JPH1096632A - Piezoelectric gyro sensor - Google Patents

Piezoelectric gyro sensor

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Publication number
JPH1096632A
JPH1096632A JP8252093A JP25209396A JPH1096632A JP H1096632 A JPH1096632 A JP H1096632A JP 8252093 A JP8252093 A JP 8252093A JP 25209396 A JP25209396 A JP 25209396A JP H1096632 A JPH1096632 A JP H1096632A
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JP
Japan
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gyro sensor
piezoelectric
piece
piezoelectric gyro
axis
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8252093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kikushima
正幸 菊島
Osamu Kawauchi
修 川内
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high accuracy and small size by making the shapes of a pair of drive piece and detection piece and shapes of connection parts of support part and combining part similar, respectively. SOLUTION: A pair of a drive piece 3 and a detection piece 4 are combined on an X-Y plane of rectangular coordinates system at a combining part 5. In parallel to the drive piece 3 and the detection piece 4, support parts 6a and 6b are formed on both sides of the combining part 5 and the connection part 7a of the support part 6a and 6b and the combining part 5 is fabricated with thin drawdown by trimming. The drive piece 3 and the detection piece 4 as well as the combining part 5 and the support parts 6a and 6b are formed symmetrically with respect to a common Y-axis 8. This Y-axis 8 becomes the rotation axis for rotating a piezoelectric gyro sensor as an angular velocity sensor. By this, the vibration of the stable drive part with good balance and the stress due to the generation of Coriolis force can be transmitted efficiently to the detection part and thus, high accuracy and small size can be attained.

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、圧電部材、特に水
晶で形成された音叉型水晶振動子を用いた圧電ジャイロ
センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric member, particularly a tuning-fork type quartz vibrator formed of quartz.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器等の小型化はめざましい
ものがあり、これに伴い装置等の回転運動等を検出する
角速度センサに属する、圧電ジャイロセンサに対しても
小型薄型化、低価格化が強く要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a remarkable reduction in the size of electronic devices and the like. Accordingly, piezoelectric gyro sensors, which belong to angular velocity sensors for detecting the rotational movement of devices and the like, have also been made smaller, thinner and less expensive. Is strongly required.

【0003】即ち、圧電ジャイロセンサは、従来の船
舶、航空機、自動車等の航行制御や姿勢制御用等に利用
されるばかりでなく、ハンディビデオカメラの手振れ検
出センサや、3次元立体マウス用の回転方向検出センサ
等にも広く応用されはじめている。
That is, the piezoelectric gyro sensor is used not only for conventional navigation control and attitude control of ships, aircraft, automobiles and the like, but also for a hand-held camera shake detection sensor and a three-dimensional stereo mouse. It has begun to be widely applied to direction detection sensors and the like.

【0004】そこで、従来の圧電ジャイロセンサの一例
を、特開平7−55479号公報により以下に説明す
る。
Accordingly, an example of a conventional piezoelectric gyro sensor will be described below with reference to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-55479.

【0005】特開平7−55479号公報に記載された
圧電ジャイロセンサの構造図を図11に示す。
FIG. 11 is a structural view of a piezoelectric gyro sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-55479.

【0006】図11において、一対の駆動片101と、
一対の検出片102とがそれぞれ回転軸103を対称に
して配置されている。そして、一対の駆動片101と一
対の検出片102は、結合部104で結合されている。
In FIG. 11, a pair of driving pieces 101 and
The pair of detection pieces 102 are arranged with the rotation axis 103 symmetrical. The pair of driving pieces 101 and the pair of detecting pieces 102 are connected by a connecting section 104.

【0007】また、結合部104は、内部に空間を有し
ており、その中心部に一対の駆動片101、一対の検出
片102、結合部104をそれぞれを支持する、支持部
105を有している。
The connecting portion 104 has a space inside, and has a supporting portion 105 at the center thereof for supporting the pair of driving pieces 101, the pair of detecting pieces 102, and the connecting portion 104, respectively. ing.

【0008】更に、この支持部105が、ハウジング1
06に接着固定された構造となっている。
Further, the support portion 105 is
06.

【0009】そして、一対の駆動片101には駆動用の
電極107が、一対の検出片102には検出用の電極1
08が、Au等の金属で蒸着されている。そして各々の
電極107、108から支持部105まで配線され、支
持部105に設けられたパッドからAuワイヤーボンデ
ィング線によりハウジング106のリード(図示せず)
に配線され、入出力される構造となっている。
The pair of driving pieces 101 have driving electrodes 107, and the pair of detecting pieces 102 have detection electrodes 1.
08 is deposited with a metal such as Au. Then, wiring is performed from each of the electrodes 107 and 108 to the support portion 105, and a lead (not shown) of the housing 106 is formed from a pad provided on the support portion 105 by an Au wire bonding wire.
It is structured to be wired and input / output.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上に示す従来の圧電
ジャイロセンサでは、駆動用の電極と、検出用の電極か
らの配線が同一の支持部105に集中して形成されてい
るため、配線相互によるクロストーク等が問題となり、
駆動あるいは検出信号等にノイズ等の悪影響を及ぼすと
いう欠点を有している。
In the conventional piezoelectric gyro sensor described above, the wiring from the driving electrode and the wiring from the detection electrode are formed concentrated on the same support portion 105, so that the wiring Problems such as crosstalk due to
It has a drawback that it has a bad influence such as noise on driving or detection signals.

【0011】また、従来の圧電ジャイロセンサを水晶振
動子で形成する場合は、その量産効果等を考えると、フ
ォトリソ加工と呼ばれるウェットエッチングによる加工
方法が一般的である。
When a conventional piezoelectric gyro sensor is formed of a quartz oscillator, a processing method by wet etching called photolithography is generally used in consideration of the mass production effect and the like.

【0012】しかし、従来の圧電ジャイロセンサでは、
エッチング加工すると水晶の異方性等により駆動片及び
検出片の断面、及び駆動片、検出片及び支持部と結合部
との接続部に突起状のヒレが発生する。そして、断面の
両側で発生するヒレのサイズが異なるため、断面形状が
非対称になってしまうという欠点も有している。また、
同時に駆動片及び検出片等の先端部や、結合部のコーナ
ーが対称的にエッチングされず、音叉形状のバランスが
悪くなる等の問題点も有している。
However, in the conventional piezoelectric gyro sensor,
When the etching process is performed, projection-shaped fins are generated in the cross sections of the driving piece and the detecting piece, and in the connecting part between the driving piece, the detecting piece, and the support part, due to the anisotropy of the crystal. Further, since the size of the fins generated on both sides of the cross section is different, there is also a disadvantage that the cross-sectional shape becomes asymmetric. Also,
At the same time, the tip of the driving piece and the detecting piece and the corners of the coupling portion are not etched symmetrically, and the balance of the tuning fork shape is deteriorated.

【0013】このように、圧電ジャイロセンサの形状の
対称性が悪いと、振動のバランスが悪くなり振動片の振
幅等が不安定となる。また、不要な漏れ出力等も発生し
やすくなるという欠点を有している。
As described above, if the shape of the piezoelectric gyro sensor is not symmetrical, the balance of the vibration is deteriorated, and the amplitude of the vibrating piece becomes unstable. In addition, there is a disadvantage that unnecessary leakage output and the like easily occur.

【0014】本発明の目的は、以上の従来技術の課題を
解決するためになされたものであり、その目的とすると
ころは、高精度で電気的特性に優れ、また外形形状の対
称性に優れた小型の圧電ジャイロセンサを安価に提供す
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide high-precision and excellent electrical characteristics and excellent symmetry of the outer shape. Another object of the present invention is to provide a small-sized piezoelectric gyro sensor at low cost.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
圧電振動子を角速度センサとして使用する圧電ジャイロ
センサにおいて、圧電ジャイロセンサは、一対の駆動片
と一対の検出片及び支持部と、結合部とのそれぞれの接
続部の形状を、相似形の形状としたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention,
In a piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric vibrator as an angular velocity sensor, the piezoelectric gyro sensor has a pair of driving pieces, a pair of detecting pieces and a supporting portion, and the shape of each connecting portion with the coupling portion has a similar shape. It is characterized by having done.

【0016】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、圧電振動子がZカットの水晶振動子であることを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the piezoelectric vibrator is a Z-cut crystal vibrator.

【0017】請求項3記載の発明は、請求項2におい
て、圧電振動子を角速度センサとして使用する圧電ジャ
イロセンサにおいて、前記駆動片、前記検出片又は前記
支持部と前記結合部との−X方向の接続部の角度aが約
60°であり、前記駆動片、前記検出片又は前記支持部
と前記結合部との+X方向の接続部の角度cが約30°
であり、かつ、前記角度cから約60°の角度bへと連
結した形状をもって形成されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric gyro sensor according to the second aspect, wherein the piezoelectric vibrator is used as an angular velocity sensor, the -X direction of the driving piece, the detecting piece, or the supporting portion and the connecting portion is provided. Is about 60 °, and the angle c of the + X direction connecting part between the driving piece, the detecting piece or the supporting part and the connecting part is about 30 °.
And is formed to have a shape connected from the angle c to an angle b of about 60 °.

【0018】請求項4記載の発明は、請求項2におい
て、圧電振動子を角速度センサとして使用する圧電ジャ
イロセンサにおいて、前記駆動片、前記検出片及び前記
支持部と、前記結合部との接続部の形状が、少なくとも
X軸に対して約30°及び約60°の角度からなる面を
有する非対称のマスクを用いて形成されていることを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric gyro sensor according to the second aspect, wherein the piezoelectric vibrator is used as an angular velocity sensor, the connecting portion between the driving piece, the detecting piece, the supporting portion, and the connecting portion. Is formed by using an asymmetric mask having a surface having an angle of at least about 30 ° and about 60 ° with respect to the X axis.

【0019】請求項5記載の発明は、請求項2において
圧電振動子を角速度センサとして使用する圧電ジャイロ
センサにおいて、前記駆動片と検出片の先端部、あるい
は結合部の−X側のコーナーに形状の補正を施し、Y軸
に関して非対称な形状をしたマスクを用いて、前記圧電
振動子が形成されていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric gyro sensor according to the second aspect, wherein the piezoelectric vibrator is used as an angular velocity sensor. Wherein the piezoelectric vibrator is formed using a mask having an asymmetrical shape with respect to the Y axis.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の圧電ジャイロセンサの実
施の一形態を、圧電振動子に水晶振動子を用いた圧電ジ
ャイロセンサを例として、図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a piezoelectric gyro sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking a piezoelectric gyro sensor using a quartz oscillator as a piezoelectric oscillator as an example.

【0021】図1、2、3、4、5、6、7、8、9及
び図10は、請求項1、2、3、4及び5記載の発明に
係わる圧電ジャイロセンサの構造図及び水晶基板の構造
図等である。
FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 show a structural view of a piezoelectric gyro sensor and a quartz crystal according to the first, second, third, fourth and fifth aspects of the present invention. It is a structural drawing etc. of a board | substrate.

【0022】図1及び図2に示す圧電ジャイロセンサ1
の構造図において、圧電水晶チップ2は、一対の駆動片
3と一対の検出片4とを有し、一対の駆動片3と一対の
検出片4は結合部5により、直交座標系のX−Y平面に
おいて結合されている。
The piezoelectric gyro sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2
In the structural diagram of FIG. 1, the piezoelectric crystal chip 2 has a pair of driving pieces 3 and a pair of detecting pieces 4. Coupled in the Y plane.

【0023】また、駆動片3及び検出片4に平行に結合
部5から、その両側に支持部6a、6bが形成されてい
る。そして、支持部6a、6bと結合部5との接続部7
aは、トリミングにより細くくびれて加工されている。
Further, supporting portions 6a and 6b are formed on both sides of the connecting portion 5 in parallel with the driving piece 3 and the detecting piece 4. Then, the connecting portion 7 between the supporting portions 6a and 6b and the connecting portion 5
“a” is narrowly processed by trimming.

【0024】そして、駆動片3、検出片4、結合部5及
び支持部6a、6bは、その共通のY軸8に対して左右
対称となっている。そして、このY軸8が圧電ジャイロ
センサ1を、角速度センサとして回転させるときの回転
軸となっている。
The driving piece 3, the detecting piece 4, the connecting portion 5, and the supporting portions 6a and 6b are symmetrical with respect to the common Y axis 8. The Y axis 8 serves as a rotation axis for rotating the piezoelectric gyro sensor 1 as an angular velocity sensor.

【0025】また、駆動片3には駆動用の電極9が形成
され、又、検出片4には検出用の電極10が形成されて
いる。また、支持部6a、6bには、図2に示すケース
21の内部端子22に電気的に接続するための、駆動用
の電極パッド11a、11b、及び検出用の電極パッド
12a、12b、12c、12dが、それぞれ形成され
ており、この電極パッド11a、11b、12a、12
b、12c、12dと、駆動用の電極9及び検出用の電
極10とをそれぞれ接続する金属配線13が、結合部5
及び支持部6a、6bに形成されている。即ち、駆動用
の電極9と検出用の電極10を分離して配置している。
The driving piece 3 has a driving electrode 9 formed thereon, and the detecting piece 4 has a detecting electrode 10 formed thereon. The support portions 6a and 6b have driving electrode pads 11a and 11b and detection electrode pads 12a, 12b and 12c for electrically connecting to the internal terminals 22 of the case 21 shown in FIG. 12d are formed respectively, and the electrode pads 11a, 11b, 12a, 12
b, 12c, and 12d, and the metal wiring 13 that connects the driving electrode 9 and the detection electrode 10 to each other.
And the support portions 6a and 6b. That is, the drive electrode 9 and the detection electrode 10 are separately arranged.

【0026】そして、図2に示すように圧電水晶チップ
2を、セラミックス等のケース21にマウントし、金属
製等のキャップ23で封止しパッケージングしている。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric crystal chip 2 is mounted on a case 21 made of ceramics or the like, sealed with a cap 23 made of metal or the like, and packaged.

【0027】ここで、上記で形成された圧電ジャイロセ
ンサの動作原理について説明する。
Here, the operation principle of the piezoelectric gyro sensor formed as described above will be described.

【0028】圧電材料である水晶で形成された圧電ジャ
イロセンサの駆動片に電圧が印加され、駆動片は図1の
X方向にその共振周波数、約9000Hzで屈曲振動を
している。この状態で、圧電ジャイロセンサが図1のY
軸8周りに回転すると、その回転角速度ωに対して、駆
動片の振動方向と直角方向にコリオリの力Fが働き、こ
のコリオリの力Fにより駆動片はZ軸方向に応力を受け
Z方向に振動する(この振動は、一般的にはwalk振
動と呼ばれる)。この振動が、結合部を介して検出片に
伝播し、検出片はその共振周波数、約11000Hzで
振動する。このコリオリの力Fを、検出片に形成した検
出用の電極で、感度良く検出し電気的な処理を施すこと
により、圧電ジャイロセンサの回転角速度及びその回転
の方向等を精度良く求めることができる。
A voltage is applied to the driving piece of the piezoelectric gyro sensor formed of quartz, which is a piezoelectric material, and the driving piece is bending and vibrating in the X direction of FIG. 1 at its resonance frequency of about 9000 Hz. In this state, the piezoelectric gyro sensor is Y in FIG.
When rotated about the axis 8, a Coriolis force F acts on the rotation angular velocity ω in a direction perpendicular to the vibration direction of the driving piece, and the driving piece receives stress in the Z-axis direction due to the Coriolis force F and moves in the Z direction. Vibrates (this vibration is commonly called a walk vibration). This vibration propagates to the detecting piece via the coupling portion, and the detecting piece vibrates at its resonance frequency, about 11000 Hz. By detecting the Coriolis force F with a detection electrode formed on the detection piece with high sensitivity and performing electrical processing, the rotation angular velocity of the piezoelectric gyro sensor and the direction of the rotation can be obtained with high accuracy. .

【0029】ここで、駆動片の質量をm、駆動片の速度
をVとし、回転角速度をωとすると、駆動片に発生する
コリオリの力Fは、
Here, assuming that the mass of the driving piece is m, the speed of the driving piece is V, and the rotational angular velocity is ω, the Coriolis force F generated on the driving piece is

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】の式で与えられる。Is given by the following equation.

【0032】次に、本発明の水晶で形成された圧電ジャ
イロセンサの製造方法について、詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric gyro sensor formed of quartz according to the present invention will be described in detail.

【0033】図3に、一般的な水晶結晶の結晶外観図を
示す。図3に示すように水晶の結晶体31には、電気軸
と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸及び光学軸と呼
ばれるZ軸がある。
FIG. 3 shows an external view of a general quartz crystal. As shown in FIG. 3, the crystal body 31 of the quartz crystal has an X axis called an electric axis, a Y axis called a mechanical axis, and a Z axis called an optical axis.

【0034】そして、この結晶体31から、圧電水晶チ
ップ2を形成する水晶基板(水晶ウェハー)32を切り
出す。
Then, a crystal substrate (crystal wafer) 32 for forming the piezoelectric crystal chip 2 is cut out from the crystal body 31.

【0035】本発明で用いているZカットの水晶基板3
2を、図4及び図5に示す。
The Z-cut quartz substrate 3 used in the present invention
2 is shown in FIG. 4 and FIG.

【0036】このようにして、形成された水晶基板32
に、金属膜をスパッタリング装置等で蒸着する。そし
て、この金属膜を蒸着した水晶基板32にレジストを塗
布し露光機により、圧電水晶チップ2の外形形状を焼き
付ける。そして、ふっ酸等のエッチング液に浸けること
により、図1の圧電水晶チップ2の外形形状が形成され
る。
The quartz substrate 32 thus formed is
Next, a metal film is deposited by a sputtering device or the like. Then, a resist is applied to the crystal substrate 32 on which the metal film is deposited, and the outer shape of the piezoelectric crystal chip 2 is printed by an exposure machine. Then, by immersing the piezoelectric crystal chip 2 in an etching solution such as hydrofluoric acid, the external shape of the piezoelectric crystal chip 2 in FIG. 1 is formed.

【0037】次に、外形エッチングで形成された圧電水
晶チップ2に、駆動用の電極9及び検出用の電極10等
の電極を、Au等の金属膜を蒸着することにより形成す
る。
Next, electrodes such as the drive electrode 9 and the detection electrode 10 are formed on the piezoelectric crystal chip 2 formed by the outer shape etching by depositing a metal film such as Au.

【0038】第一の電極形成工程では、水晶基板32に
金属製のメタルマスクを位置決めして取り付け、真空蒸
着機にセットする。そして、メタルマスクの開口部から
Cr+Au等(例えば、Cr膜の上にAu膜を蒸着す
る)の金属粒子を角度をつけて蒸着させ、図1に示すよ
うに圧電水晶チップ2の各側面部14、表面15及び裏
面16に金属膜を形成する。この第一の電極形成工程
で、駆動片3、検出片4、結合部5及び支持部6a、6
bの各側面部14、及び接続部7bの斜面17等に必要
なパターンが形成される。そして同時に表面15及び裏
面16のほぼ全面に、Cr+Au等の金属膜が形成され
る。
In the first electrode forming step, a metal mask made of metal is positioned and attached to the quartz substrate 32, and set in a vacuum evaporation machine. Then, metal particles of Cr + Au or the like (for example, an Au film is vapor-deposited on the Cr film) are vapor-deposited at an angle from the opening of the metal mask, and as shown in FIG. Then, a metal film is formed on the front surface 15 and the back surface 16. In this first electrode forming step, the driving piece 3, the detecting piece 4, the coupling section 5, and the supporting sections 6a, 6
A necessary pattern is formed on each side surface portion 14b, the slope 17 of the connection portion 7b, and the like. At the same time, a metal film such as Cr + Au is formed on almost the entire surface 15 and the back surface 16.

【0039】ここで、メタルマスクを取り付け斜めに蒸
着するため、特に圧電水晶チップ2の立体配線部18
は、側面部14及び斜面17等を用いて配線する。この
ように配線することにより、パターンの断線防止や、パ
ターン強度等を向上することができる。
Here, since the metal mask is attached and vapor deposition is performed obliquely, the three-dimensional wiring portion 18 of the piezoelectric crystal chip 2 is particularly used.
Is wired using the side surface portion 14 and the inclined surface 17 and the like. By wiring in this way, it is possible to prevent disconnection of the pattern and improve the pattern strength and the like.

【0040】次に、第二の電極形成工程では、第一の電
極形成工程で形成された水晶基板32にレジスト剤をコ
ーティングし、フォトマスクを用いて表面15及び裏面
16に必要なパターンが形成されるように、露光機によ
り焼き付ける。
Next, in a second electrode forming step, a resist is coated on the quartz substrate 32 formed in the first electrode forming step, and necessary patterns are formed on the front surface 15 and the back surface 16 using a photomask. Is printed by an exposure machine so that

【0041】そして、 Cr+Au等の金属膜のエッチ
ングを行い、不要な金属膜をトリミングする。
Then, the metal film such as Cr + Au is etched to trim the unnecessary metal film.

【0042】以上により、圧電水晶チップ2に、駆動用
の電極9、検出用の電極10及び金属配線13を形成す
ることができる。
As described above, the drive electrode 9, the detection electrode 10, and the metal wiring 13 can be formed on the piezoelectric crystal chip 2.

【0043】そして、図6に駆動側及び検出側の電極の
構成を示す。ここで、検出側は、4系統の電極に分割し
て構成してある。
FIG. 6 shows the configuration of the electrodes on the drive side and the detection side. Here, the detection side is divided into four electrodes.

【0044】このように、マスク蒸着工程とフォトリソ
工程を組み合わせることにより、複雑な電極の形成が効
率よく生産できる。
As described above, by combining the mask deposition step and the photolithography step, a complicated electrode can be efficiently formed.

【0045】更に、水晶基板32に圧電水晶チップ2が
複数形成された状態で、圧電水晶チップ2に電圧を印加
し、駆動片3及び検出片4の共振周波数を測定する。そ
して、共振周波数の狙い値に対するズレを、駆動片3あ
るいは、検出片4の先端部19に重り付け等を施し、こ
れにより周波数調整する。
Further, a voltage is applied to the piezoelectric crystal chip 2 in a state where a plurality of the piezoelectric crystal chips 2 are formed on the crystal substrate 32, and the resonance frequencies of the driving piece 3 and the detection piece 4 are measured. Then, the deviation of the resonance frequency from the target value is weighted to the tip 19 of the driving piece 3 or the detection piece 4, and the frequency is adjusted.

【0046】このように周波数調整された、複数の圧電
水晶チップ2を、水晶基板32から連続して折り取り、
図2に示すケース21に接着剤等でマウントする。
The plurality of piezoelectric crystal chips 2 whose frequency has been adjusted in this manner are continuously cut off from the crystal substrate 32,
The case 21 shown in FIG. 2 is mounted with an adhesive or the like.

【0047】更に、圧電水晶チップ2に形成された、電
極パッド11a、11b、12a、12b、12c、1
2d から、ケース21の内部端子22にAu線24等
でワイヤーボンディングして、電気的に接続する。
Further, the electrode pads 11a, 11b, 12a, 12b, 12c,
From 2d, the internal terminals 22 of the case 21 are electrically connected by wire bonding with an Au wire 24 or the like.

【0048】ここで、ケース21は、セラミックス等で
形成されており、支持部6を用いて圧電水晶チップ2を
マウントする凸状の座が2個所設けられている。更に、
この座の周囲にはアース用の電極パターンが形成されて
いる。
Here, the case 21 is made of ceramics or the like, and is provided with two convex seats for mounting the piezoelectric crystal chip 2 using the support portion 6. Furthermore,
An electrode pattern for grounding is formed around this seat.

【0049】そして、最後にケース21に金属製等のキ
ャップ23を用い、シーム溶接等で封止する。以上によ
り、小型・薄型の圧電ジャイロセンサ1が得られる。
Finally, the case 21 is sealed with a cap 23 made of metal or the like by seam welding or the like. Thus, a small and thin piezoelectric gyro sensor 1 is obtained.

【0050】また、図7は、Zカットの水晶基板のX−
Y平面内のエッチングレートを示す極座標図である。図
7は、円の中心がエッチングレートが0であり、外側に
いくほどエッチングレート速くなるように示してある。
このように、Zカットの水晶は、そのエッチング加工性
に異方性を有することがわかる。
FIG. 7 shows the X-axis of the Z-cut quartz substrate.
FIG. 4 is a polar coordinate diagram showing an etching rate in a Y plane. FIG. 7 shows that the etching rate is 0 at the center of the circle, and the etching rate becomes faster toward the outside.
Thus, it can be seen that the Z-cut quartz has anisotropic etching processability.

【0051】特に、+X方向、X軸に対して+120°
方向、及び−120°方向の面内エッチングスピードが
早く、逆に−X方向、X軸に対して+30°方向及び−
30°方向の面内エッチングスピードが遅くなる。
In particular, + 120 ° with respect to + X direction and X axis
In-plane etching speed in the -direction and -120 ° direction is high, and conversely, in the -X direction, + 30 ° direction and-
The in-plane etching speed in the 30 ° direction is reduced.

【0052】これに対してZ方向のエッチングスピード
は、 −X方向、X軸に対して+30°方向及び−30
°方向が早くなり、+X方向、X軸に対して+120°
方向、及び−120°方向が遅くなる。
On the other hand, the etching speed in the Z direction is -X direction, + 30 ° direction with respect to the X axis, and -30 direction.
° direction becomes faster, + X direction, + 120 ° to X axis
Direction and -120 ° direction are slowed down.

【0053】このように、エッチング加工性に異方性が
あることから、それぞれの接続部7a、7bの形状や、
駆動片3、検出片4及び結合部5等の先端部、あるいは
コーナーの形状が、図8のように非対称となってしま
う。この形状を対称良く形成するために、最適なマスク
により形状を焼き付け、フォトリソ加工している。
As described above, since the etching processability is anisotropic, the shape of each connection portion 7a, 7b,
The shapes of the distal end portions or corners of the driving piece 3, the detection piece 4, the connecting portion 5, and the like are asymmetric as shown in FIG. In order to form this shape with good symmetry, the shape is printed by an optimal mask and photolithographically processed.

【0054】具体的には、駆動片3及び検出片4及び支
持部6a、6bと、結合部5との接続部7a、7bの形
状については、図9に示すように角度a、b、cが、X
軸に対してそれぞれa=約60°、b=約60°、c=
約30°に形成されたマスクを用いて、それぞれの接続
部7a、7bの形状が相似形となるように形成してい
る。
More specifically, as to the shapes of the connecting pieces 7a and 7b for connecting the driving piece 3, the detecting piece 4, and the supporting portions 6a and 6b to the connecting portion 5, as shown in FIG. Is X
A = about 60 °, b = about 60 °, c =
Using a mask formed at about 30 °, the connecting portions 7a and 7b are formed so as to have similar shapes.

【0055】更に、図9に示すように、マスクの形状は
Y軸に対して左右非対称に形成してある。つまり、接続
部7a、7bの形状の対称性を良くするため、+X側
と、−X側のエッチングレート特性を最適化した条件で
加工できるように、マスク形状を設計している。
Further, as shown in FIG. 9, the shape of the mask is formed asymmetrical with respect to the Y axis. That is, in order to improve the symmetry of the shapes of the connection portions 7a and 7b, the mask shape is designed so that the etching rate characteristics on the + X side and the -X side can be processed under optimized conditions.

【0056】また、駆動片3、検出片4及び結合部5等
の先端部あるいはコーナーの形状については、図10に
示す形状のマスクを用いてフォトリソ加工している。図
10には、駆動片3、検出片4の先端部の補正に用いて
いる、3種類のマスク形状を一例として示してある。結
合部5のコーナー部も、この形状と同様の補正を行って
いる。このように、−X側のコーナーに補正をした非対
称のマスクにより、圧電水晶チップ2の形状を対称性の
良い形状にしている。
The shape of the tip or corner of the driving piece 3, the detecting piece 4, the connecting portion 5, etc. is photolithographically processed using a mask having the shape shown in FIG. FIG. 10 shows, as an example, three types of mask shapes used for correcting the distal end portions of the driving piece 3 and the detecting piece 4. The corners of the joint 5 are also corrected in the same manner as this shape. In this manner, the shape of the piezoelectric crystal chip 2 is made to have a good symmetry by the asymmetric mask corrected at the corner on the −X side.

【0057】[0057]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、圧電ジャ
イロセンサは、一対の駆動片と一対の検出片及び支持部
と、結合部とのそれぞれの接続部の形状を、相似形の形
状としたことにより、安定したバランスの良い駆動部の
振動、及びコリオリ力の発生による応力を効率良く検出
部に伝播することが可能となり、高精度で小型の圧電ジ
ャイロセンサを提供できるという効果を有する。
According to the first aspect of the present invention, in the piezoelectric gyro sensor, the shape of each of the connecting portions of the pair of driving pieces, the pair of detecting pieces and the supporting portion, and the connecting portion is similar to each other. As a result, it is possible to efficiently propagate the vibration of the stable and well-balanced drive unit and the stress caused by the generation of the Coriolis force to the detection unit, and to provide a highly accurate and small piezoelectric gyro sensor. .

【0058】請求項2記載の発明によれば、圧電振動子
がZカットの水晶振動子であることにより、フォトリソ
加工におけるエッチングの加工性が良く、短時間で精度
の良い形状加工が可能であるという効果を有する。
According to the second aspect of the present invention, since the piezoelectric vibrator is a Z-cut quartz crystal vibrator, the processability of the etching in the photolithography process is good, and the precise shape processing can be performed in a short time. It has the effect of.

【0059】請求項3及び4記載の発明によれば、一対
の駆動片と一対の検出片及び支持部と、結合部との接続
部の形状が、少なくともX軸に対して約30°及び約6
0°の角度からなる面を有するマスクを用いて形成する
ことにより、接続部の形状が対称となり、バランスの良
い共振振動が得られるという効果を有する。また、接続
部に発生する応力も均一化され、応力集中による接続部
付近へのクラック等の発生も防止できるという効果も有
する。
According to the third and fourth aspects of the present invention, the shape of the connecting portion between the pair of driving pieces, the pair of detecting pieces and the supporting section, and the connecting section is at least about 30 ° and about 30 ° with respect to the X axis. 6
By using a mask having a plane having an angle of 0 °, the shape of the connection portion is symmetrical, and there is an effect that a well-balanced resonance vibration can be obtained. In addition, the stress generated in the connection portion is also made uniform, and there is also an effect that occurrence of cracks or the like near the connection portion due to stress concentration can be prevented.

【0060】請求項5記載の発明によれば、一対の駆動
片と一対の検出片の先端部、あるいは結合部のコーナー
を、−X側のコーナーに形状補正をした非対称のマスク
を用いて形成することにより、先端部あるいはコーナー
の形状を対称良く形成できるという効果を有する。
According to the fifth aspect of the present invention, the ends of the pair of driving pieces and the pair of detecting pieces or the corners of the joint are formed by using an asymmetric mask whose shape is corrected at the -X side corner. By doing so, there is an effect that the shape of the tip or the corner can be formed with good symmetry.

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

【図1】本発明の圧電ジャイロセンサの一実施例を示す
構造図。
FIG. 1 is a structural view showing one embodiment of a piezoelectric gyro sensor of the present invention.

【図2】本発明の圧電ジャイロセンサの一実施例を示す
構造図。
FIG. 2 is a structural view showing one embodiment of a piezoelectric gyro sensor of the present invention.

【図3】水晶の結晶構造を示す構造図。FIG. 3 is a structural diagram showing a crystal structure of quartz.

【図4】本発明の圧電ジャイロセンサ用の水晶基板を切
り出し角度を示す構造図。
FIG. 4 is a structural diagram showing a cut-out angle of a quartz substrate for a piezoelectric gyro sensor according to the present invention.

【図5】本発明の圧電ジャイロセンサ用の水晶基板を切
り出し角度を示す構造図。
FIG. 5 is a structural diagram showing a cut-out angle of a quartz substrate for a piezoelectric gyro sensor according to the present invention.

【図6】本発明の圧電ジャイロセンサの電極配線図。FIG. 6 is an electrode wiring diagram of the piezoelectric gyro sensor of the present invention.

【図7】Zカット水晶基板のエッチング特性図。FIG. 7 is an etching characteristic diagram of a Z-cut quartz substrate.

【図8】従来の圧電ジャイロセンサの接続部の構造図。FIG. 8 is a structural view of a connection portion of a conventional piezoelectric gyro sensor.

【図9】本発明の圧電ジャイロセンサの外形形状を形成
するマスク図面。
FIG. 9 is a mask drawing for forming the outer shape of the piezoelectric gyro sensor of the present invention.

【図10】本発明の圧電ジャイロセンサの外形形状を形
成するマスク図面。
FIG. 10 is a mask drawing for forming the outer shape of the piezoelectric gyro sensor of the present invention.

【図11】従来の圧電ジャイロセンサの構造図。FIG. 11 is a structural diagram of a conventional piezoelectric gyro sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電ジャイロセンサ 2 圧電水晶チップ 3 駆動片 4 検出片 5 結合部 6a、6b 支持部 7a、7b 接続部 8 Y軸 9、10 電極 11a、11b、12a、12b、12c、12d 電
極パッド 13 金属配線 14 側面部 15 表面 16 裏面 17 斜面 18 立体配線部 19 先端部 21 ケース 22 内部端子 23 キャップ 24 Au線 31 結晶体 32 水晶基板 101 駆動片 102 検出片 103 回転軸 104 結合部 105 支持部 106 ハウジング 107、108 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric gyro sensor 2 Piezoelectric crystal chip 3 Driving piece 4 Detecting piece 5 Coupling part 6a, 6b Supporting part 7a, 7b Connection part 8 Y axis 9, 10 Electrode 11a, 11b, 12a, 12b, 12c, 12d Electrode pad 13 Metal wiring DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Side surface part 15 Surface 16 Back surface 17 Slope 18 Three-dimensional wiring part 19 Tip part 21 Case 22 Internal terminal 23 Cap 24 Au wire 31 Crystal 32 Crystal substrate 101 Driving piece 102 Detecting piece 103 Rotating shaft 104 Coupling part 105 Support part 106 Housing 107 , 108 electrodes

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電振動子を角速度センサとして使用する
圧電ジャイロセンサにおいて、 前記圧電ジャイロセンサは、一対の駆動片、一対の検出
片及び支持部と、結合部とのそれぞれの接続部の形状
を、相似形の形状としたことを特徴とする圧電ジャイロ
センサ。
1. A piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric vibrator as an angular velocity sensor, wherein the piezoelectric gyro sensor has a pair of driving pieces, a pair of detecting pieces, a supporting portion, and a connecting portion with a connecting portion. A piezoelectric gyro sensor having a similar shape.
【請求項2】圧電振動子を角速度センサとして使用する
圧電ジャイロセンサにおいて、 前記圧電振動子がZカットの水晶振動子であることを特
徴とする請求項1記載の圧電ジャイロセンサ。
2. The piezoelectric gyro sensor according to claim 1, wherein said piezoelectric vibrator is a Z-cut crystal vibrator.
【請求項3】圧電振動子を角速度センサとして使用する
圧電ジャイロセンサにおいて、 前記駆動片、前記検出片又は前記支持部と前記結合部と
の−X方向の接続部の角度aが約60°であり、 前記駆動片、前記検出片又は前記支持部と前記結合部と
の+X方向の接続部の角度cが約30°であり、かつ、
前記角度cから約60°の角度bへと連結した形状をも
って形成されていることを特徴とする請求項2記載の圧
電ジャイロセンサ。
3. A piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric vibrator as an angular velocity sensor, wherein an angle a of a connecting portion in the −X direction between the driving piece, the detecting piece or the supporting portion and the coupling portion is about 60 °. An angle c of a connecting part in the + X direction between the driving piece, the detecting piece or the supporting part and the coupling part is about 30 °, and
3. The piezoelectric gyro sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric gyro sensor is formed to have a shape connected from the angle c to an angle b of about 60 degrees.
【請求項4】圧電振動子を角速度センサとして使用する
圧電ジャイロセンサにおいて、 前記駆動片、前記検出片及び前記支持部と、前記結合部
との接続部の形状が、少なくともX軸に対して約30°
及び約60°の角度からなる面を有する非対称のマスク
を用いて形成されていることを特徴とする請求項2記載
の圧電ジャイロセンサ。
4. A piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric vibrator as an angular velocity sensor, wherein a shape of a connecting portion between the driving piece, the detecting piece, the supporting portion, and the coupling portion is at least about an X-axis. 30 °
3. The piezoelectric gyro sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric gyro sensor is formed using an asymmetric mask having a surface having an angle of about 60 [deg.].
【請求項5】圧電振動子を角速度センサとして使用する
圧電ジャイロセンサにおいて、 前記駆動片と検出片の先端部、あるいは結合部の−X側
のコーナーに形状の補正を施し、Y軸に関して非対称な
形状をしたマスクを用いて、前記圧電振動子が形成され
ていることを特徴とする請求項2記載の圧電ジャイロセ
ンサ。
5. A piezoelectric gyro sensor using a piezoelectric vibrator as an angular velocity sensor, wherein the shape of the tip of the driving piece and the detecting piece or the -X side corner of the coupling portion is corrected to be asymmetric with respect to the Y axis. The piezoelectric gyro sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric vibrator is formed using a mask having a shape.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7437932B2 (en) 2005-03-30 2008-10-21 Seiko Epson Corporation Gyro vibration piece and gyro sensor
JP2013213824A (en) * 2013-05-30 2013-10-17 Seiko Epson Corp Vibration element, support structure of the same and gyro sensor
JP2015078998A (en) * 2014-11-26 2015-04-23 セイコーエプソン株式会社 Vibration element, support structure of the same and vibration device

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