JPH10153430A - Angular speed detecting device and its manufacture - Google Patents

Angular speed detecting device and its manufacture

Info

Publication number
JPH10153430A
JPH10153430A JP8313892A JP31389296A JPH10153430A JP H10153430 A JPH10153430 A JP H10153430A JP 8313892 A JP8313892 A JP 8313892A JP 31389296 A JP31389296 A JP 31389296A JP H10153430 A JPH10153430 A JP H10153430A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
angular velocity
vibrating
density
resonance frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8313892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Kurata
信夫 倉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP8313892A priority Critical patent/JPH10153430A/en
Publication of JPH10153430A publication Critical patent/JPH10153430A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely set resonance frequency to a specified value by setting the density of the atmosphere around an oscillator in a certain process substantially equal to the density of an inert gas in the other processes. SOLUTION: A metallized base 100 has a 4-layer structure, and circuit elements 111, 112 for performing excitation, detection of vibration, and angular speed operation are loaded on the reverse side of the first layer 101 which is the bottom layer. The lower end of a metallic lid 110 is fixed to the fourth layer 104 by a sealing resin over the whole circumference. Instead of this, the fixation may be performed by brazing. The space in which an oscillator 10 is housed is thus perfectly shielded from the outside. This internal space is filled with an inert gas having the same density as the atmosphere. As the inert gas, a gas mainly composed of relatively inexpensive nitrogen gas, to which argon gas and helium gas suitable for detecting gas leakage are mixed, is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のナビゲー
ションシステムや姿勢制御などに用いられる角速度検出
装置に関するものであり、特に、振動型の角速度検出装
置およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detecting device used for an automobile navigation system and attitude control, and more particularly to a vibration type angular velocity detecting device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、振動する振動子に回転を加え
ると、コリオリの力によって回転角速度に応じた新たな
振動が励振振動と垂直な方向に発生することを利用した
振動型角速度検出装置が知られている。そして、この種
の角速度検出装置の中で、さらに、振動子が大気に触れ
ないように真空雰囲気や不活性ガス雰囲気中に封止した
ものがある。振動子を封止するのは、空気中の水蒸気が
振動子に結露したり、振動子が空気中の酸素により酸化
・腐食したりして検出精度が低下することを防止するた
めである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a vibration type angular velocity detecting device utilizing the fact that when a vibrating vibrator is rotated, a new vibration corresponding to the rotational angular velocity is generated in a direction perpendicular to the excitation vibration by Coriolis force. Are known. Some of such angular velocity detectors are further sealed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere so that the vibrator does not come into contact with the atmosphere. The purpose of sealing the vibrator is to prevent the detection accuracy from being reduced due to the condensation of water vapor in the air on the vibrator and the oxidization and corrosion of the vibrator by oxygen in the air.

【0003】一方、角速度検出装置は、一般に製造工程
において共振周波数の調整が行われる。特に、振動子の
角柱状振動片端面の一辺が0.5mmを下回るような超
小型振動子を搭載したものの場合には、大型の振動子と
比べて感度が低いため共振周波数を精密に調整する必要
がある。共振周波数を調整する方法の一例として、特開
平8−146029号公報に記載の「振動子の共振周波
数調整方法」が挙げられる。この従来技術は、レーザア
シストエッチング加工技術による振動子の研削と共振周
波数の測定とを同一のチャンバ内で行うことを特徴とす
るものである。
On the other hand, the angular velocity detecting device generally adjusts the resonance frequency in a manufacturing process. In particular, in the case where a micro-oscillator such that one side of a prism-shaped vibrating piece end face of the vibrator is smaller than 0.5 mm is mounted, the resonance frequency is precisely adjusted because the sensitivity is lower than that of a large vibrator. There is a need. As an example of a method of adjusting the resonance frequency, there is a “method of adjusting the resonance frequency of the vibrator” described in JP-A-8-146029. This prior art is characterized in that the resonator grinding and the measurement of the resonance frequency by the laser assisted etching processing technique are performed in the same chamber.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、共振周波数
調整としては振動子の重量調整が一般的で、振動子自身
を研削したり、振動子の先端部にトリミング用金属膜を
予め蒸着しておき適宜これを研削したりする方法があ
る。いずれにしろ、これらの研削工程は大気中において
行うことが、工程設備の簡素化および工数の低減にきわ
めて有効であるため、実際に大気中で行われることが多
い。
The resonance frequency is generally adjusted by adjusting the weight of the vibrator. The vibrator itself is ground or a metal film for trimming is previously deposited on the tip of the vibrator. There is a method of grinding this as appropriate. In any case, since these grinding steps are performed in the air, which is extremely effective for simplifying the process equipment and reducing the number of steps, the grinding steps are often actually performed in the air.

【0005】しかし、上述したように振動子が真空雰囲
気や不活性ガス雰囲気中に封止されている角速度検出装
置の場合には、共振周波数調整時の振動子の雰囲気と封
止雰囲気とが異なるため、調整時の共振周波数と封止後
の共振周波数とが正確に一致せず、装置の検出精度向上
の妨げとなっていた。
However, in the case of the angular velocity detecting device in which the vibrator is sealed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere as described above, the atmosphere of the vibrator when adjusting the resonance frequency is different from the sealing atmosphere. For this reason, the resonance frequency at the time of adjustment does not exactly match the resonance frequency after sealing, which hinders improvement in detection accuracy of the device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の角速度検出装置
の製造方法は、このような問題を解決するためになされ
たものであり、角速度検出用振動子の共振周波数を調整
する第1工程と、振動子を不活性ガス雰囲気の中に封止
する第2工程とを有する角速度検出装置の製造方法にお
いて、第1工程における振動子周辺の雰囲気密度と第2
工程における不活性ガスの密度を略同一としたものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing an angular velocity detecting device according to the present invention is made to solve such a problem, and comprises a first step of adjusting a resonance frequency of an angular velocity detecting vibrator. And a second step of sealing the vibrator in an inert gas atmosphere.
The density of the inert gas in the process is substantially the same.

【0007】共振周波数は振動子の置かれた雰囲気の密
度と相関があり、密度に応じて±0.1%程度の変化が
ある。本発明によれば、調整時と封止時の雰囲気密度が
一致しているので、調整時の共振周波数と封止後の共振
周波数とが一致する。そのため、共振周波数調整を厳密
に行えば、角速度検出装置の検出精度を最大限に高める
ことができる。
The resonance frequency is correlated with the density of the atmosphere in which the vibrator is placed, and varies by about ± 0.1% according to the density. According to the present invention, since the atmosphere density at the time of adjustment and the atmosphere density at the time of sealing match, the resonance frequency at the time of adjustment matches the resonance frequency after sealing. Therefore, if the resonance frequency is strictly adjusted, the detection accuracy of the angular velocity detecting device can be maximized.

【0008】なお、第1工程における振動子周辺の雰囲
気密度と第2工程における不活性ガスの密度とを大気密
度にほぼ一致させることが望ましい。第一工程の共振周
波数調整を大気中で行うので、設備の簡素化ができ、作
業が容易となる。
It is desirable that the density of the atmosphere around the vibrator in the first step and the density of the inert gas in the second step be substantially equal to the atmospheric density. Since the resonance frequency adjustment in the first step is performed in the atmosphere, the equipment can be simplified and the operation can be facilitated.

【0009】また、本発明の角速度検出装置は、振動子
を励振させ、この振動子の回転に伴って発生するコリオ
リの力に基づく振動の振幅から回転の角速度を検出する
角速度検出装置において、振動子が大気密度と略同一の
不活性ガス中に封止されていることを特徴とするもので
ある。
The angular velocity detecting device according to the present invention is an angular velocity detecting device which excites a vibrator and detects an angular velocity of rotation from an amplitude of vibration based on Coriolis force generated with rotation of the vibrator. The element is sealed in an inert gas having substantially the same density as the atmospheric density.

【0010】この角速度検出装置によれば、共振周波数
が振動子を封止する前の大気中での共振周波数と一致し
ている。したがって、振動子を封止する前の共振周波数
調整を作業の容易な大気中で行ったときに、高い検出精
度を持たせることができる。
According to this angular velocity detecting device, the resonance frequency matches the resonance frequency in the atmosphere before the vibrator is sealed. Therefore, when the resonance frequency adjustment before sealing the vibrator is performed in the easy-to-work atmosphere, high detection accuracy can be provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1(a)は、本発明の角速度検
出装置の一実施形態における振動子10を示す平面図で
ある。この図において、左右方向をX軸とし右向きを正
の向きにとり、上下方向をY軸とし上向きを正の向きに
とり、紙面に垂直な方向をZ軸とし表向きを正の向きに
とっている。振動子10は、X軸方向に延在する振動子
基体11と、振動子基体11から+Yの向きに延びる励
振用の第1振動片12および13と、振動子基体11か
らそれぞれ第1振動片12および13と同軸上で−Yの
向きに延びる検出用の第2振動片14および15と、第
2振動片14および15の間において振動子基体11か
ら−Yの向きに延びる支持棒16と、支持棒16の端部
に設けられた固定板17とが水晶の単結晶基板で一体に
構成されている。
FIG. 1A is a plan view showing a vibrator 10 in an embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention. In this figure, the left and right directions are set to the X axis, the right direction is set to the positive direction, the up and down direction is set to the Y axis, the upward direction is set to the positive direction, the direction perpendicular to the paper surface is set to the Z axis, and the front direction is set to the positive direction. The vibrator 10 includes a vibrator base 11 extending in the X-axis direction, first vibrating reeds 12 and 13 extending from the vibrator base 11 in the + Y direction, and a first vibrating reed from the vibrator base 11. A second vibrating piece for detection 14 and 15 extending coaxially with 12 and 13 in the -Y direction, a support rod 16 extending in a -Y direction from the vibrator base 11 between the second vibrating pieces 14 and 15; The fixing plate 17 provided at the end of the support rod 16 is integrally formed with a single crystal substrate of quartz.

【0012】ここで、水晶の結晶軸について簡単に説明
する。天然の水晶は、一般に柱状結晶であり、この柱状
結晶の縦方向の中心軸すなわち<0001>結晶軸はZ
軸または光軸と規定され、Z軸を通り柱状結晶の各表面
に垂直に交わる線はY軸または機械軸と規定される。ま
た、Z軸を通りこの柱状結晶の縦方向の稜線と直交する
線はX軸または電気軸と規定される。
Here, the crystal axis of quartz will be briefly described. Natural quartz is generally a columnar crystal, and the longitudinal central axis of the columnar crystal, that is, the <0001> crystal axis is Z
An axis or optical axis is defined, and a line passing through the Z axis and perpendicular to each surface of the columnar crystal is defined as a Y axis or a mechanical axis. A line passing through the Z axis and orthogonal to the vertical ridge line of the columnar crystal is defined as an X axis or an electric axis.

【0013】振動子10に用いられている単結晶基板は
Z板と呼ばれる基板であり、Z軸に垂直ないし略垂直な
面で切り出された単結晶基板である。したがって、本実
施形態においては、結晶方位のZ軸と、図面上の振動子
10の配置方向を示す上述したZ軸とは一致している。
また、水晶のX軸およびY軸は互いに直交するものが3
組あり、そのうちの一組と図面上の振動子10の配置方
向を示すX軸およびY軸とが一致している。なお、振動
子10に用いられる水晶は、人工水晶であるがその構造
は天然の水晶と同じである。
The single crystal substrate used in the vibrator 10 is a substrate called a Z plate, which is a single crystal substrate cut out in a plane perpendicular or substantially perpendicular to the Z axis. Therefore, in the present embodiment, the Z axis of the crystal orientation coincides with the above-described Z axis indicating the arrangement direction of the vibrator 10 in the drawing.
The X axis and the Y axis of the crystal are orthogonal to each other.
There are pairs, and one of the pairs coincides with the X-axis and the Y-axis indicating the arrangement direction of the transducer 10 on the drawing. The quartz used for the vibrator 10 is an artificial quartz, but its structure is the same as a natural quartz.

【0014】第1振動片12および13は互いに同一寸
法であり、本実施形態では共に励振用の振動片として用
いられる。また、第2振動片14および15も互いに同
一寸法であり、共に検出用の振動片として用いられる。
第2振動片14および15は、第1振動片12および1
3に対して細くて長く、そのために、第1振動片12、
13のX方向の固有振動数fX1と第2振動片14、15
のX方向の固有振動数fX2とが互いに異なっている。Z
方向の固有振動数も第1振動片と第2振動片とでは互い
に異なっているが、Z方向の振動については、第1振動
片と第2振動片とが連成して振動するため連成の固有振
動数fZが存在する。X方向の振動については第1振動
片と第2振動片との間の振動の伝達率が非常に低いため
連成振動はほとんどない。このように、X方向の振動に
ついては第1振動片と第2振動片とが連成せず、Z方向
の振動については第1振動片と第2振動片とが連成する
のは、振動子10全体が非常に薄い水晶基板で一体に形
成されており、振動子基体11のY方向の幅が水晶基板
の厚みに対して十分に広いという形状に起因している。
本実施形態では、第1振動片12、13のX方向の固有
振動数fX1と連成の固有振動数fZ との値が非常に近
い値になるように調整されている。
The first vibrating bars 12 and 13 have the same dimensions as each other, and are both used as vibrating bars for excitation in this embodiment. The second vibrating reeds 14 and 15 also have the same dimensions as each other, and are both used as vibrating reeds for detection.
The second vibrating bars 14 and 15 are connected to the first vibrating bars 12 and 1
3, the first vibrating bar 12,
13, the natural frequency f X1 in the X direction and the second vibrating bars 14 and 15
Are different from each other in the natural frequency f X2 in the X direction. Z
The natural frequencies of the first and second vibrating reeds are also different from each other, but the vibration in the Z direction is coupled because the first and second vibrating vibrates in a coupled manner. Has a natural frequency f Z of. As for the vibration in the X direction, there is almost no coupled vibration since the transmission rate of the vibration between the first vibrating piece and the second vibrating piece is very low. As described above, the first vibrating piece and the second vibrating piece are not coupled with each other for the vibration in the X direction, and the first vibrating piece and the second vibrating piece are coupled with each other for the vibration in the Z direction. The entire structure 10 is integrally formed of a very thin quartz substrate, and the width of the vibrator base 11 in the Y direction is sufficiently large with respect to the thickness of the quartz substrate.
In the present embodiment, the values of the natural frequency f X1 of the first vibrating bars 12 and 13 in the X direction and the coupled natural frequency f Z are adjusted to be very close to each other.

【0015】各振動片にはそれぞれの用途に応じた電極
が設けられている。すなわち、第1振動片12および1
3には励振用の電極が、第2振動片14および15には
検出用の電極がそれぞれ設けられている。電極の配置に
ついては、図面の微細描写を避けるために、図1(a)
では省略されており、これに代えて、図1(b)および
(c)を用いて表示されている。図1(b)および
(c)は、それぞれ図1(a)におけるB−B断面図お
よびC−C断面図である。図示のように、第1振動片1
3には、それぞれ上面、下面および側面の4つの面に電
極21〜24が、振動子基体11との結合部から第1振
動片13の先端部に向かって、すなわち+Yの向きに、
振動片全長の2/3〜3/4程度の長さに延在してい
る。第1振動片12にも同様の電極31〜34(図3参
照)が設けられている。一方、第2振動片15には、矩
形断面の4つの角部すなわち稜線部をそれぞれが覆うよ
うに、4つの電極25〜28が振動子基体11との結合
部から第2振動片15の先端部に向かって、すなわち−
Yの向きに、振動片全長の2/3〜3/4程度の長さに
延在している。なお、第2振動片14にも同様の電極3
5〜38(図3参照)が設けられている。
Each vibrating piece is provided with an electrode corresponding to its use. That is, the first vibrating bars 12 and 1
3 is provided with an excitation electrode, and the second vibrating bars 14 and 15 are provided with detection electrodes. Regarding the arrangement of the electrodes, FIG.
Are omitted, and are displayed using FIGS. 1B and 1C instead. FIGS. 1B and 1C are a cross-sectional view taken along a line BB and a line CC, respectively, in FIG. As shown, the first resonator element 1
In FIG. 3, electrodes 21 to 24 are provided on four surfaces of an upper surface, a lower surface, and a side surface, respectively.
The vibrating piece extends to a length of about / to / of the entire length of the resonator element. Similar electrodes 31 to 34 (see FIG. 3) are provided on the first vibrating reed 12. On the other hand, on the second vibrating reed 15, the four electrodes 25 to 28 are connected to the end of the second vibrating reed 15 from the coupling portion with the vibrator base 11 so as to cover the four corners of the rectangular cross section, that is, the ridges. Towards the part, ie-
It extends in the direction of Y to a length of about / to / of the total length of the resonator element. Note that the same electrode 3 is also provided on the second vibrating reed 14.
5 to 38 (see FIG. 3) are provided.

【0016】各電極は、クロムと金の2層構造となって
おり、振動子10の表面にこれらの金属を蒸着した後
に、フォトリソグラフィ技術を用いて適宜分離すると共
に所望の形状にパターニングすることにより得られる。
また、各電極は固定板17に設けられているボンディン
グパッド81〜84のいずれかと電気的に接続され、そ
こからさらに後述する信号処理回路に接続される。振動
片上の各電極とボンディングパッドとの間の配線は、図
示していないが支持棒16の表面に膜形成技術により設
けらている。また、第1振動片12および13、第2振
動片14および15のそれぞれの先端部側周面には、共
振周波数調整用の金属膜142、143、144、14
5が蒸着されている。上述したように、励振用の第1振
動片12、13のX方向の固有振動数はfX1になるよう
に形成される。すなわち、励振の共振周波数がfX1にな
るようにする。しかし、実際には振動子の加工精度に限
界があるため水晶のZ板のエッチングにより切り出しだ
けで、第1振動片12、13のX方向の固有振動数を正
確にfX1とすることが困難である。そこで、予め金属膜
を振動片の先端に設け、この金属膜が蒸着された状態で
の固有振動数がfX1よりも僅かに低い値となるように形
成し、その後、振動振幅を測定しながら調整用金属膜を
レーザ光等によって研削することにより共振周波数を所
望の値fX1に調整するという方法が用いられる。同様に
検出用の共振周波数調整は金属膜144および145を
研削することにより行われる。なお、金属膜142、1
43、144、145は、重量調整用であるから研削が
可能であればどのような材料でも構わないが、本実施形
態では電極21〜24等と同じ材料を用いており、これ
により電極21〜24等と同時に形成して製作工数の低
減を図っている。
Each electrode has a two-layer structure of chromium and gold. After depositing these metals on the surface of the vibrator 10, they are appropriately separated by photolithography and patterned into a desired shape. Is obtained by
Each electrode is electrically connected to one of the bonding pads 81 to 84 provided on the fixing plate 17 and further connected to a signal processing circuit described later. The wiring between each electrode on the resonator element and the bonding pad is provided on the surface of the support rod 16 by a film forming technique, though not shown. Further, metal films 142, 143, 144, and 14 for adjusting the resonance frequency are provided on the peripheral surfaces of the first vibrating bars 12 and 13 and the second vibrating bars 14 and 15, respectively, on the distal end side.
5 have been deposited. As described above, the first vibrating reeds 12 and 13 for excitation are formed such that the natural frequency in the X direction is f X1 . That is, the resonance frequency of the excitation is set to f X1 . However, since the processing accuracy of the vibrator is limited in practice, it is difficult to accurately set the natural frequency in the X direction of the first vibrating reeds 12 and 13 to f X1 only by cutting out the crystal Z plate by etching. It is. Therefore, a metal film is provided in advance at the tip of the resonator element, and the natural frequency in a state where the metal film is deposited is formed to be a value slightly lower than f X1 , and then, while measuring the vibration amplitude, A method is used in which the resonance frequency is adjusted to a desired value f X1 by grinding the adjustment metal film with laser light or the like. Similarly, the adjustment of the resonance frequency for detection is performed by grinding the metal films 144 and 145. The metal films 142, 1
43, 144, and 145 are used for weight adjustment, and any material may be used as long as grinding is possible. In this embodiment, the same material as the electrodes 21 to 24 is used. 24 and the like to reduce the number of manufacturing steps.

【0017】図2は、この振動子10が4層のメタライ
ズド基板100上に搭載され、さらに金属製のふた11
0で密封された状態を示す図であり、同図(a)は平面
図、同図(b)は側面図である。
FIG. 2 shows that the vibrator 10 is mounted on a four-layer metallized substrate 100, and a metal lid 11 is provided.
It is a figure which shows the state sealed by 0, FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a side view.

【0018】メタライズド基板は、一般に90%SiO
2のグリーンのシート(生状態)に、配線やボンディン
グパッド等をタングステンやモリブデンなどの金属で印
刷し、これを多層に積み上げてプレスした後、乾燥させ
て焼成することにより作製されるセラミックスの多層配
線基板のことである。各層の配線間はビアホールと呼ば
れる接続穴によって接続される。このメタライズド基板
は、生の状態(グリーンシートの状態)でのくり抜き加
工が容易なので、表面に段差のある基板を容易に作製す
ることができる。各層はプレス加工されて焼成されてい
るので、また、ビアホールはタングステンやモリブデン
等の金属によって埋められているので、各層間の気密性
は十分に保たれている。さらに、配線にはタングステン
やモリブデンといった高融点金属が用いられているの
で、これらの配線に影響を与えることなく種々の実装部
品を高温でろう付けすることが可能である。
The metallized substrate is generally 90% SiO
The second green sheet (green state), the wiring and the bonding pads by printing with a metal such as tungsten or molybdenum, after pressing stacked this multilayer, a multilayer ceramic made by firing dried It is a wiring board. The wiring in each layer is connected by a connection hole called a via hole. Since the metallized substrate can be easily cut out in a raw state (a state of a green sheet), a substrate having a step on the surface can be easily manufactured. Since each layer is pressed and fired, and the via holes are filled with a metal such as tungsten or molybdenum, the airtightness between the layers is sufficiently maintained. Further, since a high melting point metal such as tungsten or molybdenum is used for the wiring, various mounted components can be brazed at a high temperature without affecting these wirings.

【0019】メタライズド基板100は4層構造となっ
ており、最下層である第1層101の裏面には、励振、
振動検出および角速度演算等を行うための回路素子11
1、112が搭載されている。第1層101の上には順
に第2層102、第3層103、第4層104が積層さ
れている。第2層102、第3層103、第4層104
はいずれも中央部が長方形にくり抜かれており、その開
口の長手方向(図2の左右方向)の長さが順に長くなっ
ていて、図示のように右側を揃えることで左側が階段状
になっている。
The metallized substrate 100 has a four-layer structure, and the back surface of the lowermost first layer 101 has excitation,
Circuit element 11 for detecting vibration and calculating angular velocity
1 and 112 are mounted. On the first layer 101, a second layer 102, a third layer 103, and a fourth layer 104 are sequentially stacked. Second layer 102, third layer 103, fourth layer 104
In each case, the center is hollowed out in a rectangular shape, and the length of the opening in the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 2) is sequentially increased, and the left side is stepped by aligning the right side as shown in the figure. ing.

【0020】このメタライズド基板100の階段部の第
2層102上には、振動子10の固定板17が半田付け
により溶着固定されており、第3層103の表面にはボ
ンディングパッド131〜134が設けられている。ボ
ンディングパッド131〜134はそれぞれ図示を省略
した各層の配線およびビアホールを介して回路素子11
1および112に接続されている。振動子10の固定板
17を第2層102上に溶着してあるので、振動片12
〜15を第1層101から浮いた状態に保つことができ
る。また、メタライズド基板100側のボンディングパ
ッド131〜134を第2層102上に設けずに第3層
103上に設けてあるので、振動子10のボンディング
パッド81〜84との高低差が緩和され、ボンディング
ワイヤ121〜124の結線作業が容易である。
The fixed plate 17 of the vibrator 10 is fixed by welding on the second layer 102 at the step portion of the metallized substrate 100 by soldering, and bonding pads 131 to 134 are formed on the surface of the third layer 103. Is provided. The bonding pads 131 to 134 are respectively connected to the circuit element 11 via wiring and via holes of each layer (not shown).
1 and 112. Since the fixed plate 17 of the vibrator 10 is welded on the second layer 102, the vibrating piece 12
To 15 can be kept floating from the first layer 101. Further, since the bonding pads 131 to 134 on the metallized substrate 100 side are provided on the third layer 103 without being provided on the second layer 102, the height difference between the bonding pads 81 to 84 of the vibrator 10 is reduced, Connection work of the bonding wires 121 to 124 is easy.

【0021】金属製の蓋110の下端は全周に亘って封
止用樹脂で第4層104に固着されている。封止用の樹
脂による固着に代えて半田付けのようなろう付けで固着
してもよい。これにより、振動子10が納められている
空間が完全に外界から遮断される。この内部空間には、
大気と同じ密度の不活性ガスが充填される。具体的には
窒素ガスN2、アルゴンガスArおよびヘリウムガスH
2の混合ガスを1気圧で、 N2:Ar:He2=95:3.5:2 の割合で封入する。この混合ガスの密度は、25℃の大
気密度と同じ値であり、28.96g/molである。
このように、振動子10は大気と同じ密度の不活性ガス
雰囲気中に置かれているので、封止前の共振周波数調整
を作業が容易な大気中で行っても、封止による誤差が生
じない。換言すれば、不活性ガスを封入することに伴う
共振周波数の変化を何ら考慮することなく封止前に共振
周波数を調整することができる。
The lower end of the metal lid 110 is fixed to the fourth layer 104 with a sealing resin all around. Instead of fixing with a sealing resin, it may be fixed by brazing such as soldering. Thereby, the space in which the vibrator 10 is housed is completely shut off from the outside. In this interior space,
An inert gas having the same density as the atmosphere is filled. Specifically, nitrogen gas N 2 , argon gas Ar and helium gas H
A mixed gas of e 2 is sealed at 1 atm in a ratio of N 2 : Ar: He 2 = 95: 3.5: 2. The density of this mixed gas is the same as the atmospheric density at 25 ° C., and is 28.96 g / mol.
As described above, since the vibrator 10 is placed in an inert gas atmosphere having the same density as the air, even if the resonance frequency adjustment before sealing is performed in the atmosphere where the work is easy, errors due to sealing may occur. Absent. In other words, the resonance frequency can be adjusted before sealing without taking into account any change in the resonance frequency caused by sealing the inert gas.

【0022】なお、不活性ガスとしては、比較的安価な
窒素ガスを主体として、ガス漏れ検出に適したアルゴン
ガスおよびヘリウムガスを混合したものを用いたがこれ
に限定されるものではない。ガス漏れ検出の容易性を考
えなければ、たとえば、1.033気圧の窒素ガスを用
いてもよい。1.033気圧の窒素ガスの密度は、25
℃の大気密度と同じ、28.96g/molとなる。
As the inert gas, a mixture of an inexpensive nitrogen gas and a mixture of an argon gas and a helium gas suitable for detecting a gas leak is mainly used, but the present invention is not limited to this. If the ease of gas leak detection is not considered, for example, nitrogen gas at 1.033 atm may be used. The density of nitrogen gas at 1.033 atm is 25
It is 28.96 g / mol, which is the same as the atmospheric density at ° C.

【0023】第1層101の上面140は全面が金属膜
で覆われており、この金属膜と金属性の蓋110とがビ
アホールを介して電気的に接続されている。したがっ
て、振動子10が納められている空間は等電位の金属で
ほとんど覆われ、電磁シールドされている。後述する検
出回路等にはオペアンプが使用され、高増幅率の増幅が
行われるが、一般に高増幅率を持つ増幅回路は電磁ノイ
ズに弱く、特にその入力端である素子部からのノイズの
侵入を防ぐ必要がある。電磁シールドはこのようなノイ
ズの侵入防止に有効である。また、各振動片に設けられ
た電極は互いに対向する電極同士でコンデンサを構成し
ており、後述するようにその電荷量の変化から角速度を
求めるものであるが、この電荷量は外部からの電磁ノイ
ズの影響を受けるので、その影響を抑えるためにも振動
子10を取り囲む電磁シールドは有効である。なお、第
1層101の表面140に配線が施されている場合は、
電磁シールド用の金属膜はその配線と接続しないよう
に、その部分を除いて施される。
The upper surface 140 of the first layer 101 is entirely covered with a metal film, and this metal film and the metal cover 110 are electrically connected via via holes. Therefore, the space in which the vibrator 10 is housed is almost covered with an equipotential metal and is electromagnetically shielded. An operational amplifier is used in a detection circuit and the like described later, and amplification with a high amplification rate is performed. Generally, an amplification circuit having a high amplification rate is vulnerable to electromagnetic noise. Need to be prevented. The electromagnetic shield is effective in preventing such intrusion of noise. The electrodes provided on each vibrating element constitute a capacitor with electrodes facing each other, and the angular velocity is obtained from the change in the amount of charge as described later. The electromagnetic shield surrounding the vibrator 10 is effective for suppressing the influence of noise. When wiring is provided on the surface 140 of the first layer 101,
The metal film for the electromagnetic shield is applied except for the portion so as not to be connected to the wiring.

【0024】つぎに、回路素子111および112に搭
載された励振、検出および角速度演算を行う処理回路に
ついて説明する。図3は励振回路50、検出回路60お
よび角速度演算回路70を示すと共に、これらの回路と
振動片12〜15に設けられた電極21〜28および3
1〜38との接続関係を示すブロック図である。また、
図4は、第1振動片12および13における逆圧電効果
を説明するための図であり、図5は第2振動片14およ
び15における圧電効果を説明するための図である。
Next, a processing circuit mounted on the circuit elements 111 and 112 for performing excitation, detection, and angular velocity calculation will be described. FIG. 3 shows an excitation circuit 50, a detection circuit 60, and an angular velocity calculation circuit 70. These circuits and electrodes 21 to 28 and 3 provided on the vibrating bars 12 to 15 are shown.
It is a block diagram which shows the connection relationship with 1-38. Also,
FIG. 4 is a diagram for explaining the inverse piezoelectric effect in the first vibrating bars 12 and 13, and FIG. 5 is a diagram for explaining the piezoelectric effect in the second vibrating bars 14 and 15.

【0025】励振回路50は、電流電圧変換回路51と
自動利得制御回路52と駆動回路53とを備えており、
検出回路60は、電流電圧変換回路61および62と作
動増幅回路63と同期検波回路64とを備えている。
The excitation circuit 50 includes a current-voltage conversion circuit 51, an automatic gain control circuit 52, and a drive circuit 53.
The detection circuit 60 includes current-voltage conversion circuits 61 and 62, an operation amplification circuit 63, and a synchronous detection circuit 64.

【0026】駆動回路53は、自動利得制御回路52の
出力電圧値に応じた振幅で所定の繰り返し周波数のパル
ス波を励振信号として出力するとともに、その出力信号
と90度位相のずれた信号を同期検波回路64の検波信
号として出力する回路であり、その出力端子は端子54
を介して第1振動片13の側面の電極22、24と第1
振動片12の上下面の電極31、33に共通に接続され
ている。第1振動片12および13の残りの電極21、
23、32、34は、互いに共通に端子55を介して電
流電圧変換回路51の入力端子に接続されることによ
り、駆動回路53が出力するパルス波の中間電位に固定
される。
The drive circuit 53 outputs a pulse wave having an amplitude corresponding to the output voltage value of the automatic gain control circuit 52 and having a predetermined repetition frequency as an excitation signal, and synchronizes the output signal with a signal having a phase shifted by 90 degrees. The detection circuit 64 outputs a detection signal as a detection signal.
Through the electrodes 22 and 24 on the side surface of the first vibrating reed 13
The electrodes 31 and 33 on the upper and lower surfaces of the resonator element 12 are commonly connected. The remaining electrodes 21 of the first vibrating bars 12 and 13,
23, 32, and 34 are commonly connected to the input terminal of the current-voltage conversion circuit 51 via the terminal 55, thereby being fixed to the intermediate potential of the pulse wave output from the drive circuit 53.

【0027】図4は、この励振回路50による第1振動
片の励振動作を説明するものであり、同図(a)は第1
振動片13をZX平面で切った断面図であり、図1
(b)と同等の図である。また、図4(b)は第1振動
片13の屈曲動作を示した斜視図である。上述したよう
に、電極21と23が共通に端子55に接続され、電極
22と24が共通に端子56に接続されているので、駆
動回路53の出力パルスがローレベルであると、図4
(a)に示すような電圧、すなわち電極22および24
には相対的に負の電圧が、電極21および23には正の
電圧がそれぞれ各電極に与えられる。駆動回路53の出
力パルスがハイレベルであれば、その逆の極性が与えら
れる。
FIG. 4 illustrates the operation of exciting the first resonator element by the excitation circuit 50. FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vibrating reed 13 taken along a ZX plane,
It is a figure equivalent to (b). FIG. 4B is a perspective view showing a bending operation of the first vibrating piece 13. As described above, since the electrodes 21 and 23 are commonly connected to the terminal 55 and the electrodes 22 and 24 are commonly connected to the terminal 56, when the output pulse of the drive circuit 53 is at a low level,
The voltage as shown in FIG.
, A relatively negative voltage is applied to the electrodes 21 and 23, and a positive voltage is applied to the electrodes 21 and 23, respectively. If the output pulse of the drive circuit 53 is at a high level, the opposite polarity is applied.

【0028】いま、図4(a)のような電圧が印加され
ている状態を考えると、振動片13の内部には矢印91
から94で示したような電界が与えられることになる。
一方、水晶の圧電効果はZ軸方向には現れないので、圧
電効果に影響を与える有効電界は矢印95および96と
なる。水晶の結晶は逆圧電効果により、X軸の正の向き
に電界が与えられるとY軸方向に伸び、X軸の負の向き
に電界が与えらるとY軸方向に縮む。したがって、図4
(a)の状態では、振動片13の電極24側が縮み、電
極22側が伸びるため、振動片13は電極24を内側に
して屈曲する。電極21から24に対する印加電圧の極
性が逆転すると、同様の原理により振動片13は電極2
2を内側にして屈曲する。したがって、振動片13の一
端を固定して駆動回路53から所定周波数のパルス信号
を電極21、23に印加すると、振動片13は図4
(b)に示すようにX方向に振動する。
Considering a state where a voltage as shown in FIG. 4A is applied, an arrow 91 is provided inside the resonator element 13.
To 94 are applied.
On the other hand, since the piezoelectric effect of quartz does not appear in the Z-axis direction, effective electric fields affecting the piezoelectric effect are indicated by arrows 95 and 96. Due to the inverse piezoelectric effect, the crystal of quartz expands in the Y-axis direction when an electric field is applied in the positive direction of the X-axis, and contracts in the Y-axis direction when an electric field is applied in the negative direction of the X-axis. Therefore, FIG.
In the state (a), the vibrating reed 13 contracts on the electrode 24 side and expands on the electrode 22 side, so that the vibrating reed 13 bends with the electrode 24 inside. When the polarity of the voltage applied to the electrodes 21 to 24 is reversed, the resonator element 13
Bend with 2 inside. Therefore, when a pulse signal of a predetermined frequency is applied to the electrodes 21 and 23 from the drive circuit 53 with one end of the resonator element 13 fixed, the resonator element 13
Vibrates in the X direction as shown in FIG.

【0029】なお、本実施形態では、図3に示すように
振動片13の上下の電極21および23と振動片12の
左右の電極32および34とを共通に接続し、振動片1
3の左右の電極22および24と振動片12の上下の電
極31および33とを共通に接続しているので、振動片
12と13は、X方向に互いに逆相で振動する。
In this embodiment, the upper and lower electrodes 21 and 23 of the vibrating reed 13 and the left and right electrodes 32 and 34 of the vibrating reed 12 are connected in common as shown in FIG.
Since the left and right electrodes 22 and 24 of the third vibrator and the upper and lower electrodes 31 and 33 of the vibrating reed 12 are connected in common, the vibrating reeds 12 and 13 vibrate in opposite directions in the X direction.

【0030】第1振動片12と13のX方向の振動情報
は、電流電圧変換回路51および自動利得制御回路52
を介してフィードバックされる。電流電圧変換回路51
は、第1振動片12および13の屈曲に伴う圧電効果に
よって電極21、23、32、34に発生した電荷の変
化量を電圧値に変換する回路である。
The vibration information of the first vibrating bars 12 and 13 in the X direction is supplied to a current-voltage conversion circuit 51 and an automatic gain control circuit 52.
Is fed back via Current-voltage conversion circuit 51
Is a circuit for converting the amount of change in the electric charges generated in the electrodes 21, 23, 32, and 34 by the piezoelectric effect caused by the bending of the first vibrating bars 12 and 13 into a voltage value.

【0031】自動利得制御回路52は、電流電圧変換回
路51から出力された電圧信号を入力し、その入力電圧
値が大きくなると出力電圧値を小さくし、入力電圧値が
小さくなると出力電圧値が大きくなるように動作する。
したがって、第1振動片12および13の振動振幅が大
きくなれば、電極21、23、32、34に発生する電
荷も大きくなり、電流電圧変換回路51の出力電圧も大
きくなる。これによって、自動利得制御回路52の出力
電圧値は低くなり、駆動回路53の出力パルスの振幅は
小さくなる。このように、駆動回路53から出力される
パルス信号の振幅はフィードバック制御され、第1振動
片12および13の振動振幅は常に安定する。この安定
時の振動数は製造段階において調整した共振周波数に一
致することになる。
The automatic gain control circuit 52 receives the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit 51, and decreases the output voltage value when the input voltage value increases, and increases the output voltage value when the input voltage value decreases. It works to be.
Therefore, when the vibration amplitude of the first vibrating bars 12 and 13 increases, the charges generated on the electrodes 21, 23, 32, and 34 also increase, and the output voltage of the current-voltage conversion circuit 51 also increases. As a result, the output voltage value of the automatic gain control circuit 52 decreases, and the amplitude of the output pulse of the drive circuit 53 decreases. Thus, the amplitude of the pulse signal output from the drive circuit 53 is feedback-controlled, and the vibration amplitude of the first vibrating bars 12 and 13 is always stable. The frequency at the time of this stabilization coincides with the resonance frequency adjusted in the manufacturing stage.

【0032】つぎに、図5に示すような第2振動片のZ
方向の振動を検出する検出回路60を説明する。第2振
動片15が図5(b)に示すようにZ方向に振動して、
+Zの向きに屈曲すると、振動片15の上側の半分がY
方向に縮み、下側の半分がY方向に伸びる。水晶の圧電
効果により、Y方向に縮むとX方向の誘電分極が生じ、
Y方向に伸びると逆向きのX方向の誘電分極が生じる。
そして、誘電分極の強さは伸縮の大きさに依存するので
上面または下面において強く現れ、中間部に向かうほど
弱い。したがって、誘電分極は振動片15の4つの角部
に集中して現れ、この誘電分極によって角部に設けられ
た各電極25〜28には図示のような正または負の電荷
が集まる。つまり、電極25と27が同じ極性となり、
これらの極性が電極26と28の極性と逆になる。振動
片15が下側に振れると、同様の原理に基づいて上述し
たものと全く逆の極性が現れる。
Next, the Z of the second resonator element as shown in FIG.
The detection circuit 60 that detects the vibration in the direction will be described. The second resonator element 15 vibrates in the Z direction as shown in FIG.
When bending in the + Z direction, the upper half of the resonator element 15
Direction, and the lower half extends in the Y direction. Due to the piezoelectric effect of quartz, dielectric contraction in the X direction occurs when shrinking in the Y direction,
When extending in the Y direction, dielectric polarization in the opposite X direction occurs.
Since the strength of dielectric polarization depends on the magnitude of expansion and contraction, it appears strongly on the upper or lower surface, and becomes weaker toward the middle. Therefore, the dielectric polarization is concentrated on the four corners of the resonator element 15, and positive or negative charges as shown in the figure are collected at the electrodes 25 to 28 provided at the corners due to the dielectric polarization. That is, the electrodes 25 and 27 have the same polarity,
These polarities are opposite to the polarities of the electrodes 26 and 28. When the resonator element 15 swings downward, a polarity completely opposite to that described above appears based on the same principle.

【0033】検出回路60は、このようにして発生した
振動片15の各電極における電荷の変化量を検出し、第
2振動片の振動振幅に応じた信号を出力する。本実施形
態では、第1振動片12、13をX方向に互いに逆相で
励振し、第1振動片と第2振動片とをZ方向について互
いに逆相で振動させるものなので、第2振動片14と1
5はZ方向に関して互いに逆相で振動する。この第2振
動片14、15のZ方向の振動は、第1振動片12、1
3のX方向励振振動がZ方向振動として漏れたものと、
振動子10が回転したときに生じるコリオリの力に基づ
いて発生したものとの合成振動であるが、いずれの成分
についても第2振動片14と15について互いに逆相と
なる。コリオリの力に基づくZ方向振動の発生メカニズ
ムの詳細については後述するが、いずれにしろZ方向に
関して左右逆相の振動が発生するので、図3に示すよう
に第2振動片15の電極25と28に対してこれらと面
対称の位置にある第2振動片14の電極36と37が共
通に接続され、さらに検出回路60の端子65に接続さ
れている。そして、残りの電極26、27、35、38
が共通に検出回路60の端子66に接続されている。
The detection circuit 60 detects the amount of change in the electric charge in each electrode of the vibrating reed 15 thus generated, and outputs a signal corresponding to the vibration amplitude of the second vibrating reed. In this embodiment, the first vibrating reeds 12 and 13 are excited in the X direction in mutually opposite phases, and the first vibrating piece and the second vibrating piece are vibrated in mutually opposite phases in the Z direction. 14 and 1
5 oscillate in opposite phases with respect to the Z direction. The vibrations of the second vibrating bars 14 and 15 in the Z direction are caused by the first vibrating bars 12 and 1.
3 that the X-direction excitation vibration leaked as Z-direction vibration,
The combined vibration is generated with the vibration generated based on the Coriolis force generated when the vibrator 10 rotates, but the phases of the second vibrating reeds 14 and 15 are opposite to each other in any component. Although the details of the mechanism for generating the Z-direction vibration based on the Coriolis force will be described later, anyway, right and left opposite phases of vibration are generated in the Z-direction, and as shown in FIG. The electrodes 36 and 37 of the second vibrating reed 14, which are in plane symmetry with respect to 28, are connected in common and further connected to a terminal 65 of the detection circuit 60. Then, the remaining electrodes 26, 27, 35, 38
Are commonly connected to a terminal 66 of the detection circuit 60.

【0034】電流電圧変換回路61は電極25、28、
36、37での電荷の変化量を増幅して電圧値に変換す
る回路であり、電流電圧変換回路62は電極26、2
7、35、38での電荷の変化量を増幅して電圧値に変
換する回路である。作動増幅回路63は電流電圧変換回
路61および62のそれぞれの出力信号を入力し、両信
号の電位差を増幅する回路であり、この出力信号の振幅
変化は第2振動片14および15の振動振幅変化に比例
している。
The current-voltage conversion circuit 61 includes electrodes 25, 28,
The current-voltage conversion circuit 62 amplifies the amount of change in the charges at 36 and 37 and converts it into a voltage value.
This is a circuit that amplifies the amount of change in electric charge at 7, 35, and 38 and converts it into a voltage value. The operation amplification circuit 63 is a circuit that receives the output signals of the current-voltage conversion circuits 61 and 62 and amplifies the potential difference between the two signals. The change in the amplitude of this output signal is caused by the change in the vibration amplitude of the second vibrating reeds 14 and 15. Is proportional to

【0035】同期検波回路64は作動増幅回路63から
出力された交流電圧信号を駆動回路53からの励振信号
に対して90度位相のずれたパルス信号を検波信号とし
て用いて同期検波を行った後、積分処理を行うものであ
り、通常の同期検波回路に積分回路が付加された回路で
ある。X励振の漏れによるZ方向振動は励振と同相であ
り、コリオリの力によるZ方向の振動は励振に対して9
0度位相がずれているため、同期検波および積分によ
り、前者は常に零の値となり、後者は全波整流の積分値
となる。すなわち、同期検波回路64の出力信号電圧
は、第2振動片14および15のコリオリの力によるZ
方向の振動振幅を示している。
The synchronous detection circuit 64 performs synchronous detection using the AC voltage signal output from the operational amplifier circuit 63 as a detection signal using a pulse signal having a phase shift of 90 degrees with respect to the excitation signal from the drive circuit 53. This is a circuit in which an integration circuit is added to a normal synchronous detection circuit. The vibration in the Z direction due to leakage of the X excitation is in phase with the excitation, and the vibration in the Z direction due to the Coriolis force is
Since the phase is shifted by 0 degrees, the former always becomes a value of zero and the latter becomes an integrated value of full-wave rectification by synchronous detection and integration. That is, the output signal voltage of the synchronous detection circuit 64 is changed by Zio due to the Coriolis force of the second vibrating bars 14 and 15.
The vibration amplitude in the direction is shown.

【0036】角速度演算回路70は、第2振動片14お
よび15の振動振幅を示す検出回路60の出力信号に基
づいて、振動子10のY軸に平行な軸を中心とする回転
角速度を後述する角速度とコリオリの力との関係式を基
にして算出する回路である。
The angular velocity calculating circuit 70 calculates the rotational angular velocity of the vibrator 10 about an axis parallel to the Y axis based on the output signal of the detection circuit 60 indicating the vibration amplitude of the second vibrating bars 14 and 15 as described later. This is a circuit for calculating based on a relational expression between the angular velocity and the Coriolis force.

【0037】次に、以上のように構成された角速度検出
装置の動作を説明する。励振回路50は、第1振動片1
2、13のX方向の固有振動数fX1(これを第1固有振
動数という)に一致した周波数の励振信号を駆動回路5
3から出力する。この第1固有振動数は製造工程中の共
振周波数調整により正確に設定されている。これにより
第1振動片12、13は逆圧電効果により、X方向に固
有振動数fX1で振動する。振動片12と振動片13の位
相は上述したように互いに逆相である。
Next, the operation of the angular velocity detecting device configured as described above will be described. The excitation circuit 50 includes the first vibrating reed 1
An excitation signal having a frequency corresponding to the natural frequency f X1 in the X direction (referred to as a first natural frequency) in the drive circuit 5
Output from 3. The first natural frequency is set accurately by adjusting the resonance frequency during the manufacturing process. Thereby, the first vibrating reeds 12 and 13 vibrate in the X direction at the natural frequency f X1 due to the inverse piezoelectric effect. The phases of the resonator element 12 and the resonator element 13 are opposite to each other as described above.

【0038】この状態で、振動子10がY軸に平行な軸
(Y軸を含む)を中心として角速度ωで回転すると、第
1振動片12、13には、F=2mV・ωで表されるコ
リオリの力FがZ方向に発生する。ここに、mは振動片
の質量、Vは振動速度である。このコリオリの力Fの発
生によって、第1振動片12、13はX方向の振動に対
して90度位相がずれてZ方向に振動する。つまり、第
1振動片12、13はZ方向についても、励振周波数
(第1固有振動数)で互いに逆相で振動する。この周波
数は、Z方向の第1および第2振動片の連成固有振動数
とほぼ一致しているので、第2振動片14、15に効率
よく伝達される。検出回路60はコリオリの力に基づく
Z方向の振動を検出し、角速度演算回路70が検出回路
60からの検出信号に基づいて角速度を演算する。
In this state, when the vibrator 10 rotates at an angular velocity ω about an axis parallel to the Y axis (including the Y axis), the first vibrating bars 12 and 13 are expressed by F = 2 mV · ω. Coriolis force F is generated in the Z direction. Here, m is the mass of the resonator element, and V is the vibration speed. Due to the generation of the Coriolis force F, the first vibrating bars 12 and 13 vibrate in the Z direction with a 90 ° phase shift with respect to the vibration in the X direction. That is, the first vibrating reeds 12 and 13 also vibrate in the Z direction at the excitation frequency (first natural frequency) in opposite phases. Since this frequency substantially matches the coupled natural frequency of the first and second vibrating bars in the Z direction, the frequency is efficiently transmitted to the second vibrating bars 14 and 15. The detection circuit 60 detects the vibration in the Z direction based on the Coriolis force, and the angular velocity calculation circuit 70 calculates the angular velocity based on the detection signal from the detection circuit 60.

【0039】このように構成され動作する角速度検出装
置は、製造時の振動子封止工程の前に、共振周波数の調
整が行われる。振動子10はこの段階ではメタライズド
基板100に励振回路等を含む回路素子111および1
12と共に既に搭載されており、振動片12〜16の先
端には前述したように共振周波数を調整するための金属
膜142〜145が蒸着されている。共振周波数調整工
程では、図3に示す励振回路50を用いて振動子10を
励振させ、その中の駆動回路53の出力周波数を観測し
ながら、金属膜142、143をYAGレーザ装置など
を用いて大気中でトリミングする。電極や金属膜を備え
た振動子10は、所望の固有振動数よりも僅かに低い固
有振動数となるように作製されている。したがって、図
3の回路で自励振させると、その固有振動数で共振し安
定する。この状態で駆動回路53の出力周波数を観測し
つつ、金属膜142、143を少しずつ除去して共振周
波数を上げてゆき、所望の値になったところで金属膜の
除去を停止する。金属膜142、143は、YAGレー
ザ装置から出射されたレーザ光を受けると、照射された
部分のみが熱により除去されるので、微妙な調整が容易
である。この調整は、いわゆるマス調整であり、振動片
の先端の重量を軽くすると固有振動数が上昇する作用を
利用したものである。
The resonance frequency of the angular velocity detecting device configured and operated as described above is adjusted before the vibrator sealing step at the time of manufacturing. At this stage, the vibrator 10 includes circuit elements 111 and 1 including an excitation circuit and the like on the metallized substrate 100.
The metal films 142 to 145 for adjusting the resonance frequency are deposited on the tips of the resonator elements 12 to 16 as described above. In the resonance frequency adjustment step, the vibrator 10 is excited by using the excitation circuit 50 shown in FIG. 3, and while observing the output frequency of the drive circuit 53 therein, the metal films 142 and 143 are formed by using a YAG laser device or the like. Trim in air. The vibrator 10 including the electrodes and the metal film is manufactured to have a natural frequency slightly lower than a desired natural frequency. Therefore, when self-excited by the circuit of FIG. In this state, while observing the output frequency of the drive circuit 53, the metal films 142 and 143 are gradually removed to gradually increase the resonance frequency. When the desired value is reached, the removal of the metal film is stopped. When the metal films 142 and 143 receive the laser light emitted from the YAG laser device, only the irradiated portions are removed by heat, so that fine adjustment is easy. This adjustment is what is called mass adjustment, and utilizes the effect that the natural frequency increases when the weight of the tip of the resonator element is reduced.

【0040】なお、振動片14および15に設けられた
金属膜144、145は、振動片14、15のZ方向の
検出振動の振幅が最大となるようにトリミングされる。
The metal films 144 and 145 provided on the vibrating bars 14 and 15 are trimmed so that the amplitude of the detected vibration of the vibrating bars 14 and 15 in the Z direction is maximized.

【0041】このレーザ光による金属膜142〜145
のトリミングが終了した後、メタライズド基板100に
搭載された状態で、振動子10は封止処理を行うための
チャンバ内に送り込まれる。チャンバ内は一旦真空に引
かれ、その後、封止用の不活性ガスを導入する。この不
活性ガスは前述したとおり窒素ガスN2、アルゴンガス
ArおよびヘリウムガスHe2を混合して、1気圧での
密度を25℃の大気密度と同じ28.96としたもので
ある。この不活性ガス雰囲気の中で蓋110をメタライ
ズド基板100に図2のように溶着固定し、チャンバか
ら取り出せば、振動子10が大気と同じ密度の不活性ガ
ス雰囲気中に封止された角速度検出装置が得られる。
The metal films 142 to 145 by the laser light
After the trimming is completed, the vibrator 10 while being mounted on the metallized substrate 100 is sent into a chamber for performing a sealing process. The inside of the chamber is once evacuated, and then an inert gas for sealing is introduced. As described above, the inert gas is a mixture of nitrogen gas N 2 , argon gas Ar, and helium gas He 2 to have a density at 1 atmosphere of 28.96 which is the same as the atmospheric density at 25 ° C. When the lid 110 is welded and fixed to the metallized substrate 100 in the inert gas atmosphere as shown in FIG. 2 and taken out of the chamber, the vibrator 10 is sealed in an inert gas atmosphere having the same density as the atmosphere, and the angular velocity detection is performed. A device is obtained.

【0042】なお、本実施形態では、振動子がメタライ
ズド基板上に搭載されているが、これに限定されるもの
ではなく、たとえば、金属製の基板上に搭載されたもの
でもよい。その場合には蓋をプロジェクション溶接等の
技術で基板に接着することができる。
In this embodiment, the vibrator is mounted on the metallized substrate, but is not limited to this. For example, the vibrator may be mounted on a metal substrate. In that case, the lid can be bonded to the substrate by a technique such as projection welding.

【0043】また、本実施形態の振動子は、振動片の断
面が0.5mm程度以下の超小型の水晶振動子である
が、これに限定されるものではなく、たとえば、振動片
の長さが10〜25mm程度の金属製の振動子であって
もよい。
The vibrator according to the present embodiment is a very small crystal vibrator having a vibrating reed having a cross section of about 0.5 mm or less, but is not limited thereto. May be a metal vibrator of about 10 to 25 mm.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の角速度検
出装置の製造方法によれば、調整時の共振周波数と封止
後の共振周波数とが正確に一致するので、共振周波数調
整さえ厳密に行えば、完成した角速度検出装置の共振周
波数を誤差なく所望の値にすることができ、検出精度を
最大限に高めることができる。
As described above, according to the method of manufacturing the angular velocity detecting device of the present invention, the resonance frequency at the time of adjustment exactly matches the resonance frequency after sealing, so that even the resonance frequency adjustment is strictly performed. If it is performed, the resonance frequency of the completed angular velocity detection device can be set to a desired value without error, and the detection accuracy can be maximized.

【0045】また、不活性ガスの密度を大気密度にほぼ
一致させれば、共振周波数調整を大気中で行うことがで
き、設備の簡素化、作業の容易化を図ることができる。
If the density of the inert gas is made substantially equal to the density of the atmosphere, the resonance frequency can be adjusted in the atmosphere, and the equipment can be simplified and the work can be simplified.

【0046】また、本発明の角速度検出装置によれば、
共振周波数が振動子を封止する前の大気中での共振周波
数と一致している。したがって、振動子を封止する前の
共振周波数調整を作業の容易な大気中で行ったときに、
高い検出精度を持たせることができる。
According to the angular velocity detecting device of the present invention,
The resonance frequency matches the resonance frequency in the atmosphere before sealing the vibrator. Therefore, when the resonance frequency adjustment before sealing the vibrator was performed in the easy-to-work atmosphere,
High detection accuracy can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態である角速度検出装置の振
動子を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a vibrator of an angular velocity detecting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の振動子がメタライズド基板に搭載されパ
ッケージングされた状態を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the vibrator of FIG. 1 is mounted on a metallized substrate and packaged.

【図3】第1実施形態の角速度検出装置に用いられる励
振回路50、検出回路60および角速度演算回路70を
示すと共に、これらの回路と振動片12〜15に設けら
れた電極21〜28および31〜38との接続関係を示
すブロック図。
FIG. 3 shows an excitation circuit 50, a detection circuit 60, and an angular velocity calculation circuit 70 used in the angular velocity detection device of the first embodiment, and shows these circuits and electrodes 21 to 28 and 31 provided on the vibrating bars 12 to 15; The block diagram which shows the connection relationship with -38.

【図4】第1振動片12および13における逆圧電効果
を説明するための図。
FIG. 4 is a view for explaining an inverse piezoelectric effect in the first vibrating bars 12 and 13;

【図5】第2振動片14および15における圧電効果を
説明するための図。
FIG. 5 is a view for explaining a piezoelectric effect in the second vibrating bars 14 and 15.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、200…振動子、11…振動子基体、12、13
…第1振動片、14、15…第2振動片、16…支持
棒、17…固定板、21〜28、31〜38…電極、5
0…励振回路、60…検出回路、70…角速度演算回
路、100…メタライズド基板、142〜145…金属
膜。
10, 200: vibrator, 11: vibrator base, 12, 13
.., First vibrating reed, 14, 15 ... second vibrating reed, 16 ... support rod, 17 ... fixed plate, 21-28, 31-38 ... electrode, 5
0: excitation circuit, 60: detection circuit, 70: angular velocity calculation circuit, 100: metallized substrate, 142 to 145: metal film.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 角速度検出用振動子の共振周波数を調整
する第1工程と、 前記振動子を不活性ガス雰囲気の中に封止する第2工程
と、を有する角速度検出装置の製造方法において、 前記第1工程における前記振動子周辺の雰囲気密度と前
記第2工程における不活性ガスの密度を略同一としたこ
とを特徴とする角速度検出装置の製造方法。
1. A method for manufacturing an angular velocity detecting device, comprising: a first step of adjusting a resonance frequency of an angular velocity detecting vibrator; and a second step of sealing the vibrator in an inert gas atmosphere. A method of manufacturing an angular velocity detecting device, wherein an atmosphere density around the vibrator in the first step and a density of an inert gas in the second step are substantially the same.
【請求項2】 前記第1工程における前記振動子の共振
周波数調整を大気中で行い、前記第2工程における不活
性ガスの密度を大気密度と略同一としたことを特徴とす
る請求項1に記載の角速度検出装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the resonance frequency of the vibrator in the first step is adjusted in the atmosphere, and the density of the inert gas in the second step is made substantially equal to the air density. A manufacturing method of the angular velocity detecting device according to the above.
【請求項3】 振動子を励振させ、この振動子の回転に
伴って発生するコリオリの力に基づく振動の振幅から前
記回転の角速度を検出する角速度検出装置において、 前記振動子が大気密度と略同一密度の不活性ガス中に封
止されていることを特徴とする角速度検出装置。
3. An angular velocity detecting device for exciting a vibrator and detecting an angular velocity of the rotation from an amplitude of vibration based on Coriolis force generated with the rotation of the vibrator, wherein the vibrator is substantially equivalent to an atmospheric density. An angular velocity detecting device characterized by being sealed in an inert gas of the same density.
JP8313892A 1996-11-25 1996-11-25 Angular speed detecting device and its manufacture Pending JPH10153430A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8313892A JPH10153430A (en) 1996-11-25 1996-11-25 Angular speed detecting device and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8313892A JPH10153430A (en) 1996-11-25 1996-11-25 Angular speed detecting device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10153430A true JPH10153430A (en) 1998-06-09

Family

ID=18046777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8313892A Pending JPH10153430A (en) 1996-11-25 1996-11-25 Angular speed detecting device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10153430A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1182426A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibrating gyroscope
JP2006098168A (en) * 2004-09-29 2006-04-13 Denso Corp Angular velocity sensor device
JP2007024862A (en) * 2005-03-04 2007-02-01 Sony Corp Vibration gyro sensor and its adjusting method
JP2010048688A (en) * 2008-08-22 2010-03-04 Epson Toyocom Corp Gyro oscillator and manufacturing method of same
WO2023090350A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 京セラ株式会社 Gyro sensor element, and method for manufacturing gyro sensor element

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1182426A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibrating gyroscope
US6588275B2 (en) 2000-08-23 2003-07-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vibrating gyroscope
JP2006098168A (en) * 2004-09-29 2006-04-13 Denso Corp Angular velocity sensor device
JP2007024862A (en) * 2005-03-04 2007-02-01 Sony Corp Vibration gyro sensor and its adjusting method
JP2010048688A (en) * 2008-08-22 2010-03-04 Epson Toyocom Corp Gyro oscillator and manufacturing method of same
WO2023090350A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 京セラ株式会社 Gyro sensor element, and method for manufacturing gyro sensor element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3752737B2 (en) Angular velocity detector
EP0649002B1 (en) Vibration-sensing gyro
US7207221B2 (en) Vibration type gyroscope and method for manufacturing vibration type gyroscope
US8415863B2 (en) Vibrating piece manufacturing method and vibrator manufacturing method
EP1018635B1 (en) Angular velocity sensor
JP6078968B2 (en) Manufacturing method of vibrating piece
KR20070096991A (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric device
CN110071701B (en) Vibrating element, method for manufacturing the same, physical quantity sensor, and inertial measurement device
US7759848B2 (en) Tuning fork type piezoelectric resonator having a node of common mode vibration in constructed part of base
US7246520B2 (en) Transducer, electronic equipment, and method of adjusting frequency of transducer
JP6848589B2 (en) Frequency adjustment method of vibrating element, manufacturing method of vibrating element and vibrating element
CN116685190A (en) Vibration element, method for adjusting frequency of vibration element, method for manufacturing vibration element, physical quantity sensor, inertial measurement device, electronic device, and moving object
JPH10153430A (en) Angular speed detecting device and its manufacture
US6437490B1 (en) Vibration gyroscope
US20210265973A1 (en) Vibrator element, vibrator device, and method of manufacturing vibrator element
JP2004226181A (en) Oscillation gyroscope
JP2017207283A (en) Manufacturing method for vibration element
JP3700165B2 (en) Piezoelectric gyro sensor
JP3355998B2 (en) Vibrating gyro
JP2007019310A (en) Piezoelectric device, method for manufacturing the same, and electronic device
JPH1019576A (en) Angular velocity detector
JP2017203692A (en) Physical quantity sensor manufacturing method and method for adjusting frequency of vibration element
JP2013024828A (en) Physical quantity detector, physical quantity detection device, electronic apparatus and manufacturing method of physical quantity detector
US11967944B2 (en) Vibrator element, vibrator device, and method of manufacturing vibrator element
JP2022191646A (en) Vibration element, vibration device and method for manufacturing vibration element

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080412

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090412

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100412

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110412

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees