibration characteristics of the arm portion are adjusted based on a detection signal from the detection electrode. 前記アーム部の振動特性の調整を、前記アーム部の振動面の変位を光学的に検出しながら行う
ことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。
The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein the adjustment of the vibration characteristics of the arm portion is performed while optically detecting a displacement of a vibration surface of the arm portion.
前記アーム部の振動特性の調整を、当該アーム部に対する外形加工によって行う
ことを特徴とする請求項1に記載の角速度センサの製造方法。
The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein the adjustment of the vibration characteristics of the arm portion is performed by external processing on the arm portion.
基部と、
前記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された複数本のアーム部と、
前記アーム部の一表面に形成された圧電膜と、
前記圧電膜の上にそれぞれ形成された励振用の駆動電極および角速度検出用の検出電極とを備えた角速度センサであって、
前記複数本のアーム部のうち一つのアーム部は、当該一つのアーム部以外の他のアーム部の振動を機械的に拘束した際に、前記圧電膜の形成面と平行または垂直な方向に振動している
ことを特徴とする角速度センサ。




The base,
A plurality of arm portions integrally extending from the base portion in substantially the same direction;
A piezoelectric film formed on one surface of the arm part;
An angular velocity sensor comprising a drive electrode for excitation and a detection electrode for angular velocity detection respectively formed on the piezoelectric film,
One of the plurality of arm portions vibrates in a direction parallel or perpendicular to the surface on which the piezoelectric film is formed when mechanically restraining vibrations of other arm portions other than the one arm portion. An angular velocity sensor characterized by




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