JP4543816B2 - Piezoelectric vibrator, vibratory gyroscope - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動片及びこの圧電振動片を搭載する振動型ジャイロスコープに関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a vibrating gyroscope equipped with the piezoelectric vibrating piece.
従来、所定面内の回転角速度を測定するための振動型ジャイロスコープにおいて、所定面内に延びる圧電振動片を備え、この圧電振動片が、圧電振動片の重心が位置する基部と、基部の周縁部から突出する複数の駆動振動腕と検出振動腕とを備え、各振動腕に対してそれぞれ形成されている駆動信号電極と検出信号電極とそれらを接続する電極パターンと電力供給パッド(電極ランド)とが、前記基部にそれぞれが独立して形成される振動型ジャイロスコープの電極配線構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a vibrating gyroscope for measuring a rotational angular velocity in a predetermined plane, a piezoelectric vibrating piece extending in a predetermined plane is provided. The piezoelectric vibrating piece includes a base where the center of gravity of the piezoelectric vibrating piece is located, and a peripheral edge of the base A plurality of drive vibration arms and detection vibration arms protruding from the portion, each of which is formed with respect to each vibration arm, a drive signal electrode, a detection signal electrode, an electrode pattern connecting them, and a power supply pad (electrode land) However, there is known an electrode wiring configuration of a vibration gyroscope that is independently formed on the base (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1では、圧電振動片の基部に形成される駆動信号電極及び検出信号電極の電極パターンや電極ランドが近接して設けられているために、駆動信号電極と検出信号電極との間に浮遊容量が生じることが予測される。振動型ジャイロスコープで採用される圧電振動片は、微小電荷検出素子であるため、この浮遊容量が微小であっても、出力される検出信号に影響を与え、正確な検出信号が得られないというような課題がある。
In
本発明の目的は、駆動信号電極と検出信号電極との間の浮遊容量を減じ、正確な検出信号を得ることができる圧電振動片と、この圧電振動片を搭載する信頼性が高い振動型ジャイロスコープを提供することである。 An object of the present invention is to reduce a stray capacitance between a drive signal electrode and a detection signal electrode and obtain an accurate detection signal, and a highly reliable vibration type gyro mounted with the piezoelectric vibration piece. Is to provide a scope.
本発明の圧電振動片は、所定面に設けられる駆動信号電極と検出信号電極と、前記駆動信号電極に連続する駆動信号電極パターンと前記検出信号電極に連続する検出信号電極パターンと、少なくとも、前記駆動信号電極と前記検出信号電極、または、前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、が備えられていることを特徴とする。
ここで、定電位の電極パターンとは、例えば、同電位のGND(グランド)電極パターンを示す。
The piezoelectric vibrating piece of the present invention includes a drive signal electrode and a detection signal electrode provided on a predetermined surface, a drive signal electrode pattern continuous to the drive signal electrode, a detection signal electrode pattern continuous to the detection signal electrode, and at least the A drive signal electrode and the detection signal electrode, or a plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern are provided.
Here, the constant potential electrode pattern indicates, for example, a GND (ground) electrode pattern having the same potential.
本発明の圧電振動片には、所定面に形成される駆動信号電極と検出信号電極の間、または駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンの間に複数の定電位の電極パターンが形成されているため、検出信号電極パターンと隣接する定電位の電極パターンとの間には微小な浮遊容量が発生するが、この定電位の電極パターンと検出信号電極パターンとの間には、さらに定電位の電極パターンが形成されているため、隣接する定電位の電極パターン間の浮遊容量は無視できる程度に微小となり、検出信号に影響を与えることも微小となり正確な検出信号を得ることができる。 In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, a plurality of constant potential electrode patterns are formed between a drive signal electrode and a detection signal electrode formed on a predetermined surface or between a drive signal electrode pattern and a detection signal electrode pattern. Therefore, a minute stray capacitance is generated between the detection signal electrode pattern and the adjacent constant potential electrode pattern. However, a constant potential electrode is further provided between the constant potential electrode pattern and the detection signal electrode pattern. Since the pattern is formed, the stray capacitance between the adjacent constant potential electrode patterns is so small as to be negligible, and the influence on the detection signal is so small that an accurate detection signal can be obtained.
また、前述した圧電振動片は、所定面に形成される矩形状の基部と、前記基部の対向するそれぞれの端面から延出される駆動振動腕と検出振動腕と、前記駆動振動腕に形成される駆動信号電極と、前記検出振動腕に形成される検出信号電極と、前記基部の少なくとも一方の主面に連続して形成される前記駆動信号電極に連続する駆動信号電極パターンと前記検出信号電極に連続する検出信号電極パターンと、前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、が備えられていることが好ましい。 The piezoelectric vibrating piece described above is formed on a rectangular base portion formed on a predetermined surface, a driving vibration arm and a detection vibration arm extending from respective opposing end surfaces of the base portion, and the driving vibration arm. A drive signal electrode; a detection signal electrode formed on the detection vibrating arm; a drive signal electrode pattern continuous to the drive signal electrode formed continuously on at least one main surface of the base; and the detection signal electrode It is preferable that a continuous detection signal electrode pattern and a plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern are provided.
ここで、所定面とは、例えば、圧電振動片が水晶で形成されている場合、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸で構成される平面を示す。また、厚み方向は光学軸と呼ばれるZ軸である。
さらに、基部の重心位置とは、圧電振動片の重心位置でもある。
Here, for example, when the piezoelectric vibrating piece is formed of quartz, the predetermined surface indicates a plane constituted by an X axis called an electric axis and a Y axis called a mechanical axis. The thickness direction is a Z axis called an optical axis.
Furthermore, the center-of-gravity position of the base is also the center-of-gravity position of the piezoelectric vibrating piece.
このような構造によれば、圧電振動片の基部に形成される駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンの間に複数の定電位の電極パターンが形成されているため、GND電極が2本ある場合、駆動信号電極パターンと、この駆動信号電極パターンに隣接するGND電極パターンの間には微小な浮遊容量が発生するが、このGND電極パターンと検出信号電極パターンとの間には、さらにもう1本のGND電極パターンが形成されているため、隣接するGND電極パターン間の浮遊容量は無視できる程度に微小となり、この浮遊容量が検出信号に与える影響は無視できるほど小さいため、正確な検出信号を得ることができる。 According to such a structure, since a plurality of constant potential electrode patterns are formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern formed at the base of the piezoelectric vibrating piece, there are two GND electrodes. A small stray capacitance is generated between the drive signal electrode pattern and the GND electrode pattern adjacent to the drive signal electrode pattern, and another one is provided between the GND electrode pattern and the detection signal electrode pattern. Since the GND electrode pattern is formed, the stray capacitance between adjacent GND electrode patterns is negligibly small, and the influence of this stray capacitance on the detection signal is so small that it can be ignored, so that an accurate detection signal is obtained. be able to.
このことを検出信号電極パターン側から見ても同様なことが説明できる。即ち、検出信号電極パターンと隣接するGND電極パターンの間に生じる浮遊容量が、駆動信号に影響を与えることを低減することができる。 The same can be explained when this is seen from the detection signal electrode pattern side. That is, it is possible to reduce the stray capacitance generated between the detection signal electrode pattern and the adjacent GND electrode pattern from affecting the drive signal.
例えば、駆動電極パターンと検出電極パターンの間に、3本のGND電極が形成される場合、駆動電極パターンと隣接するGND電極パターンとの間に生じる浮遊容量は、さらに、中央のGND電極パターンとの間でさらに微小化され、検出信号電極パターンに隣接するGND電極パターンとの間で無視できる程度となり、正確な検出信号を得ることができる。
これらのGND電極パターンは、2本または3本に限らずもっと増やすことができるが、基部の限られた範囲の面積では、3本設けることが適当である。
For example, when three GND electrodes are formed between the drive electrode pattern and the detection electrode pattern, the stray capacitance generated between the drive electrode pattern and the adjacent GND electrode pattern is further reduced to the center GND electrode pattern. Between the GND electrode pattern and the GND electrode pattern adjacent to the detection signal electrode pattern, and an accurate detection signal can be obtained.
The number of the GND electrode patterns is not limited to two or three, but can be increased. However, it is appropriate to provide three GND electrode patterns in a limited area of the base.
前述の構造の圧電振動片は、前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンと前記定電位の電極パターンとが、前記基部の重心位置を通るX軸に平行な線に対して対称であることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating piece having the above-described structure, the drive signal electrode pattern, the detection signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern are symmetrical with respect to a line parallel to the X axis passing through the center of gravity of the base portion. Is preferred.
詳しくは後述するが、例えば、基部の対向する端面それぞれからY軸に平行に検出振動腕が延出されている場合、重心位置を通るX軸に対して形成される前述の電極パターンが対称形に形成されているため、仮に、前述したような浮遊容量が生じても、検出信号電極の浮遊容量の大きさが同じになるため、一方の検出振動腕の検出信号と他方の検出振動腕の検出信号に与える影響も同じであるので、出力される検出信号の値も同じとなり、前述したGND電極パターンを設けることによる効果に加え、さらに正確な検出信号を得ることができる。 As will be described in detail later, for example, when the detection vibrating arm is extended in parallel to the Y axis from each of the opposing end surfaces of the base, the aforementioned electrode pattern formed with respect to the X axis passing through the center of gravity is symmetrical. Therefore, even if the stray capacitance as described above occurs, the detection signal electrode has the same stray capacitance, so that the detection signal of one detection vibration arm and the detection vibration arm of the other detection vibration arm are the same. Since the influence on the detection signal is also the same, the value of the output detection signal is also the same, and in addition to the effect obtained by providing the GND electrode pattern, a more accurate detection signal can be obtained.
また、前述の各電極パターンの構成では、前記駆動信号電極パターンと前記駆動信号電極パターンと前記定電位の電極パターンのうち、それぞれが隣接する電極パターン間が、略同じ間隙を有していることが好ましい。 Further, in the configuration of each electrode pattern described above, among the drive signal electrode pattern, the drive signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern, the electrode patterns adjacent to each other have substantially the same gap. Is preferred.
隣接する電極パターン間に生ずる浮遊容量は、電極パターン間の物質の誘電率と対向する電極パターンの面積と電極パターン間の距離によって算出することができる。ここで、前述したように各電極パターンは、重心位置を通るX軸に対して対称に形成されていることと、電極パターン間の距離が略同じに設定されていることから、電極パターン間に生じる微小浮遊容量の影響は、基部の対向する端面から延出されるそれぞれ検出振動腕の検出信号に与える影響が同じになるため、この影響を相殺処理することができ、安定した検出信号を得ることができる。このことは、前述したように駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンとの間にGND電極パターンを備えることと合わせて、浮遊容量の影響をさらに減縮することができる。 The stray capacitance generated between adjacent electrode patterns can be calculated from the dielectric constant of the substance between the electrode patterns, the area of the opposing electrode pattern, and the distance between the electrode patterns. Here, as described above, each electrode pattern is formed symmetrically with respect to the X axis passing through the center of gravity, and the distance between the electrode patterns is set to be substantially the same. The influence of the generated micro stray capacitance has the same influence on the detection signals of the detection vibrating arms extending from the opposite end faces of the base, so that this influence can be offset and a stable detection signal can be obtained. Can do. This can further reduce the influence of the stray capacitance in combination with the provision of the GND electrode pattern between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern as described above.
また、本発明の圧電振動片は、前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンと前記定電位の電極パターンとが、それぞれ電極ランド部を備え、前記電極ランド部が、重心位置を通るX軸及びY軸に平行な線に対して対称位置に備えられていることが好ましい。 In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, the drive signal electrode pattern, the detection signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern each include an electrode land portion, and the electrode land portion passes through the center of gravity. And it is preferable to be provided in a symmetrical position with respect to a line parallel to the Y axis.
詳しくは後述するが、圧電振動片は、リード部材によって各電極パターンと接続され支持される。各電極パターンには、このリード部材との接続部に接続用の電極ランド部が設けられている。この電極ランド部が重心位置を中心にX軸、Y軸に対してそれぞれ対称に備えられているため、圧電振動片が安定して支持されるため、長期間にわたって安定した性能を維持することができる。 As will be described in detail later, the piezoelectric vibrating piece is connected to and supported by each electrode pattern by a lead member. Each electrode pattern is provided with an electrode land portion for connection at a connection portion with the lead member. Since the electrode land portion is provided symmetrically with respect to the X axis and the Y axis with the center of gravity as the center, the piezoelectric vibrating piece is stably supported, so that stable performance can be maintained over a long period of time. it can.
さらに、前記定電位の電極パターンが、前記圧電振動片において独立して形成されていることが好ましい。
詳しくは後述するが、前述した駆動信号電極及び検出信号電極には、それぞれに対応したGND電極が設けられる。GND電極の電位は定電位に制御される。前記定電位の電極パターンは、圧電振動片内では独立して構成され、例えば、圧電振動片の駆動、検出制御を行う半導体装置内においてGND電極と接続されることが好ましく、このことによって、圧電振動片内では、前述した電極パターン間に生ずる浮遊容量の影響をなくすという前述した効果が得られるとともに、半導体装置の回路構成を簡素にすることができる。
Furthermore, it is preferable that the constant potential electrode pattern is formed independently in the piezoelectric vibrating piece.
As will be described in detail later, the drive signal electrode and the detection signal electrode described above are provided with corresponding GND electrodes. The potential of the GND electrode is controlled to a constant potential. The electrode pattern of the constant potential is configured independently in the piezoelectric vibrating piece, and is preferably connected to the GND electrode in a semiconductor device that performs drive and detection control of the piezoelectric vibrating piece, for example. In the resonator element, the above-described effect of eliminating the influence of the stray capacitance generated between the electrode patterns described above can be obtained, and the circuit configuration of the semiconductor device can be simplified.
また、前記所定面に設けられる矩形の基部と、前記基部の一つの端面から並行に延出される2本の振動腕と、前記振動腕の主面に形成される検出信号電極と、前記振動腕の側面に形成される駆動信号電極と、前記基部の少なくとも一方の主面に連続して形成される前記駆動信号電極に連続する駆動信号電極パターンと前記検出信号電極に連続する検出信号電極パターンと、前記検出信号電極と前記駆動信号電極パターン、あるいは前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、が備えられていることが好ましい。 A rectangular base provided on the predetermined surface; two vibrating arms extending in parallel from one end face of the base; a detection signal electrode formed on a main surface of the vibrating arm; and the vibrating arm A drive signal electrode formed on a side surface of the base, a drive signal electrode pattern continuous with the drive signal electrode formed continuously on at least one main surface of the base, and a detection signal electrode pattern continuous with the detection signal electrode Preferably, the detection signal electrode and the drive signal electrode pattern, or a plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern are provided.
ここで、基部の一つの端面から並行に延出される2本の振動腕を有する圧電振動片としては、例えば音叉型の圧電振動片を採用することができる。また、振動腕の主面とは、基部が形成される所定面と同一平面にある面を意味する。
このような構造によれば、振動腕の主面に形成される検出信号電極と振動腕の側面に形成される駆動信号電極との間、または駆動信号電極パターンと駆動信号電極パターンとの間に定電位の電極パターンが設けられているために、音叉型圧電振動片であっても、前述したような浮遊容量の検出信号への影響を極小化することができる。
Here, as the piezoelectric vibrating piece having two vibrating arms extending in parallel from one end face of the base, for example, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece may be employed. The main surface of the vibrating arm means a surface that is in the same plane as the predetermined surface on which the base is formed.
According to such a structure, between the detection signal electrode formed on the main surface of the vibrating arm and the driving signal electrode formed on the side surface of the vibrating arm, or between the driving signal electrode pattern and the driving signal electrode pattern. Since the constant potential electrode pattern is provided, even the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece can minimize the influence of the stray capacitance on the detection signal as described above.
また、本発明による圧電振動片では、少なくとも3面以上の所定面を有する振動体と、前記振動体の複数の前記所定面のうちのそれぞれ平行でない所定面に形成される前記駆動信号電極と前記検出信号電極と前記駆動信号電極と前記検出信号電極との間に形成される複数の定電位の電極パターンと、が備えられていることが好ましい。
このように複数の所定面を有する振動体としては、例えば、三角柱または四角柱等の断面形状が多角形の振動体を示し、所定面とは、三角柱等の側面を示す。
In the piezoelectric vibrating piece according to the present invention, the vibrating body having at least three predetermined surfaces, the drive signal electrode formed on a predetermined surface that is not parallel to each of the predetermined surfaces of the vibrating body, and the Preferably, a plurality of constant potential electrode patterns formed between the detection signal electrode, the drive signal electrode, and the detection signal electrode are provided.
Thus, as the vibrating body having a plurality of predetermined surfaces, for example, a vibrating body having a polygonal cross section such as a triangular prism or a quadrangular prism is shown, and the predetermined surface means a side surface such as a triangular prism.
このように、前記の三角柱または四角柱等の振動体であっても、隣接する検出信号電極と駆動信号電極との間に複数の定電位の電極パターンを設けることによって、浮遊容量が検出信号に与える影響を極小にすることができる。 As described above, even in the case of the vibrating body such as the triangular prism or the quadrangular prism, the stray capacitance is converted into the detection signal by providing a plurality of constant potential electrode patterns between the adjacent detection signal electrode and the drive signal electrode. The effect on this can be minimized.
また、本発明の振動型ジャイロスコープは、前述した圧電振動片が格納される側体と蓋体とから構成される容器と、前記圧電振動片の基部の各電極ランドに一方の端部が接続され、他方の端部が前記側体または蓋体に接続されるリード部材と、が備えられ、前記リード部材が、前記基部の重心位置を通るX軸及びY軸に平行な線に対して対称になるように備えられていることを特徴とする。 Further, the vibrating gyroscope of the present invention has one end connected to a container composed of a side body and a lid for storing the piezoelectric vibrating piece, and to each electrode land of the base of the piezoelectric vibrating piece. A lead member having the other end connected to the side body or the lid, and the lead member is symmetrical with respect to a line parallel to the X axis and the Y axis passing through the center of gravity of the base It is equipped to become.
このような構造によれば、圧電振動片を容器内に各リード部材によってX軸方向及びY軸方向にバランスよく支持されるので、圧電振動片は安定した姿勢とバランスのよい支持力で支持され、安定した振動を得ることができる。
また、リード部材が弾性を有する材料で形成される場合には、外部からの衝撃や振動に対する緩衝機能を有することができる。
According to such a structure, since the piezoelectric vibrating piece is supported in the container in a balanced manner in the X-axis direction and the Y-axis direction by the lead members, the piezoelectric vibrating piece is supported with a stable posture and a well-balanced supporting force. Stable vibration can be obtained.
Further, when the lead member is formed of an elastic material, it can have a buffering function against external impacts and vibrations.
また、このような振動型ジャイロスコープは、前記側体または前記蓋体の内面に、前記リード部材の他方の端部が接続される電極ランド部と、前記電極ランド部にそれぞれ連続する駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンと、前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、が備えられていることが好ましい。 In addition, such a vibration type gyroscope includes an electrode land portion to which the other end of the lead member is connected to an inner surface of the side body or the lid body, and a drive signal electrode that is continuous with the electrode land portion, respectively. It is preferable that a pattern, a detection signal electrode pattern, and a plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern are provided.
前述した圧電振動片は、リード部材によって側体または蓋体に接続され、さらに、側体または蓋体に形成される電極パターンによって、後述する半導体装置に接続される。この電極パターンのうち、駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンとの間に複数の定電位の電極パターンが形成されるので、圧電振動片と半導体装置にいたる過程の電極パターン間に生ずる浮遊容量を減ずることができ、前述の圧電振動片の浮遊容量減少と合わせ、より一層、浮遊容量の検出信号に対する影響を小さくすることができ、高性能な振動型ジャイロスコープを提供することができる。 The piezoelectric vibrating piece described above is connected to a side body or a lid by a lead member, and is further connected to a semiconductor device described later by an electrode pattern formed on the side body or the lid. Among these electrode patterns, a plurality of constant potential electrode patterns are formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern. Therefore, the stray capacitance generated between the electrode pattern in the process leading to the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor device is reduced. In combination with the above-described decrease in the stray capacitance of the piezoelectric vibrating piece, the influence of the stray capacitance on the detection signal can be further reduced, and a high-performance vibrating gyroscope can be provided.
さらに、前記側体または前記蓋体の内面に、少なくとも前記定電位の電極パターンの一つと接続するシールド電極パターンが形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。 The vibrating gyroscope further includes a shield electrode pattern connected to at least one of the constant potential electrode patterns on an inner surface of the side body or the lid.
このような構造によれば、容器内面が、定電位の電極パターン、即ち、GND電極パターンで大部分が覆われることになるため、外部からの電磁波ノイズをシールドすることができる。また、この振動型ジャイロスコープから外部へ電磁波ノイズを射出することも防止することができる。このことにより、電磁波ノイズがある環境でも使用することができ、また、他の電子機器に影響を与えることもない信頼性が高い振動型ジャイロスコープを提供することができる。 According to such a structure, most of the inner surface of the container is covered with the constant potential electrode pattern, that is, the GND electrode pattern, so that electromagnetic noise from the outside can be shielded. Further, it is possible to prevent electromagnetic noise from being emitted from the vibrating gyroscope to the outside. Accordingly, it is possible to provide a vibration gyroscope with high reliability that can be used even in an environment with electromagnetic noise and that does not affect other electronic devices.
さらに、本発明による振動型ジャイロスコープでは、前述した音叉型の圧電振動片と前記圧電振動片が格納される側体と蓋体とから構成される容器と、前記側体または前記蓋体のどちらか一方に設けられる台座と、が備えられ、前記台座に前記圧電振動片の基部が固着されていることを特徴とする。 Further, in the vibratory gyroscope according to the present invention, the above-described tuning fork-type piezoelectric vibrating piece, a container including the side body and the lid body in which the piezoelectric vibrating piece is stored, and the side body or the lid body. A pedestal provided on either side, and the base of the piezoelectric vibrating piece is fixed to the pedestal.
このようにすれば、前述の圧電振動片は、検出信号電極と駆動信号電極との間に複数の定電位の電極パターンを有しているので、浮遊容量の影響を受けにくく、また、振動腕の振動を受けない基部が台座に固着されているため、圧電振動片は安定した姿勢で支持され、安定した振動を得ることができるとともに、正確な検出信号を長期間にわたって得ることができる。 In this way, the above-described piezoelectric vibrating piece has a plurality of constant potential electrode patterns between the detection signal electrode and the drive signal electrode, so that it is not easily affected by stray capacitance, and the vibrating arm Since the base that does not receive the vibration is fixed to the pedestal, the piezoelectric vibrating piece is supported in a stable posture, can obtain a stable vibration, and can obtain an accurate detection signal over a long period of time.
さらに、本発明による振動型ジャイロスコープでは、前述した少なくとも3面以上の所定面を有する圧電振動片と、前記圧電振動片が格納される側体と蓋体とから構成される容器と、前記圧電振動片を支持する支持部材と、前記複数の所定面のうち、隣接する所定面によって構成される稜線部が、前記支持部材に支持されていることを特徴する。 Furthermore, in the vibratory gyroscope according to the present invention, the above-described piezoelectric vibrating piece having at least three predetermined surfaces, a container including a side body and a lid for storing the piezoelectric vibrating piece, and the piezoelectric The support member that supports the resonator element and a ridge line portion constituted by an adjacent predetermined surface among the plurality of predetermined surfaces are supported by the support member.
このような構造によれば、前述の圧電振動片は、それぞれの所定面に形成された検出信号電極と駆動信号電極との間に複数の定電位の電極パターンを有しているので、浮遊容量の影響を受けにくく、また、三角柱または四角柱等の稜線部には、振動体の振動に影響をしないノード点を有し、この稜線部のノード点を支持部材で支持するため、圧電振動片は安定した振動を得ることができるとともに、正確な検出信号を得ることができる。 According to such a structure, the above-described piezoelectric vibrating piece has a plurality of constant potential electrode patterns between the detection signal electrode and the drive signal electrode formed on each predetermined surface. In addition, the ridge line portion such as a triangular prism or a quadrangular prism has a node point that does not affect the vibration of the vibrating body, and the node point of the ridge line portion is supported by a support member. Can obtain a stable vibration and an accurate detection signal.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図7は本発明の実施形態1に係る圧電振動片及び振動型ジャイロスコープを示し、図8には、実施形態2に係る圧電振動片、図9には、実施形態3に係る振動型ジャイロスコープが示され、図10には、実施形態4に係る圧電振動片、図11には、実施形態4に係る振動型ジャイロスコープ、図12,13には、実施形態5に係る圧電振動片、図14には、実施形態5に係る振動型ジャイロスコープが示されている。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 7 show a piezoelectric vibrating piece and a vibrating gyroscope according to a first embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a piezoelectric vibrating piece according to the second embodiment, and FIG. 9 shows a vibration according to the third embodiment. 10 shows a piezoelectric vibrating piece according to the fourth embodiment, FIG. 11 shows a vibrating gyroscope according to the fourth embodiment, and FIGS. 12 and 13 show piezoelectric vibration according to the fifth embodiment. FIG. 14 shows a vibrating gyroscope according to the fifth embodiment.
(Embodiment 1)
図1〜図7には実施形態1に係る圧電振動片及び振動型ジャイロスコープが示されている。
図1は、本実施形態1の振動型ジャイロスコープを示す平面図であり、図2は、概略断面図である。なお、図1は、振動型ジャイロスコープの内部の構造を分かりやすく説明するために、図2に記載する蓋体30を取り外した状態を示している。図1及び図2において、本実施形態1に係る振動型ジャイロスコープ100は、振動源としての圧電振動片10と圧電振動片10を支持するリード部材41〜52と、圧電振動片10を格納する容器を構成する側体20と蓋体30(図2、参照)と、リード部材41〜52を支持する支持基板60と、から構成されている。
1 to 7 show a piezoelectric vibrating piece and a vibrating gyroscope according to the first embodiment.
FIG. 1 is a plan view showing a vibrating gyroscope according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic sectional view. FIG. 1 shows a state in which the
圧電振動片10は、所定面としてのXY平面内に形成される。実施形態1では、圧電振動片10は、水晶で形成され、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸及び光学軸と呼ばれるZ軸の、X軸とY軸の平面方向に切り出されたZカットの水晶基板である。圧電振動片10は、所定の厚みの水晶基板で形成されている。圧電振動片10の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてXY平面に展開され、中心点Gに対して180°点対称の形状をしている。中心点Gは圧電振動片10の重心位置である。また、図1では図示していないが、圧電振動片10の表面には所定の電極が形成されている(図3、参照)。
The piezoelectric vibrating
圧電振動片10には、X軸方向とY軸方向にそれぞれ平行な端面をもつ矩形状の基部12が形成され、基部12のY軸に平行な2端面の中央からX軸に平行な方向に延出される二つの連結腕13,14と、基部12のX軸に平行な2端面の中央からY軸に平行な方向に延出される検出振動腕系16が形成され、検出振動腕系16はY軸プラス方向に検出振動腕16AとY軸マイナス方向に16Bとが延出されている。連結腕13,14それぞれの先端には1対の駆動振動腕系15が形成され、連結腕13の先端直角方向にそれぞれ駆動振動腕15A,15Bが延出され、連結腕13の反対方向の連結腕14の先端には直角方向にそれぞれ駆動振動腕15C,15Dが延出されている。
The piezoelectric vibrating
駆動振動腕15A,15B,15C,15Dは、所定の周波数の駆動振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。また、検出振動腕16A,16B、及び連結腕13,14は、所定の検出振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。
The driving
圧電振動片10の基部12の表裏関係にある両面のうち、側体20の底面21側(以降、主面10Aと呼称する)には、後述する(図3、参照)電極パターンが形成され、電極ランド部が設けられ、リード部材41〜52の一方の端部が接続されている。また、リード部材41〜52の他方の端部は、側体20の底面に設けられた電極ランド部に接続されている。
Of both surfaces of the
図1において、リード部材41,42,43は、図中下方に向かって設けられ、リード部材47,48,49は重心位置Gを通るX軸に平行な線に対してリード部材41〜43と線対称である。また、リード部材44,45,46は図中左方向に向かって設けられ、リード部材50,51,52は、重心位置Gを通るY軸に平行な線に対して線対称である。
つまり、重心位置Gを中心にして、リード部材41〜52の対向するリード部材は、それぞれX軸、Y軸方向に対して対称に配置され、形状も対称形である。
In FIG. 1, lead
That is, the
図2には、実施形態1に係る圧電振動子1の概略断面図(図1のA−A断面)が示されている。図1も参照して説明する。なお、各リード部材の形状や、各リード部材と圧電振動片及び側体の底面との接続部構造は同じであるため代表例としてリード部材41,52(以降、リード部材41等と呼称することがある)を記載し説明する。図2において、側体20はセラミックス等で形成された底面が四角形の容器のベースであり、底面21には、圧電振動片10の駆動信号制御及び検出信号制御を行う半導体装置90が載置固定されており、図5に示す電極ランド214B,215B,216B,317B,212B,318B,220B,219B,213B,218B,211B,217Bと図示しない金線等で接続されている。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view (cross-section AA in FIG. 1) of the
側体20の周縁部端面20Aには、金属層が形成されており、金属製の蓋体30がシーム溶接等の手段で密着固定されて容器が形成される。この容器内は真空状態である。
A metal layer is formed on the
次に、圧電振動片10の支持構造について説明する。X軸方向に延在するリード部材44〜46,50〜52と、Y方向に延在するリード部材41〜43,47〜49(図2では、代表例としてリード部材41,52を記載し説明する)と、は、それぞれ対向する位置にあるリード部材が同じ形状を有する帯状部材である。リード部材41,52は一方の端部が圧電振動片10の基部12に形成される電極ランド部(図3にて詳述する)に接続され、他方の端部は側体20の底面21に形成される電極ランド(図5にて詳述する)に接続される。また、リード部材41,52の側体20の底面21に接続される部位は支持基板60で支持されている。
Next, the support structure of the piezoelectric vibrating
支持基板60は、ステンレス鋼板にポリイミド樹脂等の絶縁層75を設けた基板であり(図1、図2、参照)、外形が四角形の板状部材で、外周4辺には、リード部材41〜43と底面21との接続部を覗く開口部62と、リード部材44〜46と底面21との接続部を覗く開口部63と、リード部材47〜49と底面21との接続部を覗く開口部64と、リード部材50〜52と底面21との接続部を覗く開口部65とが形成されている。また、支持基板60の中央部には、リード部材41〜52の立ち上がり部分が挿通される四角形の窓開け部66が形成されている。これらの開口部62〜65と窓開け部66とは、本実施形態1では四角形としたが、リード部材の接続において阻害要因とならない形状であれば形状は限定されない。
なお、支持基板60の材料は、ステンレス鋼鈑の他にセラミックスを採用することができる。セラミックスの場合、絶縁層を省略することができる。
The
In addition, the material of the
続いて、図2を参照してリード部材の断面形状について詳細に説明する。各リード部材の基本形状は同じであるため代表例として、リード部材41,52を上げ説明する。図2で示したリード部材41,52は、圧電振動片10が前述のリード部材の接続部以外の場所や側体20及び支持基板60と接触しないように形成されている。詳述すれば、側体20の底面21に形成された電極ランド215A,217A(以降、電極ランド215A等と呼称することがある)に一端を接続したリード部材41,52は支持基板60の窓開け部66の位置で支持基板60の周縁部から中央上方に向かう方向に一旦折り曲げられた後、さらに側体20の底面21にほぼ平行となるように端部を含む部位を折り曲げ、その端部に圧電振動片10の電極ランド部115A,117A(以降、電極ランド部115A等と呼称することがある)に接続する。
Next, the cross-sectional shape of the lead member will be described in detail with reference to FIG. Since the basic shape of each lead member is the same, the
次に、リード部材と圧電振動片、リード部材と側体、との接続構造について詳しく説明する。図2を参照して説明する。リード部材41,52をリード部材41等として説明する。まず、リード部材41等は、端部上面が支持基板60に接着剤で固定され、側体20の底面21に形成された電極ランド215A等に導電性接着剤やAuバンプの熱溶着等の手段で接続、固定される。
Next, a connection structure between the lead member and the piezoelectric vibrating piece and the lead member and the side body will be described in detail. This will be described with reference to FIG. The
このような状態で、リード部材41等の一方の端部に圧電振動片10を載置し、基部12の主面10Aに形成された電極ランド部115A等に導電性接着剤80を塗布し乾燥して、リード部材41等と圧電振動片10とが接続、固定される。
In such a state, the piezoelectric vibrating
蓋体30は、側体20の周縁部端面20Aにシーム溶接等の手段で密着固定される。この作業は、真空環境内で行われるため、圧電振動子1内は真空状態である。
なお、蓋体30及び側体20は、通常の環境で遭遇することが予測される外力の範囲で変形しない程度の剛性を有することが好ましい。
The
In addition, it is preferable that the
続いて、本実施形態1に係る圧電振動片10の電極構成について図面に基づき説明する。
図3は、実施形態1に係る圧電振動片の電極構成を示す平面図である。図3は、圧電振動片10のリード部材が接続される主面10A(図2では、圧電振動片の下面側)を示している。図1も参照して説明する。図3において、駆動振動腕15A,15Bの表面には、駆動信号電極111が形成され、連結腕13の表面を通って基部12の表面まで連続している。基部12に形成された電極パターンは、駆動信号電極パターン111Aである。この駆動信号電極パターン111Aにはリード部材45と接続する電極ランド部111B(図中、○印で示す。なお、以降この○印は、電極ランド部の位置を示し、大きさは示していない)を有する。駆動信号電極パターン111Aは、基部12の反対側の端部まで連続している。駆動信号電極パターン111Aは、連結腕13の端部111Cから主面10B側に連続し、図示しない連結腕13,14を経由して駆動振動腕15C,15Dの他方の主面10B(図2では、圧電振動片の上面)に駆動信号電極112と面対称となるように形成されている。
Next, the electrode configuration of the piezoelectric vibrating
FIG. 3 is a plan view illustrating an electrode configuration of the piezoelectric vibrating piece according to the first embodiment. FIG. 3 shows the
駆動振動腕15C,15Dの主面10Aには、駆動信号電極112が形成され、連結腕14の表面を通って基部12の表面まで達している。基部12に形成された電極パターンは、駆動信号電極パターン112Aである。この駆動信号電極パターンにはリード部材51と接続する電極ランド部112B(図中、○印)を有する。この駆動信号電極パターン112Aは、連結腕14の端部112Cから図示しない主面10B及び連結腕14,13の側面を経由し(図示せず)、駆動振動腕15A,15Bの他方の主面10B(図2では、圧電振動片の上面)に駆動信号電極111と面対称となるように形成されている。
A
また、検出振動腕16Aの主面10Aには、検出信号電極113が形成され基部12に達しており、検出信号電極パターン113Aが形成され、リード部材47と接続される電極ランド部113B(図中、○印)を有する。また、図示しないが、検出信号電極113は、検出振動腕16Aの側面を経由して主面10B側の表面に連続し、検出信号電極113と面対称の検出信号電極が形成されている。
Further, the
検出振動腕16Bの主面10Aには、検出信号電極114が形成され基部12に達しており、検出信号電極パターン114Aが形成され、リード部材43と接続される電極ランド部114B(図中、○印)を有する。また、図示しないが、検出信号電極114は、図示しないが、検出振動腕16Bの側面を経由して主面10B側の表面に連続し、検出信号電極114と面対称の検出信号電極が形成されている。
The
前述した基部12の主面10Aに形成される駆動信号電極パターン111A,112Aと、検出信号電極パターン113Aと、の間には、3本の電極パターン118,120,119が設けられている。この電極パターン118,120,119はそれぞれ同電位、定電位の電極パターンで、本実施形態1では半導体装置90(図2、参照)のGND(グランド)電極に接続されるGND電極パターンである。これらのGND電極パターン118,120,119には、それぞれ、リード部材46と接続される電極ランド部118Aと、リード部材50と接続される電極ランド部118Bと、リード部材49と接続される電極ランド部120Aと、リード部材48と接続される電極ランド部119Aとを有する。
Three
また、前述した基部12の主面10Aに形成される駆動信号電極111,112と、検出信号電極パターン114Aと、の間には、3本の電極パターン117,115,116が設けられている。この電極パターン117,115,116はそれぞれ同電位、定電位の電極パターンで、本実施形態1では半導体装置90(図2、参照)のGND(グランド)電極に接続されるGND電極パターンである。これらのGND電極パターン117,115,116には、それぞれ、リード部材44と接続される電極ランド部117Aと、リード部材52と接続される電極ランド部117Bと、リード部材43と接続される電極ランド部115Aと、リード部材42と接続される電極ランド部116Aを有する。
Further, three
以上説明した基部12表面に形成される各電極パターンは、重心位置Gを通りX軸に平行な直線に対して対称形になるように設定され、また、各電極ランドは、それぞれ、重心位置Gを通るX軸及びY軸に平行な直線に対して対称の位置に設定される。
また、前述した基部12の主面10Aに形成される前述した各電極パターンのうち、隣接する電極パターン間の距離はそれぞれ略同じになるように設定されている。
Each electrode pattern formed on the surface of the base 12 described above is set so as to be symmetrical with respect to a straight line passing through the center of gravity position G and parallel to the X axis. Is set to a symmetrical position with respect to a straight line parallel to the X axis and the Y axis.
Further, among the electrode patterns described above formed on the
図4には、各電極パターンの要部断面が示されている。基部12に形成される電極パターンの一部を例示し説明する。基部12の主面10Aには検出信号電極パターン113AとGND電極パターン119,120,118と駆動信号電極パターン111Aが、それぞれが隣接して形成されており、隣接する各電極パターンとの距離はL1,L2,L3,L4で表され、L1=L2=L3=L4の関係にある。
前述した電極ランドに一方の端部が接続されるリード部材41〜52は、側体20の底面に形成される電極パターンに他方の端部が接続される。
FIG. 4 shows a cross section of the main part of each electrode pattern. A part of the electrode pattern formed on the
In the
図5は、側体20の底面21に形成される電極パターンを示す平面図である。図1、図3も参照して説明する。図5において、側体20の底面21の略中央には、圧電振動片10の駆動信号制御及び検出信号制御を行う半導体装置90が、ダイアタッチ等で固定されている。
次に、個々の電極パターンの構成について説明する。GND電極パターン215には、両端に半導体装置と接続される電極ランド215Bと、リード部材41と接続される電極ランド215Aと、GND電極パターン217近傍まで延出される電極パターン部215Cと、が形成される。
FIG. 5 is a plan view showing an electrode pattern formed on the
Next, the configuration of each electrode pattern will be described. The
また、GND電極パターン216には、半導体装置90と接続される電極ランド216Bと、リード部材42と接続される電極ランド216Aと、検出信号電極パターン214に隣接する側を取り囲むように広い面積の電極パターン部216Cと、が形成される。
The
検出信号電極パターン214には、半導体装置90と接続される電極ランド214Bと、リード部材43と接続される電極ランド214Aと、が形成される。
In the detection
GND電極パターン217には、半導体装置90と接続される電極ランド217Bと、リード部材44と接続される電極ランド217Aと、GND電極パターン部213Cに近接する位置まで延出される電極パターン部217Cが形成される。
In the
駆動信号電極パターン211には、半導体装置90と接続される電極ランド211Bと、リード部材45と接続される電極ランド211Aと、が形成される。
In the drive
GND電極パターン218には、半導体装置90と接続される電極ランド218Bと、リード部材46と接続される電極ランド218Aと、駆動信号電極パターン211の電極ランド211Aの一部に近接する位置まで延出される電極パターン部218Cと、が形成される。
The
検出信号電極パターン213には、半導体装置90と接続される電極ランド213Bと、リード部材47と接続される電極ランド213Aと、が形成される。
In the detection
GND電極パターン219には、半導体装置90と接続される電極ランド219Bと、リード部材48と接続される電極ランド219Aと、検出信号電極パターン213に近接するまで広い面積で延出される電極パターン部219Cが形成される。
The
GND電極パターン220には、半導体装置90と接続される電極ランド220Bと、リード部材49と接続される電極ランド220Aと、GND電極パターン220とGND電極パターン318との間に延出される電極パターン部220Cと、が形成される。
The
GND電極パターン318には、半導体装置90と接続される電極ランド318Bと、リード部材50と接続される電極ランド318Aと、駆動信号電極パターン212の電極ランド212Aに近接する電極パターン部318Cが形成される。
In the
駆動信号電極パターン212には、半導体装置90と接続される電極ランド212Bと、リード部材51と接続される電極ランド212Aとが形成される。
In the drive
GND電極パターン317には、半導体装置90と接続される電極ランド317Bとリード部材52と接続される電極ランド317Aと、GND電極パターン215に近接するまで広い面積で延出された電極パターン部317Cが形成される。
The
前述したように構成された電極パターンは、検出信号電極パターン214と駆動信号電極パターン211の間に3本のGND電極パターン216C,215C,217が形成され、同様に駆動信号電極パターン211と検出信号電極パターン213の間に、GND電極パターン218,217C,219Cが形成され、検出信号電極パターン213と駆動信号電極パターン212の間には、GND電極219,220(220C),318が形成され、さらに、駆動信号電極パターン212と検出信号電極パターン214の間には、GND電極パターン317(317C),215,216が形成され、前述した圧電振動片10の電極パターンと同様な構成にしている。
In the electrode pattern configured as described above, three
なお、図3では、側体20の底面21に、前述したように検出信号電極パターンと駆動信号電極パターンとの間に3本のGND電極を形成したが、検出信号電極パターンと駆動信号パターンとの距離が浮遊容量として影響が出ない程度に離れている場合には、必ずしもこれらのGND電極パターンは必要としない。
また、GND電極パターン間の距離が先述したように充分大きく設定できれば、GND電極パターンは、2本でもよい。
In FIG. 3, three GND electrodes are formed between the detection signal electrode pattern and the drive signal electrode pattern on the
Further, if the distance between the GND electrode patterns can be set sufficiently large as described above, the number of GND electrode patterns may be two.
続いて、実施形態1に係る圧電振動子1の振動動作について説明する。
図6及び図7は、本実施形態1の圧電振動片10の動作を模式的に説明するための平面図である。図6、図7においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表している。図1と同じ構成部分を同じ符号で示し、説明を省略する。
Next, the vibration operation of the
6 and 7 are plan views for schematically explaining the operation of the piezoelectric vibrating
図6は、駆動振動を説明する図である。図6において、駆動振動は、駆動振動腕15A,15B,15C,15Dが矢印A方向に振動する屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、駆動振動腕15A,15Bと駆動振動腕15C,15Dとが、重心位置Gを通るY軸で線対称の振動を行っているので、基部12、連結腕13,14及び検出振動腕16A,16Bは、ほとんど振動しない。
FIG. 6 is a diagram for explaining drive vibration. In FIG. 6, the drive vibration is a bending vibration in which the
図7は、検出振動を説明する図である。図7において、検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を、前記駆動振動の周波数で繰り返している。検出振動は、圧電振動片10が図3に示した駆動振動を行っている状態で、圧電振動片10にZ軸周りの回転角速度ωが加わった時、駆動振動腕15A,15B及び15C,15Dに矢印Bで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。
FIG. 7 is a diagram for explaining the detected vibration. In FIG. 7, the detected vibration repeats a vibration state indicated by a solid line and a vibration state indicated by a two-dot chain line at the frequency of the drive vibration. When the piezoelectric vibrating
このことより、駆動振動腕15A,15B,15C,15Dが、矢印Bで示す振動を行う。矢印Bで示した振動は、重心位置Gに対して周方向の振動である。また同時に、検出振動腕16A,16Bは、矢印Cに示すように、矢印Bの振動に呼応して矢印Bとは周方向反対向きの振動を行う。
Thus, the
このとき、基部12の周縁部は、駆動振動腕と検出振動腕とが図6で示したような振動をしたとき振動系としては釣り合いが取れた状態であるため振動しない。従って、この基部12に前述したリード部材を接続しても圧電振動片の振動に影響を与えることはない。
At this time, the peripheral portion of the
従って、前述した本発明の実施形態1によれば、圧電振動片10の基部12に形成される駆動信号電極パターン111A及び112Aと検出信号電極パターン113A,114Aの間に、それぞれ3本のGND電極パターン118,120,119及び117,115,116が形成されているため、隣接するGND電極パターン間の浮遊容量は無視できる程度に微小となり、この浮遊容量が検出信号に影響を与えることも無視できる程度に小さいため、正確な検出信号を得ることができる。
これらのGND電極パターンは、3本に限らずもっと増やすことができるが、基部の限られた範囲の面積では、3本設けることが適当であり、前述の効果も実用上充分である。
Therefore, according to the first embodiment of the present invention described above, three GND electrodes are provided between the drive
The number of these GND electrode patterns is not limited to three, but can be increased. However, it is appropriate to provide three GND electrode patterns in a limited area of the base, and the above-described effects are sufficient in practical use.
また、基部の対向する端面それぞれからY軸に平行に検出振動腕が延出されており、重心位置を通るX軸に対して形成される前述の電極パターンが対称形に形成されているため、仮に、前述したような浮遊容量が生じても、検出信号電極113,114の浮遊容量の大きさが同じになるため、一方の検出振動腕16Aの検出信号と他方の検出振動腕16Bの検出信号に与える影響も同じであるので、出力される検出信号の値も同じとなり、前述したGND電極パターンを設けることによる効果に加え、さらに正確な検出信号を得ることができる。
In addition, the detection vibrating arm extends in parallel to the Y axis from each of the opposing end faces of the base, and the above-described electrode pattern formed with respect to the X axis passing through the center of gravity is formed symmetrically. Even if the stray capacitance as described above occurs, the
また、隣接する電極パターン間に生ずる浮遊容量は、電極パターン間の物質の誘電率と対向する電極パターンの面積と電極パターン間の距離によって算出することができる。本実施形態1によれば、基部12に形成される各電極パターンは、重心位置Gを通るX軸に対して対称に形成されていることと、電極パターン間の距離が略同じに設定されていることから、電極パターン間に生じる微小浮遊容量の影響は、基部12の対向する端面から延出される検出振動腕16A,16Bの検出信号に与える影響が同じになるため、この影響を相殺処理することができ、安定した検出信号を得ることができる。このことは、前述したように、駆動信号電極パターン111A,112Aと検出信号電極パターン113A,114Aとの間にGND電極パターン118,120,119及び117,115,116を備えることと合わせて、浮遊容量の影響をさらに減縮することができる。
Further, the stray capacitance generated between adjacent electrode patterns can be calculated from the dielectric constant of the substance between the electrode patterns, the area of the opposing electrode pattern, and the distance between the electrode patterns. According to the first embodiment, each electrode pattern formed on the
また、圧電振動片10は、リード部材41〜52によって各電極パターンと接続され支持される。各電極パターンには、このリード部材41〜52との接続部それぞれに対応した接続用の電極ランド部が設けられている。この電極ランド部が重心位置を中心にX軸、Y軸に対して対称に備えられているため、圧電振動片が安定して支持されるため、長期間にわたって安定した性能を維持することができる。
The piezoelectric vibrating
さらに、前述した駆動信号電極パターン111A,112A及び検出信号電極パターン113A,114Aの間に設けられた各GND電極パターンの電位は同電位、定電位に制御される。これらGND電極パターンは、圧電振動片10内では独立して構成され、圧電振動片の駆動、検出制御を行う半導体装置内においてGND電極と接続されるため、このことによって、圧電振動片内では、前述した電極パターン間に生ずる浮遊容量の影響を低減するという前述した効果が得られるとともに、半導体装置の回路構成を簡素にすることができる。
Further, the potentials of the GND electrode patterns provided between the drive
さらに、リード部材41〜52のうち、重心位置Gに対して対向するリード部材が、基部12の重心位置Gを通るX軸及びY軸に平行な線に対して対称になるように備えられているので、圧電振動片10を容器内に各リード部材によってX軸方向及びY軸方向にバランスよく支持されるので、圧電振動片10は安定した姿勢とバランスのよい支持力で支持され、安定した振動を得ることができる。
また、リード部材41〜52が弾性を有する材料で形成される場合には、外部からの衝撃や振動に対する緩衝機能を有することができる。
(実施形態2)
Furthermore, among the
Further, when the
(Embodiment 2)
続いて、本発明の実施形態2に係る圧電振動片について図面に基づき説明する。
図8は、実施形態2に係る圧電振動片10の電極パターン構成を示す平面図である。本実施形態2は、圧電振動片10の外形形状は実施形態1(図1、参照)と同じであるが、基部12の主面10Aに形成される電極パターンの構成のみが異なり、駆動信号電極パターン111A,112Aと検出信号電極パターン113A,114Aとの間にGND電極パターンを2本形成したところに特徴を有している。なお、共通部分の説明は省略し、同じ符号を附与している。図8において、駆動振動腕15A,15Bの表面には、駆動信号電極111が形成され、連結腕13の表面を通って基部12の表面まで連続している。
Next, a piezoelectric vibrating piece according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a plan view illustrating an electrode pattern configuration of the piezoelectric vibrating
基部12に、駆動信号電極111に連続した電極パターンは、駆動信号電極パターン111Aである。この駆動信号電極パターン111Aにはリード部材45と接続する電極ランド部111B(図中、○印で示す。なお、以降この○印は、電極ランド部の位置を示し、大きさは示していない)を有する。駆動信号電極パターン111Aは、基部12の反対側の端部まで連続している。駆動信号電極パターン111Aは、連結腕13の端部111Cから主面10B側に連続し、図示しない連結腕14,13を経由して駆動振動腕15C,15Dの他方の主面10B(図2では、圧電振動片の上面)に駆動信号電極112と面対称となるように形成されている。
An electrode pattern continuous to the
駆動振動腕15C,15Dの主面10Aには、駆動信号電極112が形成され、連結腕14の表面を通って基部12の表面まで達している。基部12に形成された電極パターンは、駆動信号電極パターン112Aである。この駆動信号電極パターン112Aにはリード部材51と接続する電極ランド部112B(図中、○印)を有する。この駆動信号電極パターン112Aは、連結腕14の端部112Cから図示しない連結腕14,13の側面に形成される電極パターンを経由して駆動振動腕15A,15Bの他方の主面10B(図2では、圧電振動片の上面)に駆動信号電極111と面対称となるように形成されている。
A
また、検出振動腕16Aの主面10Aには、検出信号電極113が形成され基部12に達しており、検出信号電極パターン113Aが形成され、リード部材48と接続される電極ランド部113B(図中、○印)を有する。また、図示しないが、検出信号電極113は、検出振動腕16Aの側面を経由して主面10B側の表面に連続し、検出信号電極113と面対称の検出信号電極が形成されている。
Further, the
検出振動腕16Bの主面10Aには、検出信号電極114が形成され基部12に達しており、検出信号電極パターン114Aが形成され、リード部材42と接続される電極ランド部114B(図中、○印)を有する。また、図示しないが、検出信号電極114は、検出振動腕16Bの側面を経由して主面10B側の表面に連続し、検出信号電極114と面対称の検出信号電極が形成されている。
The
前述した基部12の主面10Aに形成される駆動信号電極パターン111A,112Aと検出信号電極パターン113Aとの間には、2本の電極パターン118,120が設けられている。この電極パターン118,120はそれぞれ同電位、定電位の電極パターンで、本実施形態2では半導体装置90(図2、参照)のGND(グランド)電極に接続されるGND電極パターンである。これらのGND電極パターン118,120には、それぞれ、リード部材46と接続される電極ランド部118Aと、リード部材50と接続される電極ランド部118Bと、リード部材49と接続される電極ランド部120Bと、リード部材47と接続される電極ランド部120Aとを有する。
Two
また、前述した基部12の主面10Aに形成される駆動信号電極パターン111A,112Aと検出信号電極パターン114Aとの間には、2本の電極パターン117,115が設けられている。この電極パターン117,115はそれぞれ同電位、定電位の電極パターンで、本実施形態2では半導体装置90(図2、参照)のGND(グランド)電極に接続されるGND電極パターンである。これらのGND電極パターン117,115には、それぞれ、リード部材44と接続される電極ランド部117Bと、リード部材52と接続される電極ランド部117Aと、リード部材43と接続される電極ランド部115Bと、リード部材41と接続される電極ランド部115Aと、を有する。
Further, two
以上説明した基部12の主面10Aに形成される各電極パターンは、重心位置Gを通りX軸に平行な直線に対して対称形になるように設定され、また、各電極ランドは、それぞれ、重心位置Gを通るX軸及びY軸に平行な直線に対して対称の位置に設定される。
また、前述した基部12の主面10Aに形成される各電極パターンのうち、隣接する電極パターン間の距離はそれぞれ略同じになるように設定されている。
Each electrode pattern formed on the
In addition, among the electrode patterns formed on the
なお、図示しないが、実施形態1において説明したように、側体20の底面21にもそれぞれのリード部材の他方の端部が接続される電極パターンと、駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンの間のGND電極パターンも2本で形成することができる。
Although not shown in the drawings, as described in the first embodiment, the
従って、前述した本実施形態2によれば、前述した実施形態1の駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンとの間に3本のGND電極パターンを備える場合に比べて、浮遊容量を減ずることによる検出信号に与える効果はわずかに劣るもの、実用面では充分である。また、基部12のような狭い面積においては、電極パターンの配線に余裕ができ、製造上の管理がし易いという効果がある。このことは、側体20の底面21に形成される電極パターンの配線にも同様なことがいえる。
(実施形態3)
Therefore, according to the second embodiment described above, the stray capacitance is reduced as compared with the case where the three GND electrode patterns are provided between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern of the first embodiment. Although the effect on the detection signal is slightly inferior, it is sufficient for practical use. Further, in a narrow area such as the
(Embodiment 3)
次に、本発明の実施形態3に係る振動型ジャイロスコープについて図面に基づき説明する。
図9は、実施形態3に係る振動型ジャイロスコープの概略断面図である。実施形態3は、前述した実施形態1、実施形態2に記載した技術思想を基本として、側体20の内面及び蓋体30の内面30Aにシールド電極パターンを形成しているところに特徴を有している。図9において、圧電振動片10の形状、電極パターンの配線構成と、支持構造は実施形態1(図1〜図3)と同じであるため説明を省略し、同じ符号を附与している。
Next, a vibrating gyroscope according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a vibrating gyroscope according to the third embodiment. The third embodiment is characterized in that a shield electrode pattern is formed on the inner surface of the
蓋体30の内面30Aには、蓋体30がセラミックス等の非電導材料製の場合は、圧電振動片10に形成されるGND電極パターンと同じ電位であるシールド電極パターン88が、概ね、内面30A全体に形成される。なお、蓋体30が金属製である場合には、このシールド電極パターンは必要ない。
このシールド電極パターン88は、側体20の内面に形成されるシールド電極パターン89に接続される。
When the
The
シールド電極パターン89は、側体20の内側側面の概ね全体と底面21まで展開されて、一部は、半導体装置90のGND電極(図示せず)と接続されるか、または、実施形態1(図5、参照)で示したGND電極パターン部219C,317C,215C,217Cのいずれか一つと接続してもよい。側体20の底面21には、実施形態1(図5、参照)で示したように、底面21の面積の広い範囲が同じ電位の電極パターンで占められているため、圧電振動片10は、周囲をGND電極パターン(シールド電極パターン)で覆われた状態といえる。
The
従って、前述した実施形態3によれば、容器内面が、定電位、即ち、シールド電極パターン88,89と圧電振動片10と接続されるGND電極パターンで大部分が覆われることになるため、外部からの電磁波ノイズをシールドすることができる。また、この振動型ジャイロスコープ100から外部へ電磁波ノイズを射出することも防止することができる。このことにより、電磁波ノイズがある環境でも使用することができ、また、他の電子機器に影響を与えることもない信頼性が高い振動型ジャイロスコープを提供することができる。
(実施形態4)
Therefore, according to the third embodiment described above, the inner surface of the container is mostly covered with the constant potential, that is, the GND electrode pattern connected to the
(Embodiment 4)
次に、本発明に係る実施形態4について説明する。実施形態4は、圧電振動片として音叉型圧電振動片を採用したところに特徴を有し、前述した実施形態の技術思想を音叉型圧電振動片に応用したものである。
図10は、実施形態4に係る圧電振動片400を示す斜視図である。図10において、圧電振動片400は、水晶で形成され、所定面内に形成される略矩形状の基部403と、この基部403の一つの端面から断面形状が矩形の2本の振動腕401,402がY軸方向に延出された音叉型形状をしている。
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. The fourth embodiment is characterized in that a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is employed as the piezoelectric vibrating piece, and the technical idea of the above-described embodiment is applied to the tuning fork type piezoelectric vibrating piece.
FIG. 10 is a perspective view showing the piezoelectric vibrating
振動腕402の主面(図中、正面に表示し、基部403が形成される所定面と同一平面)の中央には、検出信号電極411がY軸に並行に形成され、その一方の端部は、基部403に設けられる検出電極ランド部411Aまで連続している。また、振動腕401の主面(図中、正面に表示し、基部403が形成される所定面と同一平面)の中央には、検出信号電極410がY軸に並行に形成され、その一方の端部は、基部403に設けられる検出電極ランド部410Aまで連続している。検出信号電極411の周囲は、検出電極ランド部411Aを含めて定電位のGND電極パターン421によって囲まれている。
他方の検出信号電極410及び検出電極ランド部410Aの周囲も同様にGND電極パターン420によって囲まれている。このGND電極パターン421とGND電極パターン420とは、同電位である。
A
The other periphery of the
振動腕401の内側の側面401B及び振動腕402の内側の側面402Bの断面中央部には、駆動信号電極430が基部上面403Aまで連続して形成され(側面401B側の駆動信号電極は図示を省略している)、その端部は、基部403の主面側まで駆動信号電極パターン430Aとして延出されて、基部403のX軸方向中央部に設けられた駆動信号電極ランド部430Bまで達している。この駆動信号電極430、駆動信号電極パターン430Aと駆動信号電極ランド部430Bを取り囲むように振動腕の内側側面401B,402Bから基部403の主面にわたってGND電極パターン422が形成されている。
A
また、振動腕401の外側の側面401Aには、駆動信号電極430と対向した位置に駆動信号電極432が形成され、外側側面401Aから基部403の主面にわたって駆動信号電極パターン432Aと連続しており、その端部には、駆動信号電極ランド部432Bが設けられている。これらの駆動信号電極432、駆動信号電極パターン432A、駆動信号電極ランド部432Bの周囲は、GND電極パターン423で囲まれている。
A driving
さらに、振動腕402の外側の側面402Aには、駆動信号電極430と対向した位置に駆動信号電極(図示せず)が形成され、外側の側面402Aから基部403の主面にわたって駆動信号電極パターン431Aと連続しており、その端部には、駆動信号電極ランド部431Bが設けられている。これらの駆動信号電極、駆動信号電極パターン431A、駆動信号電極ランド部431Bの周囲は、GND電極パターン424で囲まれている。
GND電極パターン423、424は、同電位とされる。
Further, a driving signal electrode (not shown) is formed on the
The
以上、実施形態4で示した検出信号電極、検出信号電極パターン、検出信号電極ランド部、駆動信号電極、駆動信号電極パターン、駆動信号電極ランド部、GND電極パターンは、圧電振動片400のX軸方向の中心軸404に対して左右対象に形成されている。
As described above, the detection signal electrode, the detection signal electrode pattern, the detection signal electrode land portion, the drive signal electrode, the drive signal electrode pattern, the drive signal electrode land portion, and the GND electrode pattern described in the fourth embodiment are the X axis of the piezoelectric vibrating
それぞれの信号電極とGND電極パターン等の構成は前述した通りであるが、それらの相互配置関係を説明する。図10において、検出信号電極410と駆動信号電極432との間には、GND電極パターン423,420が配置され、検出信号電極410と駆動信号電極430との間には、GND電極パターン420,422が配置されている。また、検出信号電極411と駆動信号電極430との間には、GND電極パターン421,422が配置され、検出信号電極411と図示しない振動腕402の外側の側面に形成される駆動信号電極との間にも、GND電極パターン421,424が配置されている。
The configuration of each signal electrode and the GND electrode pattern is as described above, and the mutual arrangement relationship thereof will be described. In FIG. 10,
このように、信号電極、及びこれらの信号電極と連続している各電極パターンや電極ランド部等を含めて、検出信号電極系と駆動信号電極系との間には、2本の独立したGND電極パターンが配置され、これらのGND電極パターンは同電位であるので、検出信号電極系、駆動信号電極系の各電極パターン間に生ずる浮遊容量を極小化することが可能になるのである。 As described above, two independent GNDs are provided between the detection signal electrode system and the drive signal electrode system, including the signal electrodes and the electrode patterns and electrode land portions that are continuous with these signal electrodes. Since electrode patterns are arranged and these GND electrode patterns have the same potential, it is possible to minimize the stray capacitance generated between the electrode patterns of the detection signal electrode system and the drive signal electrode system.
次に、この圧電振動片400の振動姿態について説明する。図10を参照して説明する。駆動振動は、2本の振動腕401,402が矢印A方向に振動する屈曲振動であって、この矢印A方向の振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、振動腕401,402は中心軸404で線対称の振動を行っているので、基部403は、ほとんど振動しない。また、矢印B方向の振動もしない。
Next, the vibration state of the piezoelectric vibrating
検出振動は、圧電振動片400が、前述した駆動振動している状態で、振動腕401と402のX方向の中心で厚み方向(Z方向)中心を通りY軸に平行な軸を回転中心に回転角速度ωが加わった時、振動腕401,402が矢印Bで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。この検出振動を検出信号電極で検出するのである。
Detected vibration is performed with the piezoelectric vibrating
続いて、前述した実施形態4に係る圧電振動片400が搭載される振動型ジャイロスコープの構造について説明する。
図11は、実施形態4に係る振動型ジャイロスコープを示す断面図である。図11において、振動型ジャイロスコープ450は、側体451と蓋体452で構成される容器内に前述した音叉型形状の圧電振動片400が格納されて構成されている。
Next, the structure of the vibrating gyroscope on which the piezoelectric vibrating
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a vibrating gyroscope according to the fourth embodiment. In FIG. 11, the vibrating
側体451は、セラミックス等の材料で箱状に形成されており、その底部456に台座454と圧電振動片400の駆動及び検出の制御を行なう半導体装置460が固着されている。この底部456の台座454と半導体装置460の周囲には、前述の圧電振動片400に形成された検出信号電極、駆動信号電極、GND電極パターンそれぞれに接続される配線パターン453等が形成されている。
The
台座454の上面には、圧電振動片400の基部403が接着等の固着手段によって固着されている。この際、圧電振動片400の振動腕401,402は、台座454に接触しないような位置で固着される。そして、圧電振動片の基部403の主面に設けられた検出信号電極ランド部、駆動信号電極ランド部、GND電極パターンと、図示しない台座454に形成された電極パターンとがAuワイヤ455で接続されている。台座454の電極パターンと底部456の配線パターン453とは、図示しないAuワイヤ等で接続されている。また、半導体装置460も、配線パターン453等にAuワイヤ461で接続されている。
なお、圧電振動片400に形成された検出信号電極、駆動信号電極、GND電極パターンは、半導体装置460に至る間は、それぞれ独立して形成されている。
The
Note that the detection signal electrode, the drive signal electrode, and the GND electrode pattern formed on the piezoelectric vibrating
前述したような状態で、金属性の蓋体452が、側体451の周縁部に溶着等の固着手段で密閉固着される。側体451と蓋体452で構成される空間は、真空状態に管理されている。
In the state as described above, the metallic lid 452 is hermetically fixed to the peripheral portion of the
なお、前述した実施形態4(図11、参照)では、圧電振動片400は、側体451側に備えられる台座454固着しているが、圧電振動片400は、蓋体452側に台座を備え、固着することもできる。
In Embodiment 4 (see FIG. 11) described above, the piezoelectric vibrating
従って、前述した実施形態4によれば、振動腕401,402及び基部403に形成される検出信号電極系(検出信号電極、検出信号電極パターン、検出信号電極ランド部を含む)と駆動信号電極系(駆動信号電極、駆動信号電極パターン、駆動信号電極ランド部を含む)との間にGND電極パターンが2本が設けられているために、音叉型圧電振動片であっても、前述した実施形態1と同様に浮遊容量の検出信号への影響を極小化することができる。
Therefore, according to the fourth embodiment described above, the detection signal electrode system (including the detection signal electrode, the detection signal electrode pattern, and the detection signal electrode land portion) formed on the vibrating
また、実施形態4に係る振動型ジャイロスコープによれば、前述の圧電振動片400は、浮遊容量の影響を受けにくく、また、振動腕401,402の振動を受けない基部403が台座454に固着されているため、圧電振動片400は安定した姿勢で支持され、安定した振動を得ることができるとともに、正確な検出信号を得ることができる。
(実施形態5)
Further, according to the vibrating gyroscope according to the fourth embodiment, the piezoelectric vibrating
(Embodiment 5)
続いて、本発明に係る実施形態5について図面を参照して説明する。実施形態5は、圧電振動片が三角柱の振動体から成ることに特徴を有しており、前述した実施形態1〜4の技術思想を基本に構成されている。
図12は、本実施形態5に係る圧電振動片500の斜視図、図13には、その断面図が示されている。図12、図13において、圧電振動片500は、基本構成として、振動体501と検出用圧電素子510と駆動用圧電素子520,530と、支持部材505,506とから構成されている。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. The fifth embodiment is characterized in that the piezoelectric vibrating piece is formed of a triangular prism vibrating body, and is configured based on the technical ideas of the first to fourth embodiments described above.
FIG. 12 is a perspective view of a piezoelectric vibrating
振動体501は、Ni,Fe,Cr及びTiの合金のような恒弾性金属材料で正三角柱状に形成されている。振動体501の所定面としての側面503,504の中央部には、それぞれ検出用圧電素子510,515が備えられている。また、他方の所定面としての側面(図中、上面)502には、振動体501の長手方向の中央部に二つの駆動用圧電素子520,530が並行に備えられている。
The vibrating
側面503側の検出用圧電素子510は、図13に示すように、両面に検出信号電極511,512が形成されている。そして、一方の検出信号電極512が振動体501の側面503に接着されている。この検出信号電極512の周囲には、GND電極パターン541が形成されている。GND電極パターン541は、側面503の平面の範囲内の大きさであり、陵線部には突出しない。
As shown in FIG. 13, the
また、側面504側の検出用圧電素子515は、両面に検出信号電極513,514が形成されている。そして、一方の検出信号電極514が振動体501の側面504に接着されている。この検出信号電極514の周囲には、GND電極パターン542が形成されている。GND電極パターン542は、側面504の平面の範囲内の大きさであり、陵線部には突出しない。
Further,
側面503と側面504とに挟まれた側面502には、駆動用圧電素子520,530が備えられている。これらの駆動用圧電素子520,530は、振動体501の幅方向に並んで形成されている。駆動用圧電素子520は、両面に駆動信号電極521,522が形成され、一方の駆動信号電極522が振動体501に接着されている。
Driving side
同様に、駆動用圧電素子530も、両面に駆動信号電極531,532が形成され、一方の駆動信号電極532が振動体501に接着されている。
なお、本実施形態5では、駆動用圧電素子520と530とは同じ形状で、振動体に接着された駆動信号電極522と532とは共通にすることができる。この駆動信号電極522,532の周囲には、GND電極パターン544が形成されている。GND電極パターン544は、側面502の平面の範囲内の大きさであり、陵線部には突出しない。
Similarly, drive
In the fifth embodiment, the drive
前述した振動体501は、側面503と504とが接合する陵線部の2箇所のノード点を支持部材505,506によって支持されている。
In the vibrating
このようにして構成される圧電振動片500は、検出信号電極512と駆動信号電極522との間に2本のGND電極パターン541、544が形成され、検出信号電極514と駆動信号電極532との間に2本のGND電極パターン544、542が形成され、検出信号電極512と514との間にもGND電極パターン541,542が形成されている。
In the piezoelectric vibrating
続いて、本実施形態5の圧電振動片500の振動姿態について説明する。図12,13を参照して説明する。駆動用圧電素子520,530に駆動信号が印加されると、振動体501は駆動用圧電素子520,530が形成される側面502に直交する方向に屈曲振動をする。検出用圧電素子510,515は、振動体501の振動方向を含む面の両側に配置されるために、その検出電圧は相殺されて、差はほとんど0となる。
Subsequently, the vibration state of the piezoelectric vibrating
そこで、振動体501が振動体の軸を中心にして回転すると、コリオリ力によって振動方向が変わるが、振動体501には、その振動方向にほぼ直交する方向に側面503,504があるため、これらの側面503,504に検出用圧電素子510,515を備えることによって、それぞれの検出用圧電素子に発生する検出電圧の差をとることで大きい出力信号を得ることができる。
Therefore, when the vibrating
次に、前述した圧電振動片500を格納する振動型ジャイロスコープの構造を図面を参照して説明する。
図14は、本実施形態5に係る振動型ジャイロスコープ550の構造を示す断面図である。図14において、振動型ジャイロスコープ550は、側体551と蓋体552で構成される容器内に前述した三角柱形状の圧電振動片500が格納されて構成されている。
Next, the structure of a vibrating gyroscope that houses the above-described
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of the
側体551は、セラミックス等の材料で箱状に形成されており、その底部556に形成された2箇所の金属膜部553に支持部材505,506を接着等の固着手段によって固着され支持されている。さらに、底部556には、圧電振動片500の駆動及び検出の制御を行なう半導体装置560が固着されている。底部556の半導体装置560の周囲には、前述した圧電振動片500の側面に形成された各駆動信号電極、検出信号電極、GND電極パターンに対応した配線パターン554等が形成され、図示しないAuワイヤ等によって半導体装置560が接続されている。
なお、圧電振動片500に形成された検出信号電極、駆動信号電極、GND電極パターンは、半導体装置560に至る間は、それぞれ独立して形成されている。
The
Note that the detection signal electrode, the drive signal electrode, and the GND electrode pattern formed on the piezoelectric vibrating
前述したような状態で、金属性の蓋体552が、側体551の周縁部に溶着等の固着手段で密閉固着される。側体551と蓋体552で構成される空間は、真空状態に管理されている。
なお、前述した実施形態5(図14、参照)では、圧電振動片500は、側体551側に固着しているが、圧電振動片500は、蓋体552側に固着することもできる。
In the state as described above, the
In Embodiment 5 (see FIG. 14) described above, the piezoelectric vibrating
従って、前述した実施形態5によれば、前述した三角柱形状の振動体を有する圧電振動片であっても、隣接する検出信号電極と駆動信号電極との間に2本の定電位のGND電極パターンを設けることによって、浮遊容量が検出信号に与える影響を極小にすることができる。
また、振動体501の稜線部には、振動体501の振動に影響をしないノード点を有し、この稜線部を支持部材505,506で支持しているため、圧電振動片500は安定した振動を継続することができるとともに、正確な検出信号を得ることができる。
Therefore, according to the above-described fifth embodiment, even in the piezoelectric vibrating piece having the above-described triangular prism-shaped vibrating body, two constant potential GND electrode patterns are provided between the adjacent detection signal electrode and the drive signal electrode. By providing this, the influence of stray capacitance on the detection signal can be minimized.
Further, the ridge line portion of the vibrating
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態1及び実施形態3では、圧電振動片10は、側体20の底面21にリード部材によって接続されているが、天地逆にして、リード部材を蓋体30の内面30Aに接続する構造を採用することができる。
このような構造では、蓋体30の内面30Aにリード部材と接続する図5で示した各電極パターンを形成しておくことで、前述した実施形態1と同様な効果を得ることができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the first and third embodiments described above, the piezoelectric vibrating
In such a structure, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained by forming each electrode pattern shown in FIG. 5 connected to the lead member on the
また、このような構造にすれば、蓋体30は平板であるために、前述したような各電極パターンの形成や、圧電振動片10の接続等の作業がやりやすくなり、生産効率をあげることができ、このことにより原価低減に寄与する。
Further, with such a structure, since the
また、前述した実施形態1、実施形態2ではリード部材は、12本使用しているが、図1で示したリード部材46と50及びリード部材44と52とは、それぞれ同じGND電極パターンに接続されているので、例えば、リード部材46と52、またはリード部材44と50との組み合わせにして、リード部材44,50またはリード部材46,52を省略してもよい。この場合、図示しないが、側体20の底面21のGND電極パターンの配線構成を前述のリード部材の構成に合わせて変更することで実施形態1とほぼ同等の効果を得ることができる。
In the first and second embodiments described above, twelve lead members are used. However, the
また、実施形態1では、側体20の底面21には図3に示すGND電極パターンが構成されているが、これらのGND電極パターンの配線構成は、図3に示したGND電極パターンの配線に限らず、駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンとの間に2本、または3本設けるように構成すれば自在に選択して配線することができる。
Further, in the first embodiment, the GND electrode pattern shown in FIG. 3 is configured on the
また、前述した実施形態5(図14、参照)では、圧電振動片500は、支持部材505,506によって支持されているが、圧電振動片500を図14で示した姿勢から天地逆にして、支持部材505,506を上方の陵線部を門型の支持部材として支持することができる。
このようにすれば、支持部材の門型の形状内に圧電振動片を支持することが可能で、振動型ジャイロスコープ550をより小型化することができる。
In the above-described fifth embodiment (see FIG. 14), the piezoelectric vibrating
In this way, the piezoelectric vibrating reed can be supported within the portal shape of the support member, and the vibrating
さらに、前述した実施形態5では、圧電振動片500は、三角柱の振動体501を例示しているが、振動体は三角柱に限らず、四角柱やそれ以上の多角柱にも応用することができ、前述の実施形態による効果を得ることができる。
Furthermore, in the fifth embodiment described above, the piezoelectric vibrating
従って、前述の実施形態1〜実施形態5では、駆動信号電極と検出信号電極との間の浮遊容量を減じ、正確な検出信号を得ることができる圧電振動片と、信頼性の高い振動型ジャイロスコープを提供することができる。 Therefore, in the first to fifth embodiments described above, a piezoelectric vibrating piece that can reduce the stray capacitance between the drive signal electrode and the detection signal electrode and obtain an accurate detection signal, and a highly reliable vibration gyroscope. A scope can be provided.
1…圧電振動子、10…圧電振動片、10A…主面、10B…主面、12…基部、13,14…連結腕、15A,15B,15C,15D…駆動振動腕、16A,16B…検出振動腕、100…振動型ジャイロスコープ、111,112…駆動信号電極、111A,112A…駆動信号電極パターン、113,114…検出信号電極、113A,114A…検出信号電極パターン、115,116,117,118,119,120…GND電極パターン。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基部の前記Y軸に平行な2端面の中央から前記X軸に平行な方向に延出される二つの連結腕と、前記基部の前記X軸に平行な2端面の中央から前記Y軸に平行な方向に延出される検出振動腕と、前記二つの連結腕から延出された駆動振動腕と、
前記駆動振動腕に形成される駆動信号電極と、
前記検出振動腕に形成される検出信号電極と、
前記基部の少なくとも一方の主面に連続して形成される前記駆動信号電極に連続する駆動信号電極パターンと前記検出信号電極に連続する検出信号電極パターンと、
前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、を備え、
前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンと前記定電位の電極パターンとが、前記基部の重心位置を通り前記駆動振動腕の方へ向かうX軸に平行な線に対して対称であり、
前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンと前記定電位の電極パターンのうち、隣り合う電極パターン間の距離が、それぞれ略同じに設定されていることを特徴とする圧電振動片。 A base formed on a predetermined surface and having end faces parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction ,
Two connecting arms extending in the direction parallel to the X axis from the center of the two end faces parallel to the Y axis of the base, and parallel to the Y axis from the center of the two end faces of the base parallel to the X axis A detection vibrating arm extending in a specific direction, a driving vibrating arm extending from the two connecting arms ,
A drive signal electrode formed on the drive vibrating arm;
A detection signal electrode formed on the detection vibrating arm;
A drive signal electrode pattern continuous with the drive signal electrode formed continuously on at least one main surface of the base, and a detection signal electrode pattern continuous with the detection signal electrode;
A plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern,
The drive signal electrode pattern, the detection signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern are symmetric with respect to a line parallel to the X-axis that passes through the center of gravity of the base portion toward the drive vibration arm,
A distance between adjacent electrode patterns among the drive signal electrode pattern, the detection signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern is set to be substantially the same.
前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンと前記定電位の電極パターンとが、それぞれ電極ランド部を備え、
前記電極ランド部が、前記重心位置を通り前記駆動振動腕の方へ向かうX軸に平行な線及び前記重心位置を通り前記検出振動腕の方へ向かうY軸に平行な線に対して対称位置に備えられていることを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
The drive signal electrode pattern, the detection signal electrode pattern, and the constant potential electrode pattern each include an electrode land portion,
The electrode land portion is symmetrical with respect to a line parallel to the X axis passing through the center of gravity position toward the drive vibrating arm and a line parallel to the Y axis passing through the center of gravity position toward the detection vibrating arm. A piezoelectric vibrating piece characterized by being provided in the above.
前記定電位の電極パターンが、前記圧電振動片において電気的に独立して形成されていることを特徴とする圧電振動片。 The piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2,
The piezoelectric vibrating piece, wherein the constant potential electrode pattern is formed electrically independently in the piezoelectric vibrating piece.
前記圧電振動片が格納される側体と蓋体とから構成される容器と、
前記圧電振動片の基部の各電極ランド部に一方の端部が接続され、他方の端部が前記側体または蓋体に接続されるリード部材と、が備えられ、
前記リード部材が、前記基部の重心位置を通り前記駆動振動腕の方へ向かうX軸に平行な線及び前記重心位置を通り前記検出振動腕の方へ向かうY軸に平行な線に対して対称になるように備えられていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。 The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3,
A container composed of a side body and a lid for storing the piezoelectric vibrating piece;
A lead member having one end connected to each electrode land portion of the base of the piezoelectric vibrating piece and the other end connected to the side body or the lid, and
The lead member is symmetrical with respect to a line parallel to the X axis passing through the center of gravity of the base toward the drive vibrating arm and a line parallel to the Y axis passing through the center of gravity toward the detection vibrating arm. The vibratory gyroscope is characterized by being equipped with
前記側体または前記蓋体の内面に、前記リード部材の他方の端部が接続される電極ランド部と、
前記電極ランド部にそれぞれ連続する駆動信号電極パターンと検出信号電極パターンと、
前記駆動信号電極パターンと前記検出信号電極パターンの間に形成される複数の定電位の電極パターンと、
が備えられていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。 The vibratory gyroscope according to claim 4, wherein
An electrode land portion to which the other end of the lead member is connected to the inner surface of the side body or the lid;
A drive signal electrode pattern and a detection signal electrode pattern respectively continuous with the electrode land portion;
A plurality of constant potential electrode patterns formed between the drive signal electrode pattern and the detection signal electrode pattern;
A vibratory gyroscope characterized by being equipped with
前記側体または前記蓋体の内面に、少なくとも前記定電位の電極パターンの一つと接続するシールド電極パターンが形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。 In the vibratory gyroscope according to claim 5,
A vibrating gyroscope, wherein a shield electrode pattern connected to at least one of the constant potential electrode patterns is formed on an inner surface of the side body or the lid.
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JP2011095270A (en) * | 2010-12-27 | 2011-05-12 | Seiko Epson Corp | Measuring element for vibrational type gyroscopes |
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---|---|---|---|---|
JP2008157701A (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Sony Corp | Piezoelectric element, manufacturing method therefor, oscillatory type gyro sensor, and electronic apparatus |
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JP6267979B2 (en) * | 2014-01-30 | 2018-01-24 | 京セラ株式会社 | Angular velocity sensor and sensor element |
JP6668626B2 (en) * | 2015-07-16 | 2020-03-18 | セイコーエプソン株式会社 | Electronic devices, electronic equipment, and moving objects |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001041749A (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Ngk Insulators Ltd | Oscillatory type gyroscope |
JP2002188924A (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2003202226A (en) * | 2002-01-07 | 2003-07-18 | Murata Mfg Co Ltd | External force measuring device |
JP2003294450A (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-15 | Ngk Insulators Ltd | Supporting device for vibration element and supporting structure for vibration element |
-
2004
- 2004-08-12 JP JP2004235226A patent/JP4543816B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001041749A (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Ngk Insulators Ltd | Oscillatory type gyroscope |
JP2002188924A (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2003202226A (en) * | 2002-01-07 | 2003-07-18 | Murata Mfg Co Ltd | External force measuring device |
JP2003294450A (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-15 | Ngk Insulators Ltd | Supporting device for vibration element and supporting structure for vibration element |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007086003A (en) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Ngk Insulators Ltd | Measuring element for oscillation type gyroscope |
JP2011095270A (en) * | 2010-12-27 | 2011-05-12 | Seiko Epson Corp | Measuring element for vibrational type gyroscopes |
US10408619B2 (en) | 2015-01-16 | 2019-09-10 | Denso Corporation | Composite sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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