振动器以及振动陀螺仪的制作方法
【专利摘要】实现即便小型化也能有效地降低谐振频率振动器、和能使用该振动器以较高的灵敏度来检测角速度的振动陀螺仪。振动器(1)具备第1圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部(2A、2B)、基端侧锤部(3)、和基端侧锤部用连结部(6A)。第1圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部(2A、2B)的X轴正方向的端部在Y轴方向上相互隔开间隔地对置，X轴负方向的端部相互连结。基端侧锤部(3)配置在第1圆弧状梁部和第2圆弧状梁部(2A、2B)之间。基端侧锤部用连结部(6A)配置成从第1圆弧状梁部(2A)和第2圆弧状梁部(2B)的连结部分起在X轴正方向上延伸，且与基端侧锤部(3)连结。
【专利说明】振动器以及振动陀螺仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有在主面进行面内振动的振动模式和在与主面垂直的方向上进行面外振动的振动模式的振动器、以及检测绕着与两种振动模式各自的振动方向垂直的旋转轴而施加给振动器的角速度的振动陀螺仪。
【背景技术】
[0002]检测角速度的振动陀螺仪具备如下的振动器，该振动器具有沿着与旋转轴正交的驱动轴进行振动的第I振动模式(驱动振动模式)、和沿着与旋转轴以及驱动轴正交的检测轴进行振动的第2振动模式(检测振动模式)。若以驱动振动模式进行振动的振动器绕着旋转轴进行旋转，则沿着检测轴的科里奥利力施加给振动器。若施加了科里奥利力，则振动器以检测振动模式进行振动。检测振动模式的振动振幅与旋转运动的角速度的大小、即由旋转运动的角速度所产生的科里奥利力的大小相应。因而，通过对检测振动模式的振动振幅进行检测，从而能够检测旋转运动的角速度。
[0003]利用于振动陀螺仪的振动器的构造多种多样。某种振动器构成为具备两个悬臂梁的音叉型振动器(参照专利文献I。)。
[0004]图1 (A)是具备以往的音叉型振动器的振动陀螺仪111的俯视图，图1 (B)是部分首1J视图。
[0005]振动陀螺仪111具备作为音叉型振动器的振动器101。振动器101具备:腿部101A、101B、支承部101C、和基台部101D。腿部101A、IOlB分别形成为蜿蜒形状。腿部101A、IOlB的一端侧与基台部IOlD连结,且成为固定端。腿部101A、101B的另一端侧成为自由端。支承部IOic配置在腿部101A、IOlB之间，且形成为从基台部IOlD起在与腿部101A、IOlB相同的方向上延伸。振动器101由电介质膜102、压电体膜103、电极膜104、基板105、和公共电极106所构成。电介质膜102形成在基板105的上表面。压电体膜103形成在电介质膜102的上表面。电极膜104形成在压电体膜103的上表面。公共电极106形成在基板105的下表面，且被接地。振动器101的支承部IOlC被未图示的支承基板支承。
[0006]电极膜104具备电极104A?104C。电极104A具有:分别沿着腿部101A、101B、和支承部IOlC的线路状的部分；和与这些线路状的部分连接、且形成在基台部IOlD的部分。电极104B如从作为腿部IOlA的自由端的端部起经由基台部IOlD上而至支承部IOlC的端部这样，形成为线路状。电极104C如从作为腿部IOlB的自由端的端部起经由基台部IOlD上而至支承部IOlC的端部这样，形成为线路状。
[0007]电极104A?104C、公共电极106、以及压电体膜103构成了机电变换元件。在振动器101中，作为腿部101AU01B的自由端的端部或者远离或者靠近地进行开闭这样的振动被激励。在振动陀螺仪111中，这样的振动模式被用作驱动振动模式。在振动器101中，腿部101A、101B在厚度方向上进行弯曲振动的振动被激励。在振动陀螺仪111中，这样的振动模式被用作检测振动模式。振动陀螺仪111在以驱动振动模式进行振动的状态下，若以与腿部101A、101B平行的轴为中心而向振动陀螺仪111施加角速度，则利用通过科里奥利力使得振动器101以检测振动模式进行振动的特性,来检测角速度。
[0008]在振动陀螺仪中，期望角速度的检测灵敏度较高。一般而言，在使用了音叉型振动器的振动陀螺仪中，为了提高角速度的检测灵敏度，需要适当地设定振动器的谐振频率。由于音叉型振动器的谐振频率与腿部(梁)的长度的平方成反比例，因此在使音叉型振动器小型化的情况下，谐振频率会变得尤其高。而且，伴随着谐振频率变高而检测灵敏度会变低。因此，在上述的振动陀螺仪111中，通过将腿部101AU01B设为蜿蜒形状，从而即便使振动器101小型化也能将腿部(梁)确保得较长，可防止振动器101的谐振频率变高。
[0009]在此，对振动器的谐振频率与角速度的检测灵敏度之间的关系进行说明。
[0010]角速度的检测灵敏度能够表示为与施加给振动器的科里奥利力的最大值、和每IN(牛顿)科里奥利力所输出的检测电压(以下称作检测效率。)之积成比例的值。科里奥利力的最大值能够表示为振动器的质量、驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度、和施加给振动器的角速度之积。因此，角速度的检测灵敏度能够表示为与检测效率、振动器的质量、和驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度之积成比例的值。
[0011]这些检测效率、振动器的质量、驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度等，不仅与检测灵敏度具有相关，还与振动器的厚度、宽度尺寸、刚性、谐振模式及其谐振频率具有相关。
[0012]近年来，强烈要求振动陀螺仪的小型化。一般而言，若振动器变小，则振动器的谐振频率会变高。因而，在将具有小振动器的振动陀螺仪搭载于数字照相机等上时，振动器的谐振频率与手抖的频率之差会变大。因而，有时针对手抖等的灵敏度会变低。
[0013]因此，通过将振动器设为特定的构造，或者使振动器以特定的振动模式进行振动，从而即便振动器小，也可而防止振动器的谐振频率变高。
[0014]进而，为了改善振动陀螺仪的偏移特性，需要在驱动振动模式和检测振动模式这两种模式中具有公共的节点。
[0015]通过以公共的节点来支承振动器，从而能够防止自支承振动器的支承部的振动的泄漏、自外部的不必要振动的传播，能够获得良好的偏移特性。
[0016]在先技术文献
[0017]专利文献
[0018]专利文献1:国际公开第2008/010336号公报
【发明内容】
[0019]发明要解决的课题
[0020]在具备上述的蜿蜒形状的腿部101A、101B的振动器101中，由于腿部101A、101B的与基台部IOlD连结的一侧的端部为固定端，因此需要设置刚性强的基台部101D。为此，基台部IOlD占振动器101的面积较大比例，即便为了减小振动器101而将腿部101AU01B设为蜿蜒形状，由于基台部IOlD也不得不限定降低振动器101的谐振频率的效果。
[0021]因此，本发明的目的在于实现即便小型化也能有效地降低谐振频率的振动器、和能使用该振动器以较高的灵敏度来检测角速度的振动陀螺仪。
[0022]用于解决课题的手段
[0023]本发明的振动器具备:第I圆弧状梁部、第2圆弧状梁部、基端侧锤部、和基端侧锤部用连结部。第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部在相对于第I轴方向而正交的第2轴方向上相互隔开间隔地对置，且第I轴方向的另一侧的端部相互连结。基端侧锤部配置在第I圆弧状梁部与第2圆弧状梁部之间。基端侧锤部用连结部设置成从第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分起在第I轴方向上延伸，且与基端侧锤部连结。
[0024]本发明的振动器具有:面内振动模式，第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部的间隔发生变化；和面外振动模式，第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部在与第I轴方向以及第2轴方向正交的第3轴方向上交替地弯曲。
[0025]为使第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部为圆弧状，在第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分，第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部被连结成分别沿着第2轴方向。因此，即便不如以往的振动器那样设置基台部，第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分也会成为实质性的固定端。因而，能够省略在以往的振动器中所设置的基台部，与以往的振动器相比，能够减小面积相应基台部的面积。因而，即便是与以往的振动器相同的面积，也能够增大第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的长度尺寸，能够降低面内振动模式的谐振频率和面外振动模式的谐振频率。
[0026]而且，第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分成为振动的节点，因为在该连结部分经由设置成沿着第I轴方向的基端侧锤部用连结部来连结基端侧锤部，所以基端侧锤部用连结部、基端侧锤部也成为振动的节点。因此，成为振动的节点的区域的面积变大，从而振动器的支承、布线的形成变得容易。进而，因为通过基端侧锤部向第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分附加质量，所以连结部分不易振动，在支承连结部分之际，能够有效地抑制振动的泄漏。
[0027]上述的振动器优选具备第I前端侧锤部和第2前端侧锤部。第I前端侧锤部与第I圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部连结。第2前端侧锤部与第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部连结。
[0028]在该构成中，因为第I前端侧锤部和第2前端侧锤部向第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部附加质量，所以能够将通过绕着第I轴的角速度而施加给以面内振动模式进行振动的振动器的科里奥利力设为更大的值。
[0029]上述的振动器优选具备支承部用连结部和支承部。支承部用连结部设置成从第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分起在与基端侧锤部用连结部相反的相反方向上延伸。支承部与支承部用连结部连结。
[0030]此外，上述的振动器优选支承部配置成包围第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部。
[0031]在这些构成中，支承部用连结部、支承部也成为振动的节点。因此，成为振动的节点的区域的面积变大，从而振动器的支承、布线的形成变得容易。进而，因为通过支承部用连结部和支承部向第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分附加质量，所以连结部分不易振动，在支承连结部分之际，能够进一步抑制振动的泄漏。
[0032]上述的振动器优选具备前端侧支承部。前端侧支承部设置成从基端侧锤部的第I轴方向的端部起在第I轴方向上延伸，且与支承部连结。
[0033]在该构成中，由于通过基端侧锤部用连结部和前端侧支承部来支承基端侧锤部，因此振动体的机械强度增强。[0034]上述的振动器的支承部优选构成为内周沿着第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部。
[0035]此外，上述的振动器的支承部优选较之第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部，与第I轴以及第2轴正交的第3轴方向的尺寸大。
[0036]在这些构成中，由于支承部的质量变大，因此能够进一步抑制振动自支承部的泄漏。
[0037]本发明的振动陀螺仪优选具备:上述的振动器；驱动振动器以使振动器以第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部的间隔发生变化的面内振动模式进行振动；和检测部，其针对以面内振动模式进行振动的振动器来检测因通过绕着第I轴的角速度施加给振动器的科里奥利力所引起的、第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部在第3轴方向上交替弯曲的面外振动模式的振动。
[0038]在该构成中，虽然使用小振动器但也能降低振动器的谐振频率，可以提高角速度的检测灵敏度。由于振动器中成为振动的节点的区域的面积大，因此振动器的支承、布线变得容易。进而，通过在成为振动的节点的区域支承振动器，从而可防止振动的泄漏、自外部的不必要振动的传播，能够提高角速度的检测灵敏度。
[0039]上述的振动陀螺仪的振动器优选由硅基板构成，驱动部以及检测部具备压电体膜、接地电极、驱动电极或检测电极。
[0040]在该构成中，振动器成为与驱动部、检测部相独立的构成。因此，能够将振动器的形状设为成为理想振动模式的形状，可提高角速度的检测灵敏度。此外，振动器通过针对硅基板的半导体微细加工能够实现较高的形状精度。此外，压电体膜、电极能够利用薄膜微细加工工艺来形成。
[0041]优选上述的振动陀螺仪的压电体膜、接地电极、驱动电极、和检测电极仅设置在振动器的一个面。
[0042]在该构成中，能够顺序地实施半导体微细加工工艺和薄膜微细加工工艺，从而能够实现，能够使制造工序简易化。
[0043]上述的振动陀螺仪的驱动部以及检测部优选是具备浮动电极的构成。驱动电极或检测电极设置成隔着压电体膜而与浮动电极对置。
[0044]在该构成中，能够通过增大施加给压电体膜的电场来增大压电体膜的形变量，以提高角速度的检测灵敏度。此外，因为无需设置与浮动电极连接的布线，所以无需为了设置布线而对硅基板、压电体膜进行加工，从而能够简化制造工序。
[0045]上述的振动陀螺仪的驱动电极优选具有:第I驱动电极，其设置成隔着压电体膜而与接地电极对置；和第2驱动电极，其设置成隔着压电体膜而与接地电极对置、且与第I驱动电极相邻。
[0046]在该构成中，通过向第I驱动电极和第2驱动电极施加相反极性的驱动电压，从而较之仅施加单一极性的驱动电压的情况，能够使施加给压电体膜的电场的强度成为2倍。因为能够通过变更对第I驱动电极和第2驱动电极施加的驱动电压的电压极性来变更施加给压电体膜的电场的朝向，所以能够容易地实现与使压电体膜的极化方向相反的情况相同的形变。
[0047]发明效果[0048]根据本发明，能够省略在以往的振动器中设置的基台部，较之以往的振动器，能够减小面积相应基台部的面积。即便是与以往的振动器相同的面积，也能够增大第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的长度尺寸，能够降低面内振动模式的谐振频率和面外振动模式的谐振频率，所以能够实现角速度的检测灵敏度高的振动陀螺仪。而且，通过设置基端侧锤部用连结部和基端侧锤部，从而成为振动的节点的区域的面积会增加，故在振动陀螺仪中振动器的支承、布线的形成变得容易。此外，通过设置基端侧锤部用连结部和基端侧锤部，来向第I圆弧状梁部和第2圆弧状梁部的连结部分附加质量，所以连结部分不易振动，在支承连结部分之际能够有效地抑制振动的泄漏。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1是说明具备以往的振动器的振动陀螺仪的构成的图。
[0050]图2是说明本发明的第I实施方式所涉及的振动器的构成的图。
[0051]图3是说明本发明的第I实施方式所涉及的振动器的振动模式的图。
[0052]图4是说明本发明的第I实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0053]图5是说明本发明的第2实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0054]图6是说明本发明的第3实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0055]图7是说明本发明的第4实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0056]图8是说明本发明的第5实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0057]图9是说明本发明的第6实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0058]图10是说明本发明的第7实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
[0059]图11是说明本发明的第8实施方式所涉及的振动陀螺仪的构成的图。
【具体实施方式】
[0060]在以下的说明中，将振动陀螺仪的旋转轴设为正交坐标系的X轴，将振动陀螺仪的驱动轴设为Y轴，将振动陀螺仪的检测轴设为Z轴。
[0061]《第I实施方式》
[0062]图2是本发明的第I实施方式所涉及的振动器I的俯视图(X-Y面俯视图)。
[0063]振动器I由硅基板构成。振动器I具备--第1圆弧状梁部2A、第2圆弧状梁部2B、基端侧锤部3、第I前端侧锤部4A、第2前端侧锤部4B、支承部5、和连结部6A~6D。由于振动器I利用半导体微细加工技术来形成，因此振动器I的X-Y面上的X轴为对称轴的形状对称性极其高。
[0064]第1圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B分别是在俯视的情况下为圆弧状的悬臂梁。第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B在X轴负方向的端部(以下称作下端。)相互连结，且构成了具有开口部的环状部件。第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B各自的X轴正方向的端部(以下称作上端。)在Y轴方向上相互隔开间隔地对置，且该间隔形成了环状部件的开口部。
[0065]基端侧锤部3是在俯视的情况下下端侧的一边为圆弧状的大致矩形状。基端侧锤部3配置在第I圆弧状梁部2A与第2圆弧状梁部2B之间。即，基端侧锤部3配置在由第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B构成的环状部件的内侧。基端侧锤部3的下端侧经由连结部6A而与第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分相连结。
[0066]第I前端侧锤部以及第2前端侧锤部4A、4B在俯视的情况下分别为扇状。第I前端侧锤部以及第2前端侧锤部4A、4B配置在第I圆弧状梁部2A与第2圆弧状梁部2B之间。即，第I前端侧锤部以及第2前端侧锤部4A、4B配置在由第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B构成的环状部件的内侧。第I前端侧锤部4A的上端侧经由连结部6B而与第I圆弧状梁部2A的上端相连结。第2前端侧锤部4B的上端侧经由连结部6C而与第2圆弧状梁部2B的上端相连结。
[0067]支承部5在俯视的情况下为矩形状。支承部5配置成经由第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分而与基端侧锤部3对置。S卩，支承部5配置在由第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B构成的环状部件的外侧。支承部5的上端侧经由连结部6D而与第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分相连结。第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B由支承部5支承为可振动。连结部6A为基端侧锤部用连结部。连结部6B为前端侧锤部用连结部。连结部6C为前端侧锤部用连结部。连结部6D为支承部用连结部。
[0068]图3 (A)是对振动器I的面内振动模式进行说明的图。振动器I的面内振动模式是振动器I以通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴为对称轴而在振动器I的主面(X-Y面)内进行振动的振动模式。在振动器I的面内振动模式下，振动器振动使得第I圆弧状梁部2A的上端侧与第2圆弧状梁部2B的上端侧之间的间隔、以及第I前端侧锤部4A与第2前端侧锤部4B之间的间隔发生变化。第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的下端侦U、基端侧锤部3、支承部5、以及连结部6A、6D成为振动的节点。更详细而言，第I圆弧状梁部2A的上端侧和第2圆弧状梁部2B的上端侧、以及第I前端侧锤部4A和第2前端侧锤部4B沿着Y轴往返地相对于对称轴呈线对称振动。
[0069]图3(B)是对振动器I的面外振动模式进行说明的图。振动器I的面外振动模式是振动器I在以通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴为对称轴而在振动器I的主面(X-Y面)外进行振动的振动模式。在振动器I的面外振动模式下，振动器I振动使得第I圆弧状梁部2A的上端侧与第2圆弧状梁部2B的上端侧、以及第I前端侧锤部4A与第2前端侧锤部4B沿着Z轴交替地弯曲。包括第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的下端侧、基端侧锤部3、支承部5、以及连结部6A、6D在内的、通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴的附近的区域成为振动的节点。更详细而言，第I圆弧状梁部2A的上端侧和第2圆弧状梁部2B的上端侧、以及第I前端侧锤部4A和第2前端侧锤部4B沿着Z轴往返地相对于对称轴呈线对称振动。
[0070]第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B、以及第I前端侧锤部4A和第2前端侧锤部4B，在上述的面内振动模式下的振动方向和面外振动模式下的振动方向上相差90°。因此，通过使这些的面内振动模式和面外振动模式的谐振频率大体一致，从而能够将这些的振动模式作为振动陀螺仪中的驱动振动模式和检测振动模式来利用。
[0071]其次，对使用了第I实施方式所涉及的振动器I的振动陀螺仪11的构成例进行说明。图4(A)是振动陀螺仪11的俯视图(X-Y面俯视图)。图4(B)是图4(A)中用B-B’所示的位置处的振动陀螺仪11的部分放大剖视图。振动陀螺仪11具备:振动器1、浮动电极
12、压电体膜13、驱动电极14、检测电极15A、15B、接地电极16、和基板17。[0072]浮动电极12设置在基板17的上表面。压电体膜13是由氮化铝、锆钛酸铅、铌酸钾钠、氧化锌等的任一压电材料构成的薄膜，设置成覆盖浮动电极12和基板17。驱动电极14、检测电极15A、15B、和接地电极16设置在压电体膜13的上表面。基板17由硅基板构成。
[0073]驱动电极14设置成从设置于支承部5的外部连接用的焊盘起呈线路状延伸到连结部6D、第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分、和第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B。检测电极15A设置成从设置于支承部5的外部连接用的焊盘起呈线路状延伸到连结部6D、第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分、和第I圆弧状梁部2A。检测电极15B设置成从设置于支承部5的外部连接用的焊盘起呈线路状延伸到连结部6D、第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分、和第2圆弧状梁部2B。
[0074]接地电极16设置成从设置于支承部5且相互连接的两个外部连接用的焊盘起呈线路状延伸到连结部6D、第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分、和第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B。
[0075]驱动电极14与浮动电极12、压电体膜13、和接地电极16 —起，构成了作为驱动部发挥功能的机电变换元件。检测电极15A、15B与浮动电极12、压电体膜13、和接地电极16一起，构成了作为检测部发挥功能的机电变换元件。
[0076]驱动电极14在第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的主面，较之检测电极15A、15B、接地电极16而配置在内周侧。因而，若向驱动电极14施加交变电压，则振动器I以图3(A)所示的面内振动模式进行振动。即,振动陀螺仪11将振动器I的面内振动模式用作驱动振动模式。
[0077]在振动陀螺仪11中，若在振动器I以驱动振动模式进行振动的状态下，向振动器I施加绕着作为旋转轴的X轴的角速度，则在相对于旋转轴以及振动器I在驱动振动模式下的振动方向而正交的方向上施加科里奥利力。由于科里奥利力，振动器I以图3(B)所示的面外振动模式进行振动。即，振动陀螺仪11将振动器I的面外振动模式用作检测振动模式。检测振动模式的振动成为与施加给振动器I的角速度的大小、即由角速度所产生的科里奥利力的大小相应的振幅。于是，振动使得:在第I圆弧状梁部2A的上端侧以及第I前端侧锤部4A以通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴为对称轴而向Z轴的一侧移动之际，第2圆弧状梁部2B的上端侧以及第2前端侧锤部4B向Z轴的另一侧移动，相反地，在第I圆弧状梁部2A的上端侧以及第I前端侧锤部4A向Z轴的另一侧移动之际，第2圆弧状梁部2B的上端侧以及第2前端侧锤部4B向Z轴的一侧移动。即，第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B振动成Z轴方向的位移相对于X-Y面成反对称，在检测电极15A、15B产生相反相位的检测电压。若将在检测电极15A、15B分别产生的检测电压利用后级电路进行差动放大，则相反相位的检测电压被相加。因此，能够构成检测电路以获得与基于检测振动模式的振动的振幅相应的输出。
[0078]此外，检测电极15A设置在第I圆弧状梁部2A的上表面。检测电极15B设置在第2圆弧状梁部2B的上表面。因而，若振动器I以作为驱动振动模式的图3(A)所示的面内振动模式进行振动，则在以通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴为对称轴的情况下，振动使得:当第I圆弧状梁部2A的上端侧以及第I前端侧锤部4A远离对称轴之际，第2圆弧状梁部2B的上端侧以及第2前端侧锤部4B也远离对称轴，相反地，当第I圆弧状梁部2A的上端侧以及第I前端侧锤部4A靠近对称轴之际，第2圆弧状梁部2B的上端侧以及第2前端侧锤部4B也靠近对称轴。S卩，第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B相对于对称轴呈线对称地振动，在检测电极15A、15B产生相同相位的检测电压。若将在检测电极15A、15B分别产生的检测电压利用后级电路进行差动放大，则相同相位的检测电压会彼此抵消。因此,能够构成检测电路以使不检测驱动振动模式的振动。
[0079]如以上，在本实施方式的振动陀螺仪11中，由于第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B为圆弧状，因此能够将第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的长度设得长于X轴方向的振动器I的尺寸。因此，可防止上述的驱动振动模式和检测振动模式的谐振频率变高，同时能够减小振动器I。此外，通过将第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的下端彼此之间连结，从而能够不需要专利文献I所记载的基台部这样的构成，这一点也有助于减小振动器I。
[0080]由于将第I前端侧锤部4A设置在第I圆弧状梁部2A的上端侧，将第2前端侧锤部4B设置在第2圆弧状梁部2B的上端侧，从而能够将在振动器I以上述的驱动振动模式进行振动的状态下向振动器I施加绕着作为旋转轴的X的角速度的情况下所产生的科里奥利力设为更大的值，来增大第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的振动振幅。
[0081]此外，振动陀螺仪11在驱动振动模式和检测振动模式的任何振动模式下均使第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分、基端侧锤部3、支承部5、以及连结部6A、6D成为振动的节点，这些节点的位置在驱动振动模式和检测振动模式下一致。因此，通过以这些节点来支承振动陀螺仪11，从而可防止振动经由振动器I的支承部件、布线部件的泄漏，可防止自外部的不必要振动的传播。而且，通过将与支承部件或布线部件等的由不同于振动器I的材料构成的部件之间的接合之处设为振动的节点，从而能防止因支承部件或布线部件等的热应力所引起的角速度的检测灵敏度的偏移的产生。此外，因为基端侧锤部3以及支承部5经由连结部6A、6D而与第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分相连结，所以能够向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分附加质量。通过附加质量，从而第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分不易振动，在支承连结部分之际能够有效地抑制振动的泄漏、检测灵敏度的偏移的产生。
[0082]此外，振动器I是与硅基板形成为一体的构成，由压电体膜13和电极12、14、15A、15BU6构成了机电变换元件，从而振动陀螺仪11能够使用振动器的半导体微细加工工艺和电极以及压电体膜的薄膜微细加工工艺来制造。因此，能够将形状精度设为极其高的精度。另外，通过在压电体膜13与基板17之间设置浮动电极12，从而较之不设置浮动电极12的情况，能够增大施加给压电体膜13的电场，能够将压电体膜13的形变设为较大的形变。此外，浮动电极12无需在振动器I设置通孔等加以布线，能够使振动器I以理想的振动模式进行振动。
[0083]《第2实施方式》
[0084]其次，对本发明的第2实施方式所涉及的振动陀螺仪21进行说明。
[0085]图5是本实施方式所涉及的振动陀螺仪21的部分放大剖视图。振动陀螺仪21是具有与第I实施方式所涉及的振动陀螺仪11不同的电极构造的构成。
[0086]振动陀螺仪21具备:接地电极22、压电体膜23、第I驱动电极24A、第2驱动电极24B、和基板27。接地电极22配置在压电体膜23与基板27之间。接地电极22是将第I实施方式的浮动电极12接地的电极。第I驱动电极24A和第2驱动电极24B设置成隔着压电体膜23而与接地电极22对置。第I驱动电极24A和第2驱动电极24B施加相反相位的驱动电压。如果是这样的电极构造，则即便是与第I实施方式所示的电极构造相同的驱动电压，也能将施加给压电体膜23的电场的强度设为2倍，能够进一步增大振动器I的振动振幅。
[0087]《第3实施方式》
[0088]其次，对本发明的第3实施方式所涉及的振动陀螺仪31进行说明。图6(A)是振动陀螺仪31的俯视图(X-Y面俯视图)。图6 (B)是以面外振动模式进行振动的振动陀螺仪31的立体图。
[0089]振动陀螺仪31是具备从第I实施方式所示的振动器I的构成之中省略支承部5后的构成的振动器31A，且在基端侧锤部33具备设置了外部连接用的焊盘的驱动电极34、检测电极35A、35B、和接地电极36这样的构成。在该构成中，由于基端侧锤部33兼有第I实施方式的支承部5的功能，因此能够进一步减小振动器31A。
[0090]另外，由于振动器31A未设有支承部，因此向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分所附加的质量成为小于第I实施方式的振动器I的质量。因此，图3(B)所示的第I实施方式中的面外振动模式较之图6(B)所示的第3实施方式中的面外振动模式，成为振动的节点的区域的面积大，自支承部件、布线部件的振动的泄漏小。
[0091]《第4实施方式》
[0092]其次，对本发明的第4实施方式所涉及的振动陀螺仪41进行说明。图7 (A)是振动陀螺仪41的俯视图(X-Y面俯视图)。图7 (B)是以面外振动模式进行振动的振动陀螺仪41的立体图。
[0093]振动陀螺仪41是取代第I实施方式所示的振动器I的支承部5而设置了支承部45的构成。支承部45为设置了矩形开口的矩形框体，配置成包围第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B。
[0094]在面外振动模式下，在第I实施方式的支承部5、本实施方式的支承部45均产生扭转振动。其中，在本实施方式中，除了包括第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的下端侧、基端侧锤部3、以及连结部6A、6D在内的、通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴的附近的区域之外，支承部45的上端侧的边和下端侧的边也成为振动的节点。支承部45向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分附加质量。因而，在本实施方式中，向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分所附加的质量成为大于第I实施方式的振动器1、第3实施方式的振动器31A的质量。因此，图7 (B)所示的第4实施方式中的面外振动模式较之图3(B)所示的第I实施方式中的面外振动模式、图6(B)所示的第3实施方式中的面外振动模式，成为振动的节点的区域的面积大，振动自支承部件、布线部件的泄漏小。
[0095]因此，在该构成中，以成为振动的节点的区域来支承振动器、进行布线变得容易，能够抑制振动经由支承部件、布线部件的泄漏、检测灵敏度的偏移的产生。
[0096]《第5实施方式》
[0097]其次，对本发明的第5实施方式所涉及的振动陀螺仪51进行说明。图8是振动陀螺仪51的俯视图(X-Y面俯视图)。[0098]振动陀螺仪51是从第I实施方式所示的振动器I的构成之中取代支承部5而设置支承部55、且进一步设置连结基端侧锤部3与支承部55之间的连结部56的构成。支承部55是设置了矩形开口的矩形框体，配置成包围第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B。连结部56为前端侧支承部，配置在通过连结部6A、6D的中心且与X轴平行的轴上。因而，连结部56也具有振动的节点。
[0099]在该构成中，与第4实施方式同样地，振动自支承部件、布线部件的泄漏小。进而，在该构成中，能够提高振动陀螺仪51的机械强度。具体而言，在某些冲击载荷作用于振动陀螺仪51的情况下，由于基端侧锤部3通过连结部56而与支承部55连结，因此基端侧锤部3不会发生较大形变。因此，振动陀螺仪51的耐冲击性强。
[0100]《第6实施方式》
[0101]其次，对本发明的第6实施方式所涉及的振动陀螺仪61进行说明。图9是振动陀螺仪61的俯视图(X-Y面俯视图)。
[0102]振动陀螺仪61是取代第5实施方式所示的支承部55而具备设置了圆形开口的支承部65的构成。支承部65为设置了圆形开口的矩形框体。支承部65构成为开口的内周沿着第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B。在该构成中，通过缩窄第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B与支承部65之间的间隔，从而能够增大支承部65占整体质量的比例，以将向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分所附加的质量设为更大的质量。由此，能够增大成为振动的节点的区域的面积，并且能够将振动自支承部件、布线部件的泄漏设为小的值。
[0103]《第7实施方式》
[0104]其次，对本发明的第7实施方式所涉及的振动陀螺仪71进行说明。图10是以面外振动模式进行振动的状态下的振动陀螺仪71的立体图。
[0105]该振动陀螺仪71是具备将第6实施方式所示的设置了圆形开口的支承部65中的Z轴方向的尺寸增大后的支承部75的构成。具体而言，支承部75较之第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B，Z轴方向的尺寸大。在该构成中，通过增大支承部75的Z轴方向的尺寸，从而能够进一步增大支承部75占整体质量的质量，将向第I圆弧状梁部2A和第2圆弧状梁部2B的连结部分所附加的质量设为更大的质量。由此，能够增大成为振动的节点的区域的面积，并且能够将振动自支承部件、布线部件的泄漏设为小的值。
[0106]《第8实施方式》
[0107]其次，对本发明的第8实施方式所涉及的振动陀螺仪81进行说明。图11是振动陀螺仪81的俯视图(X-Y面俯视图)。
[0108]振动陀螺仪81是取代第6实施方式的振动陀螺仪61中的第I前端侧锤部以及第2前端侧锤部4A、4B而具备设置了缝隙89的第I前端侧锤部以及第2前端侧锤部84A、84B的构成。缝隙89设置成增长连结部6B、6C。在该构成中，通过设置缝隙89，从而能够增长第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的实质性长度，能够进一步降低第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部2A、2B的振动的谐振频率。
[0109]虽然如以上的各实施方式所示那样能实施本发明，但是本发明的范围并不限于实施方式，意图还包含权利要求的范围以及等同范围内的任何变更。
[0110]例如，驱动部、检测部并不限于利用了压电体膜的机电变换元件，也能构成为静电电容等的利用了其他原理的元件。此外，虽然在此将振动器和机电变换元件设为分别独立的构成，但是也能将两者构成为一体。各部的材料、制造方法、形状均不限于上述的内容，可以将驱动部和检测部配置在振动器的不同主面上。
[0111]符号说明
[0112]1、31A…振动器
[0113]2A、2B…圆弧状梁部
[0114]3…基端侧锤部
[0115]4A、4B、84A、84B …前端侧锤部
[0116]5、45、55、65、75 …支承部
[0117]6A~6D…连结部
[0118]11、21、31、41、51、61、71、81…振动陀螺仪
[0119]12...浮动电极
[0120]13、23…压电体膜
[0121]14、24A、24B、34 …驱动电极
[0122]15A、15B、35A、35B …检测电极
[0123]16、22、36…接地电极
[0124]56…前端侧连结部
[0125]89…缝隙
【权利要求】
1.一种振动器,具备: 第I圆弧状梁部以及第2圆弧状梁部，各自的第I轴方向的一侧的端部在相对于第I轴方向正交的第2轴方向上相互隔开间隔地对置，且各自的第I轴方向的另一侧的端部相互连结； 基端侧锤部，其配置在所述第I圆弧状梁部与所述第2圆弧状梁部之间；和基端侧锤部用连结部，其设置成从所述第I圆弧状梁部与所述第2圆弧状梁部的连结部分起在第I轴方向上延伸，且与所述基端侧锤部连结。
2.根据权利要求1所述的振动器，其中， 所述振动器具备: 第I前端侧锤部，其与所述第I圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部连结；和 第2前端侧锤部，其与所述第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部连结。
3.根据权利要求1或2所述的振动器，其中， 所述振动器具备: 支承部用连结部，其设置成从所述第I圆弧状梁部和所述第2圆弧状梁部的连结部分起在与所述基端侧锤部用连结部相反的相反方向上延伸；和支承部，其与所述支承部用连结部连结。
4.根据权利要求3所述的振动器，其中， 所述支承部配置成包围所述第I圆弧状梁部以及所述第2圆弧状梁部。
5.根据权利要求4所述的振动器，其中， 所述振动器具备:前端侧支承部，其设置成从所述基端侧锤部的第I轴方向的端部起在第I轴方向上延伸，且与所述支承部连结。
6.根据权利要求4或5所述的振动器，其中， 所述支承部构成为内周沿着所述第I圆弧状梁部以及所述第2圆弧状梁部。
7.根据权利要求3~6中任一项所述的振动器，其中， 所述支承部较之所述第I圆弧状梁部以及所述第2圆弧状梁部，与第I轴以及第2轴正交的第3轴方向的尺寸大。
8.—种振动陀螺仪，具备: 权利要求1~7中任一项所述的振动器； 驱动部，其驱动所述振动器，以使所述振动器以所述第I圆弧状梁部和所述第2圆弧状梁部的第I轴方向的一侧的端部的间隔发生变化的面内振动模式进行振动；和 检测部，其针对以所述面内振动模式进行振动的所述振动器来检测因通过绕着第I轴的角速度施加给所述振动器的科里奥利力所引起的、所述第I圆弧状梁部和所述第2圆弧状梁部在第3轴方向上交替弯曲的面外振动模式的振动。
9.根据权利要求8所述的振动陀螺仪，其中， 所述振动器由硅基板构成， 所述驱动部具备压电体膜、接地电极、和驱动电极， 所述检测部具备压电体膜、接地电极、和检测电极。
10.根据权利要求9所述的振动陀螺仪，其中， 所述压电体膜、所述接地电极、所述驱动电极、和所述检测电极仅设置在所述振动器的一个面。
11.根据权利要求10所述的振动陀螺仪，其中， 所述驱动部以及所述检测部具备浮动电极， 所述驱动电极或所述检测电极设置成隔着所述压电体膜而与所述浮动电极对置。
12.根据权利要求10所述的振动陀螺仪，其中， 所述驱动电极具有: 第I驱动电极，其设置成隔着所述压电体膜而与所述接地电极对置；和第2驱动电极，其设置成隔着所述压电体膜而与所述接地电极对置、且与所述第I驱动电极相邻。`
【文档编号】G01C19/5621GK103688136SQ201280035321
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月31日 优先权日:2011年8月1日
【发明者】藤本克己, 米田年麿, 羽田拓生, 堀内秀哉 申请人:株式会社村田制作所