JP4381354B2 - 振動子の支持構造および物理量測定装置 - Google Patents
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Description
振動子が、水晶からなり、基部、この基部から突出する一対の接続部、この各接続部からそれぞれ突出する駆動振動片および前記基部から突出する一対の検出振動片を備えており、駆動振動モードにおいて前記各駆動振動片が前記接続部への付け根を中心として屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記各検出振動片が前記基部への付け根を中心として屈曲振動し、
基板から貫通孔へと向かって突出する複数のボンディングワイヤによって振動子の基部が前記貫通孔上に前記基板に接触しない状態で支持されており、振動子の駆動振動モードの振動の共振周波数をfdとし、ボンディングワイヤの振動モードの室温での固有振動数をfwとしたとき、fdおよびすべてのfwが下記(1)の条件を満足することを特徴とする。
条件(1)
(fd/2)×1.05≦fw、または、fw≦(fd/2)×0.95
ただし、(fd/2)とfwの関係について、(fd/2)×1.05≦ fw、fw≦ (fd/2)×0.95の関係を満足する必要があり、両者がこれ以上近いと検出信号のゼロ点温度ドリフトが顕著になる。これは、振動子ごとのfwのバラツキや温度特性から、(fd/2)とfwとを上記のように離すことが必要なことが判明したためである。
条件(2)
(2fd)×1.03≦ fw、またはfw≦ (2fd)×0.97
ただし、(2fd)とfwの関係について、(2fd)×1.03≦ fw、fw≦ (2fd)×0.97の関係を満足する必要があり、両者がこれ以上近いと検出信号のゼロ点温度ドリフトが顕著になる。これは、振動子ごとのfwのバラツキや温度特性から、(2fd)とfwとを上記のように離すことが必要なことが判明したためである。そして、(2fd)とfwとの差の必要量(比率)は、(fd/2)とfwとの差の必要量(比率)よりも小さいことが判明した。このように周波数領域に応じて、共振を回避するのに必要な差の比率が異なることも当業者にとって意外なことである。
条件(3)
(3fd)×1.05≦ fw、またはfw≦ (3fd)×0.95
ただし、(3fd)とfwの関係について、(3fd)×1.05≦ fw、fw≦ (3fd)×0.95の関係を満足する必要があり、両者がこれ以上近いと検出信号のゼロ点温度ドリフトが顕著になる。これは、振動子ごとのfwのバラツキや温度特性から、(3fd)とfwとを上記のように離すことが必要なことが判明したためである。
(1) ボンディングワイヤの太さあるいは幅を途中で変化させる。
(2) ボンディングワイヤを曲げる。
(3) ボンディングワイヤの材質を変更する。
(4) ボンディングワイヤの長さを変更する。
本例では、ボンディングワイヤ16を折曲辺16a、16bによって形成するとともに、16bの根元30を、相対的に幅の小さい非固定部分12bから遠ざけ、基板12の中心軸であるX軸に対して接近させる。基板12が振動する場合には、特に非固定部分12bの振幅が大きくなる。しかし、ボンディングワイヤ16の基板12からの突出部分30を幅狭部分12bから離してX軸に接近させることによって、ボンディングワイヤ16および振動子1への基板12の振動の影響を効果的に防止できる。
銅、金、アルミ、銀、タングステン、ステンレス、鉄、ニッケル、錫、真鍮またはそれらの合金。これらの金属、合金にはメッキ等が施されていてもよい、例えば金メッキが施された銅箔が特に好ましい。
図1、図2に示す振動子1Aを使用した。具体的には、厚さ0.1mmの水晶のZ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、厚さ100オングストロームのクロム膜と、厚さ1500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。
ただし、0点温度ドリフトの算出の際には、ピークを除いて、−40℃〜85℃までの間でゼロ点ジャイロ成分のデータを直線近似する。次いで、ピークがこの直線から突出している突出高さを計算し、これを0点温度ドリフトとした。
比較例1と同様にして振動子1を基板上に支持した。ただし、図17に示すような支持構造を採用した。fd、fwの各数値は表1に示す。この結果、0点ジャイロ成分の温度変化は、図4に示すようになった。すなわち、−40℃〜85℃までの間、0点ジャイロ成分が一次関数的にゆるやかに低下していき、0点温度ドリフトはほとんど見られなかった。
比較例1と同様にして振動子1を基板上に支持した。ただし、図15に示すような支持構造を採用した。fd、fwの各数値は表1に示す。この結果、図22に示すように、−40℃〜0℃において2fd共振が原因と思われるピーク状の0点温度ドリフトが検出された。尚、ドリフト量は比較例に比べて著しく減少し、離調の温度変化は、図20に示すように、−40℃〜85℃までの間、一次関数的に低下した。
比較例1と同様にして振動子1を基板上に支持した。ただし、図5に示すような支持構造を採用した。この結果、図23に示すように、0℃〜30℃において3fd共振が原因と思われるピーク状の0点温度ドリフトが検出された。尚、ドリフト量は比較例に比べて著しく減少し、離調の温度変化は、図21に示すように−40℃〜85℃までの間、一次関数的にゆるやかに低下した。
比較例1と同様にして振動子1を基板上に支持した。ただし、図6に示すような支持構造を採用した。0点ジャイロ成分は一次関数的にゆるやかに変化し、0点温度ドリフトは比較例に比べて著しく減少した。
比較例1と同様にして振動子1を基板上に支持した。ただし、図10に示すような支持構造を採用した。0点ジャイロ成分は一次関数的にゆるやかに変化し、0点温度ドリフトは比較例に比べて著しく減少した。
Claims (6)
- 振動子、貫通孔の形成された基板、および前記基板に固定されており、前記振動子に対して接合されるボンディングワイヤを備える支持構造であって、
前記振動子が、水晶からなり、基部、この基部から突出する一対の接続部、この各接続部からそれぞれ突出する駆動振動片および前記基部から突出する一対の検出振動片を備えており、駆動振動モードにおいて前記各駆動振動片が前記接続部への付け根を中心として屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記各検出振動片が前記基部への付け根を中心として屈曲振動し、
前記基板から前記貫通孔へと向かって突出する複数のボンディングワイヤによって前記振動子の前記基部が前記貫通孔上に前記基板に接触しない状態で支持されており、前記振動子の前記駆動振動モードの振動の共振周波数をfdとし、前記ボンディングワイヤの振動モードの室温での固有振動数をfwとしたとき、fdおよびすべてのfwが下記(1)の条件を満足することを特徴とする、振動子の支持構造。
条件(1)
(fd/2)×1.05≦fw、または、fw≦(fd/2)×0.95
- fdおよびすべてのfwが下記(2)の条件を満足することを特徴とする、請求項1記載の支持構造。
条件(2)
(2fd)×1.03≦fw、または、fw≦(2fd)×0.97 - fdおよびすべてのfwが下記(3)の条件を満足することを特徴とする、請求1または2記載の支持構造。
条件(3)
(3fd)×1.05≦fw、または、fw≦(3fd)×0.95 - 前記ボンディングワイヤが、前記振動子に接合された幅狭部および前記基板側の幅広部を備えていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
- 請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の支持構造を備えていることを特徴とする、物理量測定装置。
- 振動型ジャイロスコープであることを特徴とする、請求項5記載の装置。
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