JP4206975B2 - 振動子、電子機器および振動子の周波数調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ジャイロ振動子のような振動子、当該振動子を備えた電子機器および振動子の周波数調整方法に関する。

従来の振動子は、当該振動子の回転を検出すべく、下記の特許文献１に記載のように、前記回転に対応した振動を生起する腕部材に接続されたベース部が、当該ベース部の中央部分に突設された支持部材により基台に固定され、この支持部材でねじり振動を検出する振動子が提案されている。
さらに、振動子の周波数調整方法については、特許文献２の記載のように、励振用振動片と検出用振動片の一方の先端に質量を付加したり、前記付加した質量を除去したりすることで各振動片の質量を変更して、励振振動周波数と検出振動周波数を調整する周波数調整方法が提案されている。

特公平７−６９１８０号公報 特開平１０−１６０４７９号公報

しかしながら、上記の振動子では、前記腕部材の振動が、上記したような前記ベース部の中央部分に設けられた１箇所の支持部材に集中して基台に漏れ易く、振動を阻害して、前記振動子の回転を高精度に検出することが困難であるという問題があった。
また、振動片から離れた位置にある支持部材で角速度を検出するため、精度良くねじれ振動を検出できないという問題があった。
また、従来の周波数調整方法では、振動片の先端の質量を調整して駆動振動周波数と検出振動周波数の周波数差を所定範囲内に調整しようとしても、駆動振動周波数と検出振動周波数がお互いに影響しあうことに加え、調整範囲が狭いために、周波数を調整しきれない場合があり、歩留まりを低下させていた。

本発明は上記課題に対処するためになされたもので、振動子の回転を高精度に検出できる振動子を提供することおよび、振動子の回転を高精度に検出できる振動子を備えた電子機器を提供することを目的とする。
また、他の目的として、周波数調整を容易にし、歩留まりを向上できる振動子の周波数調整方法を提供することにある。

本発明に係る振動子は、上記課題を解決すべく、振動子の回転の中心軸となる第１の方向（Ｙ方向）に沿って延在する棒状の音片であって前記回転に対応するコリオリ力を発生させるための第１の振動を行なう前記音片と、前記音片を含む仮想平面（ＸＹ平面）に平行でかつ前記第１の方向（Ｙ方向）に垂直である第２の方向（Ｘ方向）に延在し前記音片に接続された梁と、前記梁に設けられ、前記コリオリ力に起因する前記音片の第２の振動による前記梁の形状の変化を検出する第１の検出部であって、前記仮想平面と平行な両面に設けられた第１の検出部と、前記梁を支持するための基台と、前記梁の一端と前記基台とを接続する第１の接続部と、前記梁の他端と前記基台とを接続する第２の接続部とを含むことを特徴とする。

本発明の振動子によれば、前記音片に接続された前記梁は、その一端が前記第一の接続部により前記基台に接続され、その他端が前記第２の接続部により前記基台に接続されていることから、前記コリオリ力による前記第２の振動が前記基台に漏れることを、本発明に係る振動子の構成を有しない従来の振動子と比較して低減することができる。これにより、前記従来の振動子に比して、前記第２の振動により生起される前記梁の形状の変化が大きくなり、前記振動子の回転を高精度に検出することが可能になる。

本発明に係る振動子は、上記した課題を解決すべく、振動子の回転の中心軸となる第１の方向（Ｙ方向）に沿って延在する相互に平行な棒状の一対の音片であって前記回転に対応するコリオリ力を発生させるための第１の振動を行なう前記一対の音片と、前記一対の音片を含む仮想平面（ＸＹ平面）に平行でかつ前記第１の方向（Ｙ方向）に垂直である第２の方向（Ｘ方向）に延在し、前記一対の音片に接続された梁と、前記梁に設けられ、前記コリオリ力に起因する前記一対の音片の第２の振動による前記梁の形状の変化を検出する第１の検出部と、前記梁を支持するための基台と、前記梁の一端と前記基台とを接続する第１の接続部と、前記梁の他端と前記基台とを接続する第２の接続部とを含む。
つまり、本発明に係る振動子では、前記音片は、振動子の回転の中心軸となる第１の方向に沿って延在する相互に平行な棒状の一対の音片であることを特徴とする。

本発明に係る振動子によれば、前記一対の音片に接続された前記梁は、その一端が前記第１の接続部により前記基台に接続され、その他端が前記第２の接続部により前記基台に接続されていることから、前記コリオリ力による前記第２の振動が前記基台に漏れることを、本発明に係る振動子の構成を有しない従来の振動子と比較して低減することができる。これにより、前記従来の振動子に比して、前記第２の振動により生起される前記梁の形状の変化が大きくなり、前記振動子の回転を高精度に検出することが可能になる。

上記した本発明に係る振動子では、前記梁は、一端が前記一対の音片のうちの一方の音片に接続され、他端が前記一対の音片のうちの他方の音片に接続されていることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記第１の接続部は、前記梁の前記一端及び前記一方の音片間の前記接続の箇所と前記基台とを接続し、前記第２の接続部は、前記梁の前記他端及び前記他方の音片間の前記接続の箇所と前記基台とを接続することが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記梁は、一端及び他端が前記一対の音片間外にあることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記第１の検出部は、前記一対の音片間内に設けられていることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記梁の略中央の部位と前記基台とを接続する第３の接続部と、前記梁に設けられた第２の検出部であって、前記梁の形状の変化を検出する前記第２の検出部とを更に有し、前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、協働して、前記仮想平面（ＸＹ平面）に垂直な第３の方向（Ｚ方向）についての、前記振動子の回転にとっての外乱を除去するための検出を行なうことが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記第１の検出部は、前記一対の音片のうちの一方の音片と前記第３の接続部との間に設けられ、前記第２の検出部は、前記一対の音片のうちの他方の音片と前記第３の接続部との間に設けられていることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記第１の検出部は、前記一対の音片のうちの一方の音片と前記第３の接続部との間に設けられ、前記第２の検出部は、前記一方の音片と、前記梁の前記一端及び前記他端のうち当該一方の音片により近い端との間に設けられていることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記一対の音片のうちの一方の音片と、前記第３の接続部との間の距離が、前記一方の音片と、前記第１の接続部及び前記第２の接続部のうち前記一方の音片により近い接続部との間の距離より短いことが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記第１の検出部は、前記一対の音片間外における、前記梁の前記一端と、前記一対の音片のうち前記梁の前記一端により近い一方の音片との間に設けられていることが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記一対の音片間外における、前記梁の前記他端と、前記一対の音片のうちの他方の音片との間に設けられた第２の検出部であって、前記梁の形状の変化を検出する前記第２の検出部を更に有し、前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、協働して、前記仮想平面（ＸＹ平面）に垂直な第３の方向（Ｚ方向）についての、前記振動子の回転にとっての外乱を除去するための検出を行なうことが望ましい。

上記した本発明に係る振動子では、前記一対の音片、前記梁、前記第１の接続部、前記第２の接続部及び前記基台は、水晶からなることが望ましい。

本発明に係る電子機器は、上記した本発明に係る振動子を備える。

本発明の振動子の周波数調整方法は、振動子の回転の中心軸となる第１の方向に沿って延在する棒状の音片であって前記回転に対応するコリオリ力を発生させるための第１の振動を行なう前記音片と、前記音片を含む仮想平面に平行でかつ前記第１の方向に垂直である第２の方向に延在し前記音片に接続された梁と、前記梁に設けられ、前記コリオリ力に起因する前記音片の第２の振動による前記梁の形状の変化を検出する第１の検出部であって、前記仮想平面と平行な両面に設けられた第１の検出部と、前記梁を支持するための基台と、前記梁の一端と前記基台とを接続する第１の接続部と、前記梁の他端と前記基台とを接続する第２の接続部とを含む振動子であって、前記音片の端部の少なくとも一方の質量を調整して振動子の周波数を調整することを特徴とする。

このようにすれば、音片の端部の質量を調整することにより、音片の駆動振動周波数を調整でき、また、従来調整が困難であった駆動振動周波数と検出振動周波数との周波数差を、音片の他端の質量を調整することにより調整が可能となる。

また、本発明の振動子の周波数調整方法は、前記音片の前記梁から長く延在する第１延在部の先端の質量を調整して駆動振動周波数および検出振動周波数を調整し、前記音片の前記梁から短く延在する第２延在部の先端の質量を調整して、駆動振動周波数と検出振動周波数の差を調整することを特徴とする。

このようにすれば、第１延在部で駆動振動周波数および検出振動周波数を調整し、第２
延在部で駆動振動周波数と検出振動周波数の差を調整することができる。このことから、良好な特性を確保できる振動子を提供できる。

また、本発明の振動子の周波数調整方法は、前記第２延在部の先端はその基端より大きく形成された周波数調整部が設けられ、当該周波数調整部の質量を調整して振動子の周波数を調整することを特徴とする。

このように、第２延在部の先端をその基端より大きく形成したことにより、質量の調整量を大きくとれ、周波数の調整幅を広くすることができる。このことから、周波数の調整をしきれないことがなくなり、振動子の歩留まりを向上させることができる。

本発明に係る振動子の実施例について図面を参照して説明する。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、実施例１の振動子の構成を示す正面図及び斜視図である。実施例１の振動子１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に図示のＹ軸を中心軸とする回転に対応するコリオリ力を発生させるための振動（以下、「駆動用振動」という。）、及び当該コリオリ力に起因する、前記回転を検出するための振動（以下、「検出用振動」という。）を行なう。即ち、振動子１０は、駆動モードのとき前記駆動用振動を行い、他方で、検出モードのとき前記検出用振動を行なう。振動子１０は、前記両モードでの振動を行なうべく、一対の音片１ａ、１ｂと、梁２と、第１の接続部（接続部材）３と、第２の接続部（接続部材）４と、基台５と、検出部６とから構成される。

一対の音片１ａ、１ｂは、Ｙ軸に沿って延在し、相互に平行であり、所定長を有する水晶からなる棒状の部材である。

梁２は、一対の音片１ａ、１ｂを含む仮想平面（ＸＹ平面）に平行でありＹ軸に垂直なＸ軸方向に延在する、所定長を有する水晶からなる棒状の部材である。梁２は、一対の音片１ａ、１ｂと交差している。これにより、梁２の一端２ａ及び他端２ｂは、一対の音片１ａ、１ｂ間の外側に位置し、他方で、一方の音片１ａの下端１ｃ及び他方の音片１ｂの下端１ｄは、梁２の下方に突出している。

第１の接続部３及び第２の接続部４は、Ｙ軸方向に沿って延在する、所定長を有する水晶からなる棒状の部材である。第１の接続部３は、梁２の一端２ａと基台５とを接続し、他方で、第２の接続部４は、梁２の他端２ｂと基台５とを接続している。

基台５は、横長の直方体の形状を有する水晶からなる部材であり、第１の接続部３及び第２の接続部４を介して、音片１ａ、１ｂを保持する梁２を支持する。

検出部６は、梁２の前記仮想平面（ＸＹ平面）に平行な２つの面（正面及び背面）の各々における略中央の部位に設けられた検出電極６ａ、６ｂからなり、上記した検出モードのとき、一対の音片１ａ、１ｂの検出用振動により生起する梁２の形状の変化を、従来知られた圧電の原理に従って検出する。
なお、一対の音片１ａ、１ｂは、駆動用振動を励起するための従来知られた駆動素子（図示せず）を有する。

図１５（Ａ）は振動子１０を収容容器に収容した状態を示す斜視図であり、図１５（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ断面図である。
セラミックスなどで形成された収容容器２５は、一面が開放されて凹部が設けられている。この凹部に、振動子１０の基台５と収容容器２５の載置部２７を接着することで、振動子１０が収容容器２５に固着されている。また、図示しないが、振動子に形成された配線と収容容器２５に形成された配線をワイヤーボンディングにて接続することにより電気的接続がなされている。そして、収容容器２５の上面を蓋体２６で、内部を真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に保持して封止され、パッケージされた振動子となる。
なお、上記の配線の接続においてワイヤーボンディングによらず、導電性接着剤にて接続することも可能である。
また、振動子１０の基台５を設けず、第１の接続部３および第２の接続部４を延在させ、それぞれの終端部を収容容器２５の載置部２７に接着することにより、収容容器２５の載置部２７を振動子１０の基台として作用させる実施も可能である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、実施例１の振動子の駆動モードを示す正面図及び斜視図である。駆動モードのとき、一対の音片１ａ、１ｂは、上記した駆動素子の助勢により、図２（Ａ）及び（Ｂ）の矢印で示されるように、Ｘ軸方向に沿って相互に逆相関係で屈曲振動を行なう。より詳細には、図２（Ａ）及び（Ｂ）に図示されたように、Ｘ軸方向について、音片１ａが”（”形状に変形するとき、音片１ｂは、”）”形状に変形し、図２（Ａ）、（Ｂ）の図示とは反対に、Ｘ軸方向について、音片１ａが”）”形状に変形するとき、音片１ｂは、”（”形状に変形する。換言すれば、音片１ａ、１ｂは、その先端が相互に近づいたり遠ざかったりするように振動する。
なお、音片１ａの下端１ｃおよび音片１ｂの下端１ｄは、音片１ａ、１ｂの振動に伴い僅かに振動するが、この振動は音片１ａ、１ｂの振動には殆ど影響を与えない。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、実施例１の振動子の検出モードを示す斜視図及び側面図である。検出モードのとき、換言すれば、一対の音片１ａ、１ｂが駆動モードでの駆動用振動を行なっている場合に振動子１０がＹ軸を中心軸として回転したとき、一対の音片１ａ、１ｂには、実線の矢印で図示のコリオリ力Ｆ及び点線で図示のコリオリ力Ｆが交互に生起される。一対の音片１ａ、１ｂは、当該コリオリ力Ｆにより、上記した仮想平面（ＸＹ平面）に垂直なＺ軸方向に沿って相互に逆相関係で屈曲振動を行なう。より詳しくは、図３（Ａ）及び（Ｂ）の図示のように、Ｚ軸方向について、音片１ａが”）”形状に変形するとき、音片１ｂは、”（”形状に変形し、図３（Ａ）及び（Ｂ）の図示とは反対に、Ｚ軸方向について、音片１ａが”（”形状に変形するとき、音片１ｂは、”）”形状に変形する。
なお、音片１ａの下端１ｃおよび音片１ｂの下端１ｄは、上記音片１ａ、１ｂの振動に伴い僅かに振動し、その振動は、それぞれの音片１ａ、１ｂの振動とバランスをとるように逆相に振動する。

一対の音片１ａ、１ｂが上記したＺ軸方向に沿った検出用振動を行なうと、梁２には、当該検出用振動により形状の変化が生じ、特に、梁２の中央の部位に、梁２の両端２ａ、２ｂの近傍の部位のような他の部位に比して大きな形状の変化が生じる。この結果、梁２の略中央の部位に設けられた検出部６は、梁２の前記形状の変化を検出し、当該形状の変化を示す信号を演算回路（図示せず）に出力する。演算回路は、従来知られた方法に従って前記信号に演算を施すことにより、Ｙ軸を中心軸とする振動子１０の回転、例えば、回転の量、速度、加速度及び方向を算出する。

上述したように、実施例１の振動子１０によれば、一対の音片１ａ、１ｂを保持する梁２は、一端２ａが第１の接続部３を介して基台５に接続され、他端２ｂが第２の接続部４を介して基台５に接続されることにより、基台５に連結されていることから、コリオリ力Ｆにより生じる検出用振動が基台５に拡散すること、即ち漏れることを抑止することができる。これにより、一対の音片１ａ、１ｂの前記検出用振動が、実施例１のような構成を有しない従来の振動子に比して効率的に梁２に伝播することができることから、検出用振動に起因する梁２の形状の変化は従来に比して大きくなり、これにより、検出部６は、振動子１０の回転を従来に比して高精度に検出することが可能になる。

実施例１の振動子１０によれば、さらに、少なくとも一対の音片１ａ、１ｂが水晶から構成されることから、一対の音片１ａ、１ｂによる駆動用振動及び検出用振動の周波数を安定させることができる。

検出部６は、即ち検出電極６ａ、６ｂは、上記したように梁２の略中央の部位に設けることに代えて、図４に示されるように、梁２における一対の音片１ａ、１ｂの間の外側に、より正確には、梁２における一端２ａ及び一方の音片１ａとの間に設けることにより、検出部６を梁２の略中央の部位に設けるほどに高精度ではないものの、振動子１０の回転を少なくとも従来に比して高精度に検出することができる。

第１の接続部３及び第２の接続部４は、上記したようにＹ軸方向に沿って設ける、即ち、相互に平行な関係に設けることに代えて、平行でない関係になるように設けることによっても、上記したと同様な効果を得ることが可能である。

一対の音片１ａ、１ｂの下端１ｃ、１ｄは、上記したように梁２の下方に突出することに代えて、梁２の下方に突出しないようにすることにより、一対の音片１ａ、１ｂの振動の慣性をやや劣化させるものの、上記したと同様な効果を得ることができる。

なお、上記実施例では振動子の材料として圧電材料の水晶にて説明をしたが、エリンバ材などの恒弾性材料や、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ₄）などの圧電材料を用いても良い。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、実施例２の振動子の構成を示す正面図、斜視図及び側面図である。実施例２の振動子２０は、実施例１の振動子１０と同様に、一対の音片１ａ、１ｂと、梁２と、第１の接続部３と、第２の接続部４と、基台５と、検出部６とを有し、他方で、実施例１の振動子１０と異なり、更に検出部７を有する。検出部７は、実施例１の振動子１０の検出電極６ａ、６ｂと同様な構成を有する検出電極７ａ、７ｂから構成されている。

検出部６、７は、梁２における一対の音片１ａ、１ｂ間の外に設けられており、詳細には、検出部６は、梁２における、梁２の一端２ａ及び一方の音片１ａ間に設けられており、検出部７は、梁２における、梁２の他端２ｂ及び他方の音片１ｂ間に設けられている。

実施例２の振動子２０では、検出部６、７の各々は、実施例１の振動子１０の検出部６と同様に、一対の音片１ａ、１ｂによる図２に図示した駆動用振動及び図３に図示した検出用振動によって、Ｙ軸を中心軸とする振動子２０の回転を従来に比して高精度に検出することができる。当該回転の検出に加えて、実施例２の振動子２０では、図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、本来的に検出すべきＹ軸を中心軸とする回転にとって外乱として機能する、Ｚ軸方向に沿った加速度Ｆａが振動子２０に加えられると、一対の音片１ａ、１ｂは、Ｚ軸方向に沿って相互に同相関係で”）”形状に変形する。一対の音片１ａ、１ｂの前記形状の変化により、梁２における一端２ａの近傍の部位及び梁２における他端２ｂの近傍の部位に、相互に逆相関係である形状の変化、即ち、検出部６が生成する信号と検出部７が生成する信号が相互に逆極性の関係になるような形状の変化が生じる。検出部６、７は、前記したような関係を有する信号を出力し、上述した演算回路が当該２つの信号を演算処理することにより、Ｚ軸方向に加わった加速度Ｆａによる影響を除去する。

上述したように、実施例２の振動子２０によれば、実施例１の振動子１０と同様にＹ軸を中心軸とする振動子２０の回転を検出することに加えて、梁２における一対の音片１ａ、１ｂ間外に設けられた検出部６、７が、協働して、Ｚ軸方向の加速度Ｆａに起因する、検出部６、７が設けられた梁２の部位に生じる相互に逆相関係にある形状の変化を検出することから、Ｙ軸を中心軸とする回転にとって外乱であるＺ軸方向の加速度Ｆａを除去ことができ、これにより、Ｙ軸を中心軸とする振動子２０の回転を一層精度高く検出することが可能になる。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、実施例３の振動子の構成を示す正面図及び斜視図である。実施例３の振動子３０は、実施例１の振動子１０と同様に、一対の音片１ａ、１ｂと、梁２と、第１の接続部３と、第２の接続部４と、基台５と、検出部６とを有する。振動子３０は、他方で、振動子１０と異なり、第３の接続部（接続部材）８を有する。

第３の接続部８は、Ｙ軸方向に延在し所定長を有する水晶からなる棒状の部材であり、梁２の略中央の部位と基台５とを接続する。ここで、一方の音片１ａ及び第３の接続部８間の距離ｄ１、並びに他方の音片１ｂ及び第３の接続部８間の距離ｄ２は、一方の音片１ａ及び梁２の一端２ａ間の距離ｄ３、並びに他方の音片１ｂ及び梁２の他端２ｂ間の距離ｄ４より短く設定されている。また、検出部６は、梁２における一方の音片１ａと第３の接続部８との間に設けられている。

実施例３の振動子３０では、検出部６は、一対の音片１ａ、１ｂによる図２及び図３に図示の駆動用振動及び検出用振動を行なうことによって、実施例１の振動子１０と同様に、Ｙ軸を中心軸とする振動子３０の回転に対応して発生する、検出部６が設けられた梁２の部位における梁２の形状の変化を検出し、これにより、前記回転を検出することができる。当該回転の検出に加えて、上記した距離ｄ１、ｄ２が距離ｄ３、ｄ４より短く規定されていることから、即ち、音片１ａ、１ｂは、第１の接続部３及び第２の接続部４より第３の接続部８に近い位置に設けられていることから、一対の音片１ａ、１ｂによる前記検出用振動に起因する梁２の形状の変化は、第３の接続部８又はその近傍に集中する傾向になり、これにより、前記回転をより精度高く検出することが可能になる。

実施例３の振動子３０では、また、梁２及び基台５を接続する第３の接続部８を有することから、梁２及び基台５間における配線の自由度を、第３の接続部８を有しない実施例１の振動子１０よりも高めることができる。

実施例３の振動子３０は、梁２における一方の音片１ａ及び第３の接続部８間に検出部６を設けることに加えて、図７（Ａ）に示されるように、梁２における他方の音片１ｂ及び第３の接続部８間に検出部７（検出電極７ａ等）を設けること、または、図７（Ｂ）に示されるように、梁２における一方の音片１ａ及び梁２の一端２ａ間に検出部７（検出電極７ａ等）を設けることが望ましい。検出部７が設けられた梁２の部位には、検出部６が設けられた梁２の部位に生じる梁２の形状の変化と逆相の関係にある形状の変化が生じることから、検出部６、７は、実施例２の振動子２０での検出部６、７と同様に、協働して、Ｚ軸方向に与えられる加速度Ｆａを除去するための検出を行なうことができる。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、実施例４の振動子の構成を示す正面図及び斜視図である。実施例４の振動子４０は、実施例１の振動子１０の一対の音片１ａ、１ｂ、梁２、第１の接続部３、第２の接続部４、基台５、検出部６に対応する、一対の音片４１ａ、４１ｂと、梁４２と、第１の接続部４３と、第２の接続部４４と、基台４５と、検出部４６とを備える。

一対の音片４１ａ、４１ｂは、梁４２の一端４２ａが一方の音片４１ａに接続され、梁４２の他端４２ｂが他方の音片４１ｂに接続され、これにより、梁４２によって保持されている。

第１の接続部４３は、梁４２の一端４２ａと音片４１ａとの交点と、基台４５とを接続し、他方で、第２の接続部４４は、梁４２の他端４２ｂと音片４１ｂとの交点と、基台４５とを接続している。検出部４６は、梁４２の略中央の部位に設けられている。

実施例４の振動子４０では、検出部４６は、一対の音片４１ａ、４１ｂによる、図２に図示の駆動用振動及び図３に図示の検出用振動によって、Ｙ軸を中心軸とする振動子４０の回転を高精度に検出することができる。しかも、実施例１の振動振動子１０に比較して、一対の音片４１ａ、４１ｂの駆動用振動及び検出用振動が、第１の接続部４３及び第２の接続部４４に逃げ難いことから、換言すれば、前記振動が、検出部４６が設けられた梁４２に集中し易いことから、Ｙ軸を中心軸とする振動子４０の回転を、実施例１の振動子１０の回転よりも精度高く検出することができる。

検出部４６を梁４２の略中央の部位に設けることに代えて、図９に示されるように、梁４２の略中央の部位と基台４５とを、実施例３で説明した第３の接続部８と同様な第３の接続部４８により接続しかつ検出部４６を一方の音片４１ａと第３の接続部４８との間に設けることにより、上記したと同様な効果を得ることができる。

また、図９に図示した梁４２の部位に検出部４６を設けることに加えて、図１０に示されるように、実施例２で説明した検出部７と同様な検出部４７を梁２における他方の音片４１ｂと第３の接続部４８との間に設けることにより、検出部４６、４７は、図７に示された実施例３の検出部６、７と同様に協働して、Ｚ軸方向の加速度を取り消すための検出を行なうことができる。
［変形例］

図１１は、変形例の振動子の構成を示す正面図である。変形例の振動子５０は、実施例１の振動子１０の一対の音片１ａ、１ｂ、梁２、第１の接続部３、第２の接続部４、基台５、検出部６に対応する、一対の音片５１ａ、５１ｂと、梁５２と、第１の接続部５３と、第２の接続部５４と、基台５５と、検出部５６（検出電極５６ａ等）を有する。

梁５２は、一端５２ａが一方の音片５１ａに接続され、これにより交点を形成し、同様にして、他端５２ｂが他方の音片５１ｂに接続され、これにより交点を形成する。第１の接続部５３は、前者の交点と基台５５とを接続し、また、第２の接続部５４は、後者の交点と基台５５とを接続している。さらに、検出部５６は、梁５２の略中央の部位に設けられている。

振動子５０では、検出部５６は、一対の音片５１ａ、５１ｂによる図２に図示の駆動用振動及び図３に図示の検出用振動によって、実施例１の振動子１０での検出部６と同様に、Ｙ軸を中心軸とする振動子５０の回転を検出することができる。

図１２は、他の変形例の振動子の構成を示す正面図である。他の変形例の振動子６０は、実施例４の振動子４０の一対の音片４１ａ、４１ｂ、梁４２、第１の接続部４３、第２の接続部４４、基台４５、検出部４６に対応する、一対の音片６１ａ、６１ｂ、梁６２、第１の接続部６３、第２の接続部６４、基台６５、及び検出部６６（検出電極６６ａ等）を有する。

第１の接続部６３及び第２の接続部６４は、実施例４の振動子４０での直線状に延在する第１の接続部４３及び第２の接続部４４と異なり、円及び楕円の弧のような曲線状に延在している。

振動子６０では、検出部６６は、一対の音片６１ａ、６１ｂによる図２に図示の駆動用振動及び図３に図示の検出用振動によって、実施例４の振動子４０での検出部４６と同様に、Ｙ軸を中心軸とする振動子６０の回転を検出することができる。

図１３は、他の変形例の振動子を示す構成図である。図１３（Ａ）は振動子の構成を示す正面図、同図（Ｂ）はその斜視図である。
変形例の振動子８０は、実施例１の振動子１０における一対の音片のうち、一つの音片を備えた振動子である。
振動子８０は、音片１ａと、梁２と、第１の接続部３と、第２の接続部４と、基台５と、検出部６（６ａ、６ｂ）を有する。梁２は、一端２ａおよび他端２ｂが音片１ａに接続され、これにより交点を形成する。第１の接続部３および第２の接続部４はそれぞれ梁の一端２ａおよび他端２ｂと基台５とを接続している。さらに、検出部６は梁２における他端２ｂと音片１ａの間に設けられている。

振動子８０では、音片１ａの駆動用振動および検出用振動は、実施例１で説明した振動子１０の音片１ａと同様の振動をする（図２、図３参照）。このように、振動子８０の検出部６は音片１ａの駆動用振動と検出用振動によって、Ｙ軸を中心軸とする振動子８０の回転を検出することができる。

さらに図１４は、他の変形例の振動子の構成を示す正面図である。
変形例の振動子は、３つの音片を備えた振動子２００である。
振動子２００は、音片２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、梁２０２、第１の接続部２０３、第２の接続部２０４、基台２０５、検出部２０６（２０６ａおよび、２０６ａに対向して形成された２０６ｂ（図示せず））を有する。

梁２０２は、音片２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを接続し、一端２０２ａが音片２０１ａに接続され、これにより交点を形成し、同様にして、他端２０２ｂが音片２０１ｃに接続され、これにより交点を形成する。第１の接続部２０３は、梁の一端２０２ａと基台２０５とを接続し、また、第２の接続部２０４は、梁の他端２０２ｂと基台２０５とを接続している。また、音片２０１ａの下端２０１ｄ、音片２０１ｂの下端２０１ｅ、音片２０１ｃの下端２０１ｆが梁２０２の下方に突出している。さらに、検出部２０６は、梁２０２の音片２０１ｂと２０１ｃの間に設けられている。

音片２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの駆動モードの駆動用振動は、Ｘ軸方向に沿って、それぞれ隣り合う音片が逆相関係で屈曲振動を行う。より詳細には、Ｘ軸方向について、音片２０１ａが”（”形状に変形するとき、音片２０１ｂは”）”形状に変形し、音片２０１ｃは”（”形状に変形する。つまり、音片２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは隣り合う音片の先端が相互に近づいたり遠ざかったりするように振動する。
また、この駆動用振動は中央の音片２０１ｂを不動とし、音片２０１ａおよび音片２０１ｃをそれぞれ逆相に駆動しても良い。

また、音片２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃの検出モードの検出用振動は、仮想平面（ＸＹ平面）に垂直なＺ軸方向に沿って相互に逆相関係で屈曲振動を行う。より詳細には、Ｚ軸方向について、音片２０１ａが”（”形状に変形するとき、音片２０１ｂは”）”形状に変形し、音片２０１ｃは”（”形状に変形する。
なお、駆動振動を中央の音片２０１ｂを不動とし、音片２０１ａおよび音片２０１ｃをそれぞれ逆相に駆動した場合には、検出振動は音片２０１ａおよび２０１ｃに励起される。つまり、音片２０１ｂは不動であり、Ｚ軸方向について音片２０１ａが”（”形状に変形するとき、音片２０１ｃは”）”形状に変形する。

このように、振動子２００の検出部２０６は音片の駆動用振動と検出用振動によって、Ｙ軸を中心軸とする振動子２００の回転を検出することができる。
なお、上記実施例では音片が１つから３つの実施形態にて説明をしたが、音片の数は４つ以上形成しても実施が可能であり、同様の効果を生ずる。
［応用機器］

次に、本発明に係る電子機器の実施形態について説明する。
図１６は電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器１００には上記の実施例で説明した少なくとも一つの振動子を含む、振動子９０を備えている。
上記した実施例の振動子を用いた応用機器として、その姿勢の変化を検出する必要がある携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びナビゲーションシステムのような電子機器が挙げられる。当該電子機器では、当該電子機器に設けられた上記した実施例の振動子が、当該電子機器の姿勢の変化を振動子の姿勢の変化として検出することにより、上述した効果を享受することができる。

次に、振動子の周波数調整方法の実施例について説明する。その説明に先立って、ジャイロ振動子のような振動子の周波数調整の必要性について説明する。
上記のようなジャイロ振動子の場合に、一つの音片に対して二つの振動が励起されるように構成されている。一つは音片を駆動させる駆動用振動で、もう一つは音片の回転に対応するコリオリ力に起因する検出用振動である。そして、これらの振動は振動の方向が異なっている。

理論上、この駆動用振動と検出用振動の周波数が等しくなったときに、回転の角速度の検出感度が最も向上する。しかしながら、角速度の検出感度は良好になるが、振動の振幅が大きくなることから、振動が最大振幅になって安定するまでに時間を必要とし、角速度の検出応答性は悪化する。また一方、駆動用振動と検出用振動の周波数差が大きくなると、検出応答性は良好になるが、音片の振動を電気信号に変換する際のＳ／Ｎ比が低下するので、角速度の検出感度は悪化する。
このため、振動子として良好な特性を得るために、これらの周波数差を所定の範囲に設定する必要がある。
通常、音片の駆動振動周波数（駆動振動の共振周波数）は、製造上の都合からバラツキがあり、狙いの周波数に調整する必要があり、また、駆動振動周波数（駆動振動の共振周波数）と検出振動周波数（検出振動の共振周波数）との周波数差が大きく、この差も調整する必要がある。

図１７は振動子の周波数調整について説明をする構成図である。また、図１８は周波数調整における、駆動振動周波数と検出振動周波数の変動の状態を説明する概略図である。図１８（Ａ）は駆動振動周波数を調整した場合の周波数の変動を示す図、同図（Ｂ）は検出振動周波数を調整した場合の周波数の変動を示す図である。
ここでは、実施例３で説明した振動子３０を例にとり説明をする。振動子３０の構成については、前述したため説明を省略する。
まず、梁２から長く延在する第１延在部としての音片１ａ、１ｂの駆動振動周波数を調整する場合には、音片１ａの上端１ｅまたは音片１ｂの上端１ｆに質量を付加して周波数を下げる方向で周波数調整が行われる。具体的には、ＡｕやＡｇなどの金属を音片の上端１ｅ、１ｆに蒸着して、質量を付加する。このようにして、質量を制御することで駆動振動周波数を所定の周波数に調整が可能となる。

このとき、図１８（Ａ）に示すように、質量付加により駆動振動周波数が変化していくに従い、検出振動周波数もほぼ同様に変化し、駆動振動周波数と検出振動周波数との差には殆ど変化はない。このように、音片１ａの上端１ｅや音片１ｂの上端１ｆの質量を変化させたときには、駆動振動周波数と検出振動周波数がお互いに影響をしあい周波数の変動がある。

次に、駆動振動周波数と検出振動周波数との差を調整するために、梁２から短く延在する第２延在部としての音片１ａの下端１ｃ、または音片１ｂの下端１ｄに質量を付加して検出振動周波数を下げる方向で周波数調整が行われる。具体的には、ＡｕやＡｇなどの金属を音片の下端１ｃ、１ｄに蒸着して、質量を付加する。
このときの周波数の変化は図１８（Ｂ）に示すように、検出振動周波数は質量付加に伴い、周波数が下がって行く。これに対して、駆動振動周波数は僅かに周波数が下がっていく。このことから、駆動振動周波数と検出振動周波数との差を所定の範囲に調整することが可能である。このように、音片１ａの下端１ｃや音片１ｂの下端１ｄの質量を変化させたときには、主に検出振動周波数に影響を与え、駆動振動周波数には殆ど影響を与えない。つまり、検出用振動において、音片の下端１ｃ、１ｄが音片１ａ、１ｂの慣性を受けて振動することから、この音片の下端１ｃ、１ｄに質量付加された振動は音片１ａ、１ｂの検出用振動に影響を与えることになる。

また、上記周波数調整において、駆動振動周波数と検出振動周波数との差を調整後、駆動振動周波数が所定の周波数から外れた場合には、音片の上端１ｅ、１ｆに質量付加された金属をレーザビームにて照射して、金属の一部を除去することにより、周波数を上げて所定の周波数に調整することができる。
一方、周波数調整前に駆動振動周波数が所定の範囲内にあれば、検出振動周波数の調整、つまり、音片の下端１ｃ、１ｄへの質量調整のみを行えばよく、また、駆動振動周波数と検出振動周波数との差が所定の範囲内にあれば、駆動振動周波数の調整、つまり、音片の上端１ｅ、１ｆへの質量調整のみを行えばよい。

次に、周波数調整をさらに容易にする振動子の変形例の構成について説明する。
図１９は、変形例の振動子の構成図である。
この変形例の振動子７０は、実施例３の振動子３０と同様に、梁７２と、梁７２から長く延在する第１延在部としての一対の音片７１ａ、７１ｂと、第１の接続部７３と、第２の接続部７４と、第３の接続部７８と、基台７５と、検出部７６とを有する。また、振動子７０は振動子３０と異なり、音片７１ａ、７１ｂの下端には、梁７２から短く延在する第２延在部としての周波数調整部７１ｃ、７１ｄが形成されている。この周波数調整部７１ｃ、７１ｄは先端が、その基端より大きな面積を有している。

音片７１ａ、７１ｂの周波数調整については、上記の方法と同様に、音片７１ａの上端７１ｅあるいは音片７１ｂの上端７１ｆに質量を付加して、駆動振動周波数を調整する。その後、音片７１ａの下端の周波数調整部７１ｃまたは音片７１ｂの下端の周波数調整部７１ｄに質量を付加して検出振動周波数の調整を行う。この振動子７０では、大きな面積を有する周波数調整部７１ｃ、７１ｄに質量を付加することができるため、振動子３０に比べて、周波数調整幅を広く取ることができる。

このように、本実施例では主に、質量を付加することで周波数調整を行うこととしたが、先に質量を付加しておき、その後、質量の一部を除去することで質量を変化させ駆動振動周波数や検出振動周波数の調整をすることもできる。

以上のように、本実施例によれば、容易に駆動振動周波数と検出振動周波数とを所定の範囲に調整でき、従来において周波数の調整をしきれないという問題を解消し、歩留まりを向上できる周波数調整方法を得ることができる。
また、本実施形態の振動子の周波数調整方法はジャイロ振動子だけでなく共振子の周波数調整においても利用が可能である。

実施例１の振動子の構成を示す。 実施例１の振動子の駆動モードを示す。 実施例１の振動子の検出モードを示す。 実施例１の検出部の他の位置を示す。 実施例２の振動子の構成を示す。 実施例３の振動子の構成を示す。 実施例３の検出部の他の位置を示す。 実施例４の振動子の構成を示す。 実施例４の検出部の他の位置を示す。 実施例４の検出部の更に他の位置を示す。 変形例の振動子の構成を示す。 他の変形例の振動子の構成を示す。 他の変形例の振動子の構成を示す。 他の変形例の振動子の構成を示す。 実施例１のパッケージされた振動子の構成を示す。 実施例における応用機器の構成を示す。 実施例５の振動子の周波数調整方法を示す。 実施例５の振動子の周波数調整方法の周波数変化を示す。 変形例の振動子の構成を示す。

符号の説明

１０…振動子、１ａ、１ｂ…音片、１ｃ、１ｄ…音片の下端、１ｅ、１ｆ…音片の上端、２…梁、３…第１の接続部、４…第２の接続部、５…基台、６、７…検出部、８…第３の接続部、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、２００…振動子、１００…応用機器。

Claims (2)

1. 振動子の回転の中心軸となる第１の方向に沿って延在する棒状の音片であって前記回転に対応するコリオリ力を発生させるための第１の振動を行なう前記音片と、前記音片を含む仮想平面に平行でかつ前記第１の方向に垂直である第２の方向に延在し前記音片に接続された梁と、前記梁に設けられ、前記コリオリ力に起因する前記音片の第２の振動による前記梁の形状の変化を検出する第１の検出部であって、前記仮想平面と平行な両面に設けられた第１の検出部と、前記梁を支持するための基台と、前記梁の一端と前記基台とを接続する第１の接続部と、前記梁の他端と前記基台とを接続する第２の接続部と、を含む振動子の、前記音片の端部の少なくとも一方の質量を調整する周波数調整方法であって、
   前記音片の前記梁から長く延在する第１延在部の先端の質量を調整して駆動振動周波数および検出振動周波数を調整し、前記音片の前記梁から短く延在する第２延在部の先端の質量を調整して、駆動振動周波数と検出振動周波数の差を調整することを特徴とする振動子の周波数調整方法。
2. 前記第２延在部の先端はその基端より大きく形成された周波数調整部が設けられ、当該周波数調整部の質量を調整して振動子の周波数を調整することを特徴とする請求項１記載の振動子の周波数調整方法。

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