JP7418808B2 - Tuning fork type vibrator and tuning fork type vibrator adjustment method - Google Patents

Tuning fork type vibrator and tuning fork type vibrator adjustment method Download PDF

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JP7418808B2 JP2020043288A JP2020043288A JP7418808B2 JP 7418808 B2 JP7418808 B2 JP 7418808B2 JP 2020043288 A JP2020043288 A JP 2020043288A JP 2020043288 A JP2020043288 A JP 2020043288A JP 7418808 B2 JP7418808 B2 JP 7418808B2
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本発明は、音叉型振動子および音叉型振動子の調整方法に関する。 The present invention relates to a tuning fork type vibrator and a method for adjusting the tuning fork type vibrator.

従来、音叉型振動子は、連結部で連結された2つの振動部を互いに逆相(Anti-Phase)で振動させて、その逆相の共振周波数を利用するものであり、角速度や回転角度を検知する振動式のジャイロスコープや、クロックモジュールの発振器等として使用されている(例えば、特許文献1乃至4参照)。また、近年では、MEMS(微小電気機械システム)技術により、極めて小さい音叉型振動子が製造されている(例えば、特許文献2乃至4参照)。 Conventionally, a tuning fork type vibrator vibrates two vibrating parts connected by a connecting part in anti-phase to each other, and utilizes the resonance frequency of the anti-phase, which changes the angular velocity and rotation angle. It is used as a vibrating gyroscope for detection, an oscillator for a clock module, etc. (see, for example, Patent Documents 1 to 4). Furthermore, in recent years, extremely small tuning fork type vibrators have been manufactured using MEMS (microelectromechanical system) technology (see, for example, Patent Documents 2 to 4).

また、従来の音叉型振動子は、2つの振動部が逆相で振動する際の共振周波数を調整するために、各振動部の振動体の大きさや密度、振動体を振動可能に支持する弾性体の剛性などを調節したり(例えば、特許文献2参照)、各振動部に静電力を作用させたりするようになっている(例えば、特許文献3または4参照)。 In addition, in conventional tuning fork type vibrators, in order to adjust the resonance frequency when two vibrating parts vibrate in opposite phases, the size and density of the vibrating body of each vibrating part, and the elasticity that supports the vibrating body so that it can vibrate. The rigidity of the body is adjusted (for example, see Patent Document 2), and electrostatic force is applied to each vibrating part (see, for example, Patent Document 3 or 4).

特開2008-283529号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-283529 特開2006-162584号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-162584 特開2013-253958号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-253958 特開2014-178195号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-178195

特許文献1乃至4に記載のような従来の音叉型振動子では、各振動部の質量やばね定数が異なる場合には、逆相で振動する際の各振動部の振幅が等しくならない。この場合、各振動部の振動エネルギーが支持体に逃げてしまい、エネルギー損失(アンカーロス)が大きくなるため、振動の状態を表すQ値が小さくなってしまう。このため、例えば、特許文献1乃至4に記載のように、共振周波数を調整するために、各振動部の弾性体の剛性などを調節したり、各振動部に静電力を作用させたりする方法がある。また、一部の弾性体の剛性のみを調整することで、振動体のアンバランスを調整することにより、Q値を変更させる方法もあるが、この方法でQ値を調整すると、共振周波数も同時に変化してしまう。このように、従来の音叉型振動子では、共振周波数とQ値とを互いに独立に調整することは困難であるという課題があった。 In conventional tuning fork type vibrators such as those described in Patent Documents 1 to 4, when the masses and spring constants of the vibrating parts are different, the amplitudes of the vibrating parts when vibrating in opposite phases are not equal. In this case, the vibration energy of each vibrating part escapes to the support body, resulting in a large energy loss (anchor loss), resulting in a small Q value representing the state of vibration. For this reason, for example, as described in Patent Documents 1 to 4, in order to adjust the resonance frequency, methods such as adjusting the rigidity of the elastic body of each vibrating part or applying an electrostatic force to each vibrating part are used. There is. There is also a method of changing the Q value by adjusting the unbalance of the vibrating body by adjusting only the stiffness of a part of the elastic body, but if you adjust the Q value using this method, the resonance frequency will also change at the same time. It will change. As described above, the conventional tuning fork type vibrator has a problem in that it is difficult to adjust the resonance frequency and the Q value independently of each other.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値を調整することができる音叉型振動子および音叉型振動子の調整方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made with attention to such problems, and provides a tuning fork type vibrator and a tuning fork type vibrator adjustment method that can adjust the Q value without substantially affecting the resonance frequency of the opposite phase. The purpose is to provide

上記目的を達成するために、本発明者等は、音叉型振動子の動作原理に基づいて考察を行った。すなわち、一般的な音叉型振動子は、図1に示す構成で表すことができる。図1(a)に示すように、音叉型振動子は、第1振動部および第2振動部を、弾性部材から成る連結部(ばね定数:k)で接続して成っている。また、第1振動部は、第1振動体(質量:m)と、第1振動体を振動可能に支持体に接続した第1弾性体(ばね定数:k)とから成っている。また、第2振動部は、第2振動体(質量:m)と、第2振動体を振動可能に支持体に接続した第2弾性体(ばね定数:k)とから成っている。 In order to achieve the above object, the present inventors conducted a study based on the operating principle of a tuning fork type vibrator. That is, a general tuning fork type vibrator can be represented by the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 1(a), the tuning fork type vibrator includes a first vibrating part and a second vibrating part connected by a connecting part (spring constant: k2 ) made of an elastic member. Further, the first vibrating section includes a first vibrating body (mass: m 1 ) and a first elastic body (spring constant: k 1 ) which is connected to a support body so that the first vibrating body can vibrate. Further, the second vibrating section includes a second vibrating body (mass: m 1 ) and a second elastic body (spring constant: k 3 ) which is connected to a support body so that the second vibrating body can vibrate.

第1振動部と第2振動部とが逆相(Anti-Phase)で振動する場合、図1(b)および(c)に示すように、第1振動体の質量と第2振動体の質量とが等しく、第1弾性体のばね定数と第2弾性体のばね定数とが等しい(k=k)ときには、第1振動体の振幅と第2振動体の振幅とは等しくなる。また、このとき、第1振動部と第2振動部との中立点は、振動によって移動しない。 When the first vibrating part and the second vibrating part vibrate in anti-phase, the mass of the first vibrating body and the mass of the second vibrating body are When the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body are equal (k 1 =k 3 ), the amplitude of the first vibrating body and the amplitude of the second vibrating body become equal. Moreover, at this time, the neutral point between the first vibrating part and the second vibrating part does not move due to vibration.

しかし、実際には、加工誤差等により、第1振動体の質量と第2振動体の質量とが異なったり、第1弾性体のばね定数と第2弾性体のばね定数とが異なったりすることが多い。例えば、一般的な集中質量型のMEMS振動子では、振動体の大きさが弾性体に比べて大きいため、加工誤差は振動体よりも弾性体の方に大きく影響する。 However, in reality, due to processing errors, etc., the mass of the first vibrating body and the mass of the second vibrating body may differ, or the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body may differ. There are many. For example, in a typical concentrated mass type MEMS resonator, the size of the vibrating body is larger than that of the elastic body, so that machining errors affect the elastic body more than the vibrating body.

そこで、第1弾性体のばね定数と第2弾性体のばね定数とが異なる場合について考える。図1(d)に示すように、第1弾性体のばね定数の方が、第2弾性体のばね定数よりも大きい(第1弾性体の方が、第2弾性体よりも堅い)ものとし、第1弾性体のばね定数と第2弾性体のばね定数の平均値をkとすると、第1弾性体のばね定数kは、k=k+ΔK、第2弾性体のばね定数kは、k=k-ΔKと表すことができる。ここで、ΔKは、ばね定数の平均値kからのずれの量である。 Therefore, a case will be considered in which the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body are different. As shown in Figure 1(d), the spring constant of the first elastic body is larger than the spring constant of the second elastic body (the first elastic body is harder than the second elastic body). , the average value of the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body is k 0 , then the spring constant k 1 of the first elastic body is k 1 = k 0 + ΔK, the spring constant of the second elastic body k 3 can be expressed as k 3 =k 0 -ΔK. Here, ΔK is the amount of deviation of the spring constant from the average value k0 .

このとき、第1振動部と第2振動部とが逆相で振動したときの共振周波数ωは、(1)式で表される。また、第1振動体および第2振動体の振幅は、(2)式の振幅ベクトルX[第1振動体の振幅、第2振動体の振幅]で表される。 At this time, the resonance frequency ω when the first vibrating part and the second vibrating part vibrate in opposite phases is expressed by equation (1). Further, the amplitudes of the first vibrating body and the second vibrating body are expressed by an amplitude vector X [amplitude of the first vibrating body, amplitude of the second vibrating body] in equation (2).

Figure 0007418808000001
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(2)式から、第1振動体の振幅の方が、第2振動体の振幅よりも大きくなる。このため、第1振動部および第2振動部がそれぞれ支持体に及ぼす反力は、第1振動部の方が第2振動部よりも大きくなり、反力が非平衡となる。これにより、アンカーロスが発生し、ばね定数が等しい場合(図1(b)および(c)の場合)と比べて、Q値が小さくなってしまう。また、このとき、第1振動部と第2振動部との中立点は、堅い方の振動体(ΔK>0の場合は、第1振動体)と同位相で振動する。 From equation (2), the amplitude of the first vibrating body is larger than the amplitude of the second vibrating body. Therefore, the reaction force exerted on the support body by the first vibrating part and the second vibrating part is larger in the first vibrating part than in the second vibrating part, and the reaction forces become unbalanced. As a result, anchor loss occurs, and the Q value becomes smaller than when the spring constants are equal (cases in FIGS. 1(b) and 1(c)). Further, at this time, the neutral point between the first vibrating part and the second vibrating part vibrates in the same phase as the harder vibrating body (in the case of ΔK>0, the first vibrating body).

以上の音叉型振動子の動作原理に基づいて考察した結果、本発明者等は本発明に至った。すなわち、本発明に係る音叉型振動子は、第1振動部および第2振動部と、記第1振動部と前記第2振動部とを連結した連結部と、前記連結部に接続されて、前記第1振動部および前記第2振動部の振動方向に沿って振動する調整用振動部とを有し、前記第1振動部は、第1振動体と、支持体と前記第1振動体とに接続される第1弾性体とからなり、前記第2振動部は、第2振動体と、支持体と前記第2振動体とに接続される第2弾性体とからなり、前記第1弾性体のばね定数はk +ΔKであり、前記第2弾性体のばね定数はk -ΔK(k は、前記第1弾性体のばね定数と、前記第2弾性体のばね定数の平均値で、ΔKはばね定数の平均値からのずれ)であり、前記連結部の前記第1振動部と前記第2振動部との中立点で、前記調整用振動部は、接続されており、前記調整用振動部は、第3振動体と、一端を前記第3振動体に接続した第3弾性体と、前記連結部と前記第3弾性体とを接続する接続部とからなり、前記調整用振動部は、前記第3弾性体に静電力を作用させ共振周波数を調整することを特徴とする、前記第1振動部および前記第2振動部が互いに逆相で振動する音叉型振動子である。 As a result of consideration based on the above operating principle of the tuning fork type vibrator, the present inventors have arrived at the present invention. That is, the tuning fork type vibrator according to the present invention includes a first vibrating part and a second vibrating part, a connecting part connecting the first vibrating part and the second vibrating part, and a connecting part connected to the connecting part. , an adjustment vibration part that vibrates along the vibration direction of the first vibration part and the second vibration part, and the first vibration part includes a first vibration body, a support body, and the first vibration body. and a first elastic body connected to the second vibrating body, and the second vibrating part includes a second vibrating body and a second elastic body connected to the support and the second vibrating body, The spring constant of the elastic body is k 0 +ΔK, and the spring constant of the second elastic body is k 0 −ΔK (k 0 is the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body). where ΔK is the deviation from the average value of the spring constant), and the adjusting vibrating part is connected at a neutral point between the first vibrating part and the second vibrating part of the connecting part. , the adjusting vibrating section includes a third vibrating body, a third elastic body having one end connected to the third vibrating body, and a connecting portion connecting the connecting portion and the third elastic body, The adjusting vibration section is characterized in that the resonance frequency is adjusted by applying an electrostatic force to the third elastic body , and the tuning fork type vibration in which the first vibration section and the second vibration section vibrate in opposite phases to each other. It is a child.

本発明に係る音叉型振動子は、第1振動部と第2振動部とを逆相で振動させたとき、第1振動部の振動に係る質量と第2振動部の振動に係る質量とを揃えても、第1振動部のばね定数と第2振動部のばね定数とが異なるときには、例えば(2)式に示すように、第1振動部の振動の振幅と第2振動部の振動の振幅とが等しくならない。このとき、連結部に接続された調整用振動部が、第1振動部および第2振動部の振動方向に沿って振動可能に設けられているため、第1振動部と第2振動部のアンバランスにより、調整用振動部の振動が励振される。このように、調整用振動部が、第1振動部と第2振動部と連成することにより、振動モードの形(第1振動部と第2振動部の振幅)を変動させることができる。これにより、振幅のアンバランスを小さくすることができ、アンカーロスを低減して、Q値の低下を抑えることができる。 In the tuning fork type vibrator according to the present invention, when the first vibrating part and the second vibrating part are vibrated in opposite phases, the mass related to the vibration of the first vibrating part and the mass related to the vibration of the second vibrating part are different from each other. Even if they are aligned, if the spring constant of the first vibrating part and the spring constant of the second vibrating part are different, for example, as shown in equation (2), the amplitude of the vibration of the first vibrating part and the amplitude of the vibration of the second vibrating part are different. The amplitudes are not equal. At this time, since the adjustment vibrating part connected to the connecting part is provided so as to be able to vibrate along the vibration direction of the first vibrating part and the second vibrating part, the adjustment vibration part of the first vibrating part and the second vibrating part is The balance excites the vibration of the adjustment vibration section. In this way, by coupling the adjustment vibration section with the first vibration section and the second vibration section, the shape of the vibration mode (the amplitude of the first vibration section and the second vibration section) can be varied. Thereby, it is possible to reduce the amplitude imbalance, reduce the anchor loss, and suppress the decrease in the Q value.

また、本発明に係る音叉型振動子は、調整用振動部の共振周波数を調整することにより、調整用振動部と第1振動部および第2振動部との連成の度合いを調整することができ、振動モード(第1振動部と第2振動部の振幅)を自由に調整することができる。これにより、第1振動部と第2振動部の振幅の違いによる振動エネルギーの吸収量を調整することができ、Q値を自由に調整することができる。このとき、第1振動部の振動に係る質量およびばね定数、ならびに、第2振動部の振動に係る質量およびばね定数を変化させないため、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値のみを調整することができる。 Further, in the tuning fork type vibrator according to the present invention, by adjusting the resonant frequency of the adjustment vibration section, the degree of coupling between the adjustment vibration section, the first vibration section, and the second vibration section can be adjusted. The vibration mode (amplitude of the first vibration section and the second vibration section) can be freely adjusted. Thereby, it is possible to adjust the absorption amount of vibrational energy due to the difference in amplitude between the first vibrating part and the second vibrating part, and the Q value can be freely adjusted. At this time, since the mass and spring constant related to the vibration of the first vibrating part and the mass and spring constant related to the vibration of the second vibrating part are not changed, the Q value is can only be adjusted.

本発明に係る音叉型振動子は、例えば、ジャイロスコープに利用することができる。ジャイロスコープでは、2つの直交した振動モードの共振周波数およびQ値を一致させることが必要である。そのためには、それぞれの軸の共振周波数およびQ値を独立に調整できることが望ましい。本発明に係る音叉型振動子では、ジャイロスコープのX方向の逆相の共振周波数とY方向の逆相の共振周波数とを揃えた状態で、さらに、それらの共振周波数に影響を与えることなく、X方向の振動のQ値とY方向の振動のQ値を揃えることができる。 The tuning fork type vibrator according to the present invention can be used, for example, in a gyroscope. In a gyroscope, it is necessary to match the resonance frequencies and Q values of two orthogonal vibration modes. For this purpose, it is desirable to be able to adjust the resonance frequency and Q value of each axis independently. In the tuning fork type vibrator according to the present invention, in a state where the out-of-phase resonant frequency in the X direction and the out-of-phase resonant frequency in the Y direction of the gyroscope are aligned, and without affecting those resonant frequencies, The Q value of the vibration in the X direction and the Q value of the vibration in the Y direction can be made equal.

本発明に係る音叉型振動子で、前記調整用振動部は、前記連結部の前記第1振動部と前記第2振動部との中立点で、前記連結部に接続されているため、第1振動部と第2振動部の振幅の違いによる振動のエネルギーを最も良く吸収することができ、その振幅の違いをゼロにすることができる。また、Q値の調整幅を最も大きくすることができる。 In the tuning fork type vibrator according to the present invention, the adjustment vibrating part is connected to the connecting part at a neutral point between the first vibrating part and the second vibrating part of the connecting part . The vibration energy due to the difference in amplitude between the vibrating part and the second vibrating part can be absorbed best, and the difference in amplitude can be reduced to zero. Furthermore, the adjustment range of the Q value can be made the largest.

本発明に係る音叉型振動子は、MEMS振動子から成り、静電力により前記調整用振動部の共振周波数を調整可能に構成されていてもよい。この場合、極めて小さく構成することができる。 The tuning fork type vibrator according to the present invention may be made of a MEMS vibrator, and may be configured to be able to adjust the resonance frequency of the adjustment vibrating section using electrostatic force. In this case, it can be configured extremely small.

本発明に係る音叉型振動子の調整方法は、本発明に係る音叉型振動子の前記調整用振動部の共振周波数を、前記静電力により調整することを特徴とする。本発明に係る音叉型振動子の調整方法によれば、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値のみを自由に調整することができる。
The method for adjusting a tuning fork type vibrator according to the present invention is characterized in that the resonant frequency of the adjusting vibration section of the tuning fork type vibrator according to the present invention is adjusted by the electrostatic force . According to the method for adjusting a tuning fork type vibrator according to the present invention, only the Q value can be freely adjusted with almost no effect on the negative phase resonance frequency.

本発明によれば、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値を調整することができる音叉型振動子および音叉型振動子の調整方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a tuning fork type vibrator and a tuning fork type vibrator adjustment method that can adjust the Q value with almost no effect on the negative phase resonance frequency.

一般的な音叉型振動子の構成を示す(a)原理図、(b)および(c)逆相で振動したときの様子を示す説明図、(d)両端のばね定数が異なる場合の、逆相で振動したときの様子を示す説明図である。(a) Principle diagram showing the configuration of a general tuning fork type vibrator, (b) and (c) Explanatory diagram showing what happens when it vibrates in opposite phases, (d) Inverse diagram when the spring constants at both ends are different. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a situation when the device vibrates in phase. 本発明の実施の形態の音叉型振動子の構成を示す原理図である。FIG. 1 is a principle diagram showing the configuration of a tuning fork type vibrator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態の音叉型振動子の、MEMS振動子から成る一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a tuning fork type vibrator including a MEMS vibrator according to an embodiment of the present invention. 図2に示す音叉型振動子の、振動の4つの固有モードの(a)モード1、(b)モード2、(c)モード3、(d)モード4の振動の状態を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the vibration states of four natural modes of vibration (a) mode 1, (b) mode 2, (c) mode 3, and (d) mode 4 of the tuning fork type vibrator shown in FIG. 2; . 図2に示す音叉型振動子のシミュレーション結果の、第3弾性体のばね定数kの変化量に対する(a)モード3での各振動体の振幅x~xの大きさの変化、(b)第1振動体と第2振動体の振幅の比x/xの変化を示すグラフである。In the simulation results of the tuning fork type vibrator shown in FIG . b) It is a graph showing a change in the amplitude ratio x 1 /x 2 of the first vibrating body and the second vibrating body. 図3に示す音叉型振動子のシミュレーション結果の、逆相の共振周波数ωmidと、調整用振動部の共振周波数ωinnerとの比(ωinner/ωmid)に対する、第1振動体の振幅と第2振動体の振幅との比(x/x)の変化、および、Q値の変化を示すグラフである。The amplitude of the first vibrating body with respect to the ratio (ω innermid ) of the resonance frequency ω mid of the opposite phase and the resonance frequency ω inner of the adjustment vibration part in the simulation results of the tuning fork type vibrator shown in FIG. It is a graph which shows the change of the ratio ( x2 / x1 ) with the amplitude of a 2nd vibrating body, and the change of Q value. 図3に示す音叉型振動子のシミュレーション結果の、第3弾性体に静電力を作用させたときの印加電圧(「Inner electrode」に対応)、および、第1弾性体または第2弾性体に静電力を作用させたときの印加電圧(「Sense electrode」に対応)に対する、(a)逆相の共振周波数の変化、(b)Q値の変化を示すグラフである。In the simulation results of the tuning fork type vibrator shown in Figure 3, the applied voltage when an electrostatic force is applied to the third elastic body (corresponding to "Inner electrode"), and the static force applied to the first elastic body or the second elastic body. It is a graph showing (a) change in negative phase resonance frequency and (b) change in Q value with respect to applied voltage (corresponding to "Sense electrode") when electric power is applied.

以下、図面および実施例に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図2乃至図7は、本発明の実施の形態の音叉型振動子を示している。
図2に示すように、音叉型振動子10は、第1振動部11と第2振動部12と連結部13と調整用振動部14とを有している。
Embodiments of the present invention will be described below based on drawings and examples.
2 to 7 show a tuning fork type vibrator according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the tuning fork type vibrator 10 includes a first vibrating part 11, a second vibrating part 12, a connecting part 13, and an adjusting vibrating part 14.

第1振動部11は、第1振動体11a(質量:m)と、第1振動体11aを振動可能に支持体1に接続した第1弾性体11b(ばね定数:k+ΔK)とを有している。第2振動部12は、第2振動体12a(質量:m)と、第2振動体12aを振動可能に支持体1に接続した第2弾性体12b(ばね定数:k-ΔK)とを有している。ここで、第1振動体11aと第2振動体12aの質量は等しい。また、ばね定数の大きい方を第1弾性体11bとし、第1弾性体11bの方が第2弾性体12bよりも堅いものとしている。kは、第1弾性体11bのばね定数と第2弾性体12bのばね定数の平均値であり、ΔKは、ばね定数の平均値kからのずれの量である。 The first vibrating part 11 includes a first vibrating body 11a (mass: m 1 ) and a first elastic body 11b (spring constant: k 0 +ΔK) which connects the first vibrating body 11a to the support body 1 so as to vibrate. have. The second vibrating part 12 includes a second vibrating body 12a (mass: m 1 ) and a second elastic body 12b (spring constant: k 0 −ΔK), which is connected to the support body 1 so that the second vibrating body 12a can vibrate. have. Here, the masses of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a are equal. Further, the one having a larger spring constant is defined as the first elastic body 11b, and the first elastic body 11b is harder than the second elastic body 12b. k 0 is the average value of the spring constant of the first elastic body 11b and the spring constant of the second elastic body 12b, and ΔK is the amount of deviation from the average value k 0 of the spring constant.

連結部13は、第1振動部11と第2振動部12とを振動可能に連結している。連結部13は、弾性部材から成り、第1振動部11および第2振動部12が互いに逆相で振動するよう連結している。図2に示す具体的な一例では、連結部13は、全く同じ2つの弾性部材(ばね定数k)を接続して成っており、一方の弾性部材に第1振動部11の第1振動体11aが接続され、他方の弾性部材に第2振動部12の第2振動体12aが接続されている。 The connecting part 13 connects the first vibrating part 11 and the second vibrating part 12 so that they can vibrate. The connecting portion 13 is made of an elastic member, and connects the first vibrating portion 11 and the second vibrating portion 12 so that they vibrate in opposite phases. In a specific example shown in FIG. 2, the connecting portion 13 is formed by connecting two exactly the same elastic members (spring constant k c ), and one of the elastic members is connected to the first vibrating body of the first vibrating portion 11. 11a is connected, and the second vibrating body 12a of the second vibrating section 12 is connected to the other elastic member.

調整用振動部14は、第3振動体14a(質量:m)と、一端を第3振動体14aに接続した第3弾性体14b(ばね定数:k)と、連結部13と第3弾性体14bとを接続した接続部14c(質量:m)とを有している。接続部14cは、連結部13の2つの弾性部材の接続位置(第1振動部11と第2振動部12との中立点)と、第3弾性体14bの他端とを接続している。調整用振動部14は、第3振動体14aが、第1振動体11aおよび第2振動体12aの振動方向に沿って振動可能に設けられている。また、調整用振動部14は、第3弾性体14bのばね定数を調整可能に構成されている。これにより、調整用振動部14は、自身の共振周波数を調整可能になっている。 The adjustment vibrating part 14 includes a third vibrating body 14a (mass: m 3 ), a third elastic body 14b (spring constant: k 3 ) whose one end is connected to the third vibrating body 14a, and a connecting part 13 and a third vibrating body 14a (mass: m 3 ). It has a connecting portion 14c (mass: m 4 ) connected to the elastic body 14b. The connecting portion 14c connects the connecting position of the two elastic members of the connecting portion 13 (the neutral point between the first vibrating portion 11 and the second vibrating portion 12) and the other end of the third elastic body 14b. The adjustment vibration unit 14 is provided with a third vibrating body 14a that can vibrate along the vibration direction of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a. Further, the adjustment vibration section 14 is configured to be able to adjust the spring constant of the third elastic body 14b. Thereby, the adjustment vibration section 14 can adjust its own resonance frequency.

具体的な一例では、音叉型振動子10は、図3に示すように、MEMS技術により製造されたMEMS振動子から成っている。図3に示す音叉型振動子10は、SOIウエハを用いて製造可能である。音叉型振動子10は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、SOIウエハのデバイス層に、第1振動部11、第2振動部12、連結部13、調整用振動部14が形成され、ハンドル層に支持体1が形成されている。また、調整用振動部14の第3弾性体14bに静電力を作用させて、ばね定数を調整するための電極15が、デバイス層に形成されている。なお、図3中の薄い灰色の部分がデバイス層であり、黒い部分がエッチングにより除去された部分である。 In a specific example, the tuning fork type vibrator 10 is made of a MEMS vibrator manufactured using MEMS technology, as shown in FIG. The tuning fork type vibrator 10 shown in FIG. 3 can be manufactured using an SOI wafer. In the tuning fork type vibrator 10, a first vibrating part 11, a second vibrating part 12, a connecting part 13, and an adjustment vibrating part 14 are formed on a device layer of an SOI wafer by photolithography and etching, and a support body is formed on a handle layer. 1 is formed. Further, an electrode 15 is formed in the device layer for adjusting the spring constant by applying an electrostatic force to the third elastic body 14b of the adjustment vibration section 14. Note that the light gray part in FIG. 3 is the device layer, and the black part is the part removed by etching.

次に、作用について説明する。
音叉型振動子10は、第1弾性体11bのばね定数と第2弾性体12bのばね定数とが異なるため、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたとき、第1振動体11aの振幅と第2振動体12aの振幅とが等しくならない。このとき、連結部13に接続された調整用振動部14が、第1振動体11aおよび第2振動体12aの振動方向に沿って振動可能に設けられているため、第1振動体11aと第2振動体12aのアンバランスにより、調整用振動部14の振動が励振される。このように、調整用振動部14が、第1振動体11aと第2振動体12aと連成することにより、振動モードの形(第1振動体11aと第2振動体12aの振幅)を変動させることができる。これにより、振幅のアンバランスを小さくすることができ、アンカーロスを低減して、Q値の低下を抑えることができる。
Next, the effect will be explained.
In the tuning fork type vibrator 10, since the spring constant of the first elastic body 11b and the spring constant of the second elastic body 12b are different, when the first vibrating part 11 and the second vibrating part 12 are vibrated in opposite phases, The amplitude of the first vibrating body 11a and the amplitude of the second vibrating body 12a are not equal. At this time, since the adjustment vibrating part 14 connected to the connecting part 13 is provided so as to be able to vibrate along the vibration direction of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a, the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a The unbalance of the two vibrating bodies 12a excites the vibration of the adjustment vibrating section 14. In this way, the adjustment vibrating section 14 is coupled with the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a, thereby changing the shape of the vibration mode (the amplitude of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a). can be done. Thereby, it is possible to reduce the amplitude imbalance, reduce the anchor loss, and suppress the decrease in the Q value.

また、音叉型振動子10は、調整用振動部14の共振周波数を調整することにより、調整用振動部14と第1振動体11aおよび第2振動体12aとの連成の度合いを調整することができ、振動モード(第1振動体11aと第2振動体12aの振幅)を自由に調整することができる。これにより、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅の違いによる振動エネルギーの吸収量を調整することができ、Q値を自由に調整することができる。このとき、第1振動体11aの質量および第1弾性体11bのばね定数、ならびに、第2振動体12aの質量および第2弾性体12bのばね定数を変化させないため、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値のみを調整することができる。 Further, the tuning fork type vibrator 10 can adjust the degree of coupling between the adjusting vibrating section 14, the first vibrating body 11a, and the second vibrating body 12a by adjusting the resonance frequency of the adjusting vibrating section 14. The vibration mode (the amplitude of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a) can be freely adjusted. Thereby, it is possible to adjust the absorption amount of vibrational energy due to the difference in amplitude between the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a, and the Q value can be freely adjusted. At this time, since the mass of the first vibrating body 11a and the spring constant of the first elastic body 11b, as well as the mass of the second vibrating body 12a and the spring constant of the second elastic body 12b are not changed, the resonance frequency of the opposite phase is almost the same. Only the Q value can be adjusted without affecting it.

図2に示す音叉型振動子10のQ値を調整する効果を調べるために、数値計算を行った。まず、調整用振動部14の共振周波数が、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの共振周波数から十分に離れている場合について、数値計算を行った。第1振動体11aおよび第2振動体12aの質量m、第1弾性体11bのばね定数と第2弾性体12bのばね定数の平均値k、各ばね定数のずれの量ΔK、連結部13の各弾性部材のばね定数k、第3振動体14aの質量m、第3弾性体14bのばね定数k、および接続部14cの質量mを以下のように設定した。 In order to investigate the effect of adjusting the Q value of the tuning fork type vibrator 10 shown in FIG. 2, numerical calculations were performed. First, numerical calculations were performed for the case where the resonant frequency of the adjustment vibrating section 14 was sufficiently far from the resonant frequency when the first vibrating section 11 and the second vibrating section 12 were vibrated in opposite phases. The mass m 1 of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a, the average value k 0 of the spring constant of the first elastic body 11b and the spring constant of the second elastic body 12b, the amount of deviation ΔK of each spring constant, the connecting portion The spring constant k c of each of the 13 elastic members, the mass m 3 of the third vibrating body 14a, the spring constant k 3 of the third elastic body 14b, and the mass m 4 of the connecting portion 14c were set as follows.

=1
=0.01
=0.0001
=1
=2
=0.05
ΔK=0.01
m 1 = 1
m 3 =0.01
m 4 =0.0001
k 0 =1
k c =2
k3 =0.05
ΔK=0.01

仮に、ΔK=0とした場合には、全ての振動体が同じ方向に移動する同位相(In-phase)の共振周波数f1は、1(rad/s)、逆相の共振周波数f2は、1.7321(rad/s)、第3振動体14aの共振周波数f3は、2.2361(rad/s)、接続部14cの共振周波数f4は、201.25(rad/s)となる。ΔK=0.01の場合も同様に、図4(a)~(d)に示すような4つの固有モードがあらわれ、それぞれのモードの各部の振幅は、以下のようになる。ここで、第1振動体11aの振幅をx、第2振動体12aの振幅をx、第3振動体14aの振幅をx、接続部14cの振幅をxとする。 If ΔK=0, the in-phase resonance frequency f1 where all the vibrators move in the same direction is 1 (rad/s), and the anti-phase resonance frequency f2 is 1 (rad/s). .7321 (rad/s), the resonant frequency f3 of the third vibrating body 14a is 2.2361 (rad/s), and the resonant frequency f4 of the connecting portion 14c is 201.25 (rad/s). Similarly, when ΔK=0.01, four eigenmodes as shown in FIGS. 4(a) to 4(d) appear, and the amplitude of each part of each mode is as follows. Here, the amplitude of the first vibrating body 11a is x 1 , the amplitude of the second vibrating body 12a is x 2 , the amplitude of the third vibrating body 14a is x 3 , and the amplitude of the connecting portion 14c is x 4 .

Figure 0007418808000002
Figure 0007418808000002

モード1では、共振周波数が201.25(rad/s)となり、ほぼ接続部14cのみが振動している。モード2では、共振周波数が1.0(rad/s)となり、全ての振動体がほぼ平行に移動しており、同位相モードとなっている。モード3では、共振周波数が1.7321(rad/s)となり、第1振動体11aと第2振動体12aとが逆方向に振動しており、逆相モードとなっている。この逆相モードでは、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅の大きさは異なっており、アンカーロスが発生していると考えられる。モード4では、共振周波数が2.2292(rad/s)となり、上記のモード3の共振周波数(1.7321(rad/s)と十分離れている。このため、モード3とモード4とは連成せず、ほぼ第3振動体14aのみが振動している。 In mode 1, the resonant frequency is 201.25 (rad/s), and almost only the connecting portion 14c vibrates. In mode 2, the resonant frequency is 1.0 (rad/s), all the vibrators are moving approximately in parallel, and the mode is the same phase. In mode 3, the resonant frequency is 1.7321 (rad/s), the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a vibrate in opposite directions, and are in a reverse phase mode. In this reverse phase mode, the magnitudes of the amplitudes of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a are different, and it is considered that anchor loss occurs. In mode 4, the resonant frequency is 2.2292 (rad/s), which is sufficiently far from the resonant frequency of mode 3 (1.7321 (rad/s)). Therefore, mode 3 and mode 4 are linked. Almost only the third vibrating body 14a is vibrating.

次に、調整用振動部14の共振周波数を、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの共振周波数に近づけた場合について、数値計算を行った。各定数は、以下のように設定した(kのみ変更している)。 Next, numerical calculations were performed for the case where the resonant frequency of the adjustment vibrating section 14 was made close to the resonant frequency when the first vibrating section 11 and the second vibrating section 12 were vibrated in opposite phases. Each constant was set as follows (only k3 was changed).

=1
=0.01
=0.0001
=1
=2
=0.03023
ΔK=0.01
m 1 = 1
m 3 =0.01
m 4 =0.0001
k 0 =1
k c =2
k3 =0.03023
ΔK=0.01

仮に、ΔK=0とした場合には、同位相(In-phase)の共振周波数f1は、1(rad/s)、逆相の共振周波数f2は、1.732(rad/s)、第3振動体14aの共振周波数f3は、1.739(rad/s)、接続部14cの共振周波数f4は、200.75(rad/s)となる。各モードの各部の振幅は、以下のようになる。 If ΔK=0, the in-phase resonance frequency f1 is 1 (rad/s), the anti-phase resonance frequency f2 is 1.732 (rad/s), and the third The resonant frequency f3 of the vibrating body 14a is 1.739 (rad/s), and the resonant frequency f4 of the connecting portion 14c is 200.75 (rad/s). The amplitude of each part of each mode is as follows.

Figure 0007418808000003
Figure 0007418808000003

モード1では、共振周波数が200.76(rad/s)となり、ほぼ接続部14cのみが振動している。モード2では、共振周波数が0.99624(rad/s)となり、全ての振動体がほぼ平行に移動しており、同位相モードとなっている。モード3では、共振周波数が1.7321(rad/s)となり、第1振動体11aと第2振動体12aとが逆方向に振動しており、逆相モードとなっている。この逆相モードでは、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅の大きさが近づくと共に、第3振動体14aの振幅も大きくなっている。これは、調整振動部14(第3振動体14a)が,主振動部(第1振動体11aおよび第2振動体12a)と連成して振動していることを意味しており、この連成により主振動部の振幅が変化したことを意味している。この結果、アンバランスが低減し、アンカーロスが低減する。モード4では、共振周波数が1.7386(rad/s)となり、ほぼ第3振動体14aのみが振動している。 In mode 1, the resonant frequency is 200.76 (rad/s), and almost only the connecting portion 14c vibrates. In mode 2, the resonant frequency is 0.99624 (rad/s), all the vibrators are moving approximately in parallel, and the mode is the same phase. In mode 3, the resonant frequency is 1.7321 (rad/s), the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a vibrate in opposite directions, and are in a reverse phase mode. In this reverse phase mode, the amplitudes of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a become close to each other, and the amplitude of the third vibrating body 14a also becomes large. This means that the adjustment vibration section 14 (third vibrating body 14a) vibrates in conjunction with the main vibrating section (first vibrating body 11a and second vibrating body 12a). This means that the amplitude of the main vibration section has changed due to the change in the amplitude of the vibration. As a result, unbalance is reduced and anchor loss is reduced. In mode 4, the resonance frequency is 1.7386 (rad/s), and almost only the third vibrating body 14a vibrates.

次に、第3弾性体14bのばね定数kのみを変化させたときの、モード3での各振動体の振幅x~xの大きさを求め、図5(a)に示す。また、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅の比x/xを求め、図5(b)に示す。なお、図5(a)および(b)では、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの共振周波数と、調整用振動部14の共振周波数とが等しいときのkの変化量を0%とした。 Next, when only the spring constant k 3 of the third elastic body 14b is changed, the magnitudes of the amplitudes x 1 to x 4 of each vibrating body in mode 3 are determined and shown in FIG. 5(a). Further, the amplitude ratio x 1 /x 2 of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a is determined and shown in FIG. 5(b). In addition, in FIGS. 5A and 5B, when the resonance frequency when the first vibration section 11 and the second vibration section 12 are vibrated in opposite phases is equal to the resonance frequency of the adjustment vibration section 14. The amount of change in k3 was set to 0%.

図5(a)に示すように、xとxが逆符号であり、第1振動部11と第2振動部12とが逆相で振動していることが確認された。また、接続部14cの振幅xは、第3弾性体14bのばね定数kを変化させても、ほぼゼロで変化しないことが確認された。また、第3振動体14aの振動は、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの共振周波数と、調整用振動部14の振動の共振周波数との大小関係により、位相が反転することが確認された。また、図5(b)に示すように、第3弾性体14bのばね定数kを変化させて調整用振動部14の共振周波数を変化させることにより、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅が等しい場合を含めて、第1振動体11aと第2振動体12aの振幅比を変化させることができることが確認された。 As shown in FIG. 5(a), it was confirmed that x 1 and x 2 had opposite signs, and that the first vibrating section 11 and the second vibrating section 12 were vibrating in opposite phases. Further, it was confirmed that the amplitude x 4 of the connecting portion 14c remains almost zero and does not change even if the spring constant k 3 of the third elastic body 14b is changed. Further, the vibration of the third vibrating body 14a has a magnitude relationship between the resonance frequency when the first vibrating part 11 and the second vibrating part 12 are vibrated in opposite phases and the resonant frequency of the vibration of the adjustment vibrating part 14. It was confirmed that the phase was reversed. In addition, as shown in FIG. 5(b), by changing the spring constant k3 of the third elastic body 14b and changing the resonance frequency of the adjustment vibrating part 14, the first vibrating body 11a and the second vibrating body It was confirmed that the amplitude ratio of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a can be changed, including the case where the amplitudes of the vibrating bodies 12a are equal.

図3に示す音叉型振動子10を用いて、有限要素法(FEM)によりシミュレーションを行った。シミュレーションでは、調整用振動部14の共振周波数ωinnerを変化させたときの第1振動体11aおよび第2振動体12aの振幅、およびQ値を求めた。シミュレーションにより、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの中心共振周波数ωmidと、調整用振動部14の共振周波数ωinnerとの比(ωinner/ωmid)に対する、第1振動体11aの振幅と第2振動体12aの振幅との比(x/x)の変化、および、Q値の変化を求め、図6に示す。なお、第1弾性体11bのばね定数kと、第2弾性体12bのばね定数kとの比k/kは、1.23である。 A simulation was performed using the finite element method (FEM) using the tuning fork type vibrator 10 shown in FIG. In the simulation, the amplitudes and Q values of the first vibrating body 11a and the second vibrating body 12a were determined when the resonant frequency ω inner of the adjustment vibrating section 14 was changed. Through simulation, the ratio (ω inner / ω mid ), the change in the ratio (x 2 /x 1 ) between the amplitude of the first vibrating body 11a and the amplitude of the second vibrating body 12a and the change in the Q value were determined and shown in FIG. 6. Note that the ratio k 1 /k 2 between the spring constant k 1 of the first elastic body 11b and the spring constant k 2 of the second elastic body 12b is 1.23.

図6に示すように、調整用振動部14の共振周波数ωinnerを調整することにより、Q値を調整できることが確認された。また、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときのアンカーロスがない場合には、第1振動体11aに加わる反力と第2振動体12aに加わる反力とが等しくなって相殺されるため、k×x=k×xとなる。k/k=1.23であるため、x/x=1.23のとき、Q値が最大値になると想定される。図6に示すように、Q値は、x/x=1.21のとき最大値を示すことが確認され、想定に非常に近い結果が得られた。この結果から、調整用振動部14の共振周波数ωinnerを調整することにより、x/xの値を変化させて、ばね定数の違いによるアンカーロスを低減することができるといえる。 As shown in FIG. 6, it was confirmed that the Q value could be adjusted by adjusting the resonance frequency ω inner of the adjustment vibration section 14. In addition, if there is no anchor loss when the first vibrating part 11 and the second vibrating part 12 are vibrated in opposite phases, the reaction force applied to the first vibrating body 11a and the reaction force applied to the second vibrating body 12a are equal and cancel each other out, so k 1 ×x 1 =k 2 ×x 2 . Since k 1 /k 2 =1.23, it is assumed that the Q value becomes the maximum value when x 2 /x 1 =1.23. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the Q value shows the maximum value when x 2 /x 1 = 1.21, and a result very close to the assumption was obtained. From this result, it can be said that by adjusting the resonant frequency ω inner of the adjustment vibration unit 14, the value of x 2 /x 1 can be changed and the anchor loss due to the difference in spring constant can be reduced.

次に、実際にMEMS振動子を作製し、Q値の調整を行った。調整用振動部14の第3弾性体14bのばね定数を変化させるために、第3弾性体14bに静電力を作用させた。このときの、その印加電圧に対する、第1振動部11と第2振動部12とを逆相で振動させたときの共振周波数の変化、および、Q値の変化を求め、それぞれ図7(a)および(b)に示す(各図中の「Inner electrode」)。なお、図7(a)および(b)には、第1弾性体11bまたは第2弾性体12bのばね定数を直接変化させるために、第1弾性体11bまたは第2弾性体12bに静電力を作用させたときの、その印加電圧に対する、逆相の共振周波数の変化、および、Q値の変化も示す(各図中の「Sense electrode」)。 Next, a MEMS vibrator was actually manufactured and the Q value was adjusted. In order to change the spring constant of the third elastic body 14b of the adjustment vibration section 14, an electrostatic force was applied to the third elastic body 14b. At this time, the changes in the resonance frequency and the Q value when the first vibrating section 11 and the second vibrating section 12 are vibrated in opposite phases with respect to the applied voltage are determined, and the results are shown in FIG. 7(a). and (b) (“Inner electrode” in each figure). Note that in FIGS. 7A and 7B, electrostatic force is applied to the first elastic body 11b or the second elastic body 12b in order to directly change the spring constant of the first elastic body 11b or the second elastic body 12b. The changes in the negative phase resonance frequency and Q value with respect to the applied voltage when applied are also shown ("Sense electrode" in each figure).

図7(a)に示すように、第1弾性体11bまたは第2弾性体12bのばね定数を直接変化させると、逆相の共振周波数が大きく変化するのに対し、第3弾性体14bのばね定数を変化させても、逆相の共振周波数はほとんど変化しないことが確認された。また、図7(b)に示すように、第1弾性体11bまたは第2弾性体12bのばね定数を直接変化させる場合に比べて、第3弾性体14bのばね定数を変化させる方が、Q値の変化率が大きいことが確認された。これらの結果から、第3弾性体14bのばね定数を変化させることにより、調整用振動部14の共振周波数を変化させ、逆相の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、Q値を調整することができるといえる。 As shown in FIG. 7(a), when the spring constant of the first elastic body 11b or the second elastic body 12b is directly changed, the resonance frequency of the opposite phase changes greatly, whereas the spring constant of the third elastic body 14b It was confirmed that even if the constant was changed, the anti-phase resonance frequency hardly changed. Moreover, as shown in FIG. 7(b), compared to directly changing the spring constant of the first elastic body 11b or the second elastic body 12b, it is better to change the spring constant of the third elastic body 14b. It was confirmed that the rate of change in value was large. From these results, by changing the spring constant of the third elastic body 14b, it is possible to change the resonance frequency of the adjustment vibration section 14 and adjust the Q value without almost affecting the resonance frequency of the opposite phase. It can be said that it can be done.

1 支持体
10 音叉型振動子
11 第1振動部
11a 第1振動体
11b 第1弾性体
12 第2振動部
12a 第2振動体
12b 第2弾性体
13 連結部
14 調整用振動部
14a 第3振動体
14b 第3弾性体
14c 接続部
15 電極
1 Support body 10 Tuning fork type vibrator 11 First vibrating part 11a First vibrating body 11b First elastic body 12 Second vibrating part 12a Second vibrating body 12b Second elastic body 13 Connecting part 14 Adjustment vibrating part 14a Third vibration Body 14b Third elastic body 14c Connection portion 15 Electrode

Claims (4)

第1振動部および第2振動部と、
記第1振動部と前記第2振動部とを連結した連結部と、
前記連結部に接続されて、前記第1振動部および前記第2振動部の振動方向に沿って振動する調整用振動部とを有し、
前記第1振動部は、第1振動体と、支持体と前記第1振動体とに接続される第1弾性体とからなり、
前記第2振動部は、第2振動体と、支持体と前記第2振動体とに接続される第2弾性体とからなり、
前記第1弾性体のばね定数はk +ΔKであり、前記第2弾性体のばね定数はk -ΔK(k は、前記第1弾性体のばね定数と、前記第2弾性体のばね定数の平均値で、ΔKはばね定数の平均値からのずれ)であり、
前記連結部の前記第1振動部と前記第2振動部との中立点で、前記調整用振動部は、接続されており、
前記調整用振動部は、第3振動体と、一端を前記第3振動体に接続した第3弾性体と、前記連結部と前記第3弾性体とを接続する接続部とからなり、
前記調整用振動部は、前記第3弾性体に静電力を作用させ共振周波数を調整することを
特徴とする、前記第1振動部および前記第2振動部が互いに逆相で振動する音叉型振動子。
A first vibrating part and a second vibrating part,
a connecting part connecting the first vibrating part and the second vibrating part;
an adjusting vibration part connected to the connecting part and vibrating along the vibration direction of the first vibration part and the second vibration part,
The first vibrating section includes a first vibrating body and a first elastic body connected to a support body and the first vibrating body,
The second vibrating section includes a second vibrating body and a second elastic body connected to the support body and the second vibrating body,
The spring constant of the first elastic body is k 0 +ΔK, and the spring constant of the second elastic body is k 0 −ΔK (k 0 is the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body). is the average value of the spring constant, and ΔK is the deviation from the average value of the spring constant),
The adjusting vibrating part is connected at a neutral point between the first vibrating part and the second vibrating part of the connecting part,
The adjustment vibrating part includes a third vibrating body, a third elastic body having one end connected to the third vibrating body, and a connecting part connecting the connecting part and the third elastic body,
The adjusting vibrating part is a tuning fork type in which the first vibrating part and the second vibrating part vibrate in opposite phases to each other, and the adjusting vibrating part adjusts the resonance frequency by applying an electrostatic force to the third elastic body. vibrator.
前記静電力を作用させる電極が設けられていることを特徴とする、請求項1記載の音叉型振動子。 2. The tuning fork type vibrator according to claim 1, further comprising an electrode for applying said electrostatic force . MEMS振動子から成、請求項1または2記載の音叉型振動子。 The tuning fork type vibrator according to claim 1 or 2, comprising a MEMS vibrator. 請求項1乃至3いずれか1項に記載の音叉型振動子の前記調整用振動部の共振周波数を前記静電力により調整することを特徴とする音叉型振動子の調整方法。 4. A method for adjusting a tuning fork type vibrator, comprising adjusting the resonance frequency of the adjusting vibration section of the tuning fork type vibrator according to any one of claims 1 to 3 , using the electrostatic force .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006238265A (en) 2005-02-28 2006-09-07 Seiko Epson Corp Vibrator structure and manufacturing method thereof
JP2007333467A (en) 2006-06-13 2007-12-27 Hitachi Ltd Inertial sensor
JP2014157081A (en) 2013-02-15 2014-08-28 Seiko Epson Corp Gyro sensor, electronic apparatus, and moving object
JP2016099269A (en) 2014-11-25 2016-05-30 セイコーエプソン株式会社 Gyro sensor, electronic equipment, and mobile body

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238265A (en) 2005-02-28 2006-09-07 Seiko Epson Corp Vibrator structure and manufacturing method thereof
JP2007333467A (en) 2006-06-13 2007-12-27 Hitachi Ltd Inertial sensor
JP2014157081A (en) 2013-02-15 2014-08-28 Seiko Epson Corp Gyro sensor, electronic apparatus, and moving object
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