JP4848873B2 - Gyro vibrating piece - Google Patents
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Description
本発明は、回転角速度を検出するジャイロセンサなどに用いられるジャイロ振動片に関する。 The present invention relates to a gyro vibrating piece used in a gyro sensor or the like that detects a rotational angular velocity.
近年、例えば、ダブルT型ジャイロ振動片などのジャイロ振動片を用いたジャイロセンサは、携帯機器、或いは車載機器など、その用途が拡大している。これにより、使用される温度環境も多岐に渡り、例えば、−40℃〜+85℃の広い温度範囲において安定に動作することも要求されるようになっている。また、併せて小型化も要求されるようになっている。
このようなジャイロ振動片は、室温において、駆動部としての屈曲振動片の共振周波数fd(Hz)(以下、「駆動振動周波数fd」という。)を一定値に調節しても、周囲温度が高温や低温に変化したとき、共振周波数の変動や特性の変動などの所謂温度ドリフトが発生する。この温度ドリフトの発生には、面外屈曲振動モードの振動が影響することが知られている。この温度ドリフトの抑制のため、例えば、特許文献1には、屈曲振動片の駆動振動周波数fd(Hz)と面外屈曲振動モードの共振周波数fs(Hz)(以下、「面外屈曲モード振動周波数fs」という。)との関係を、fs+4500≧fd≧fs+1500とすることが提案されている。
In recent years, for example, a gyro sensor using a gyro vibrating piece such as a double T-type gyro vibrating piece has been expanded in use such as a portable device or an in-vehicle device. As a result, the temperature environment to be used varies widely, and for example, it is required to operate stably in a wide temperature range of −40 ° C. to + 85 ° C. In addition, downsizing is also required.
Such a gyro vibrating piece has a high ambient temperature even when the resonance frequency fd (Hz) (hereinafter referred to as “driving vibration frequency fd”) of the bending vibrating piece as the driving unit is adjusted to a constant value at room temperature. When the temperature changes to a low temperature, a so-called temperature drift such as a change in resonance frequency or a change in characteristics occurs. It is known that the occurrence of this temperature drift is influenced by the vibration in the out-of-plane bending vibration mode. In order to suppress this temperature drift, for example, Patent Document 1 discloses a driving vibration frequency fd (Hz) of a bending vibration piece and a resonance frequency fs (Hz) of an out-of-plane bending vibration mode (hereinafter referred to as “out-of-plane bending mode vibration frequency”. It is proposed that fs + 4500 ≧ fd ≧ fs + 1500 be related to fs ”.
しかしながら、前述の従来技術のジャイロ振動片における屈曲振動片の駆動振動周波数fdと面外屈曲モード振動周波数fsとの関係は、大型のジャイロ振動片の温度ドリフトには有効であったが、小型のジャイロ振動片には十分な効果を見出せなかった。例えば、概4mm四方程度のジャイロ振動片には十分な効果を有しているが、概2mm四方程度のジャイロ振動片では、温度ドリフトの改善効果を有していなかった。このように、従来技術に示されている関係(fs+4500≧fd≧fs+1500)を概2mm四方程度の小型のジャイロ振動片に適用しても、面外屈曲モードの振動が駆動振動に影響を与え、温度ドリフトが発生するという問題があった。 However, the relationship between the driving vibration frequency fd of the bending vibration piece and the out-of-plane bending mode vibration frequency fs in the above-described conventional gyro vibrating piece is effective for the temperature drift of the large gyro vibrating piece. A sufficient effect was not found in the gyro vibrating piece. For example, a gyro vibrating piece of about 4 mm square has a sufficient effect, but a gyro vibrating piece of about 2 mm square has no effect of improving temperature drift. Thus, even if the relationship (fs + 4500 ≧ fd ≧ fs + 1500) shown in the prior art is applied to a small gyro vibrating piece of about 2 mm square, the vibration in the out-of-plane bending mode affects the driving vibration, There was a problem that temperature drift occurred.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、面外屈曲モードの振動の駆動振動への影響を防止して、温度ドリフトの発生を抑制することが可能な小型のジャイロ振動片を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the influence of the vibration in the out-of-plane bending mode on the driving vibration and suppress the occurrence of temperature drift. The object is to provide a small gyro vibrating piece.
かかる問題を解決するために、本発明者らは、ジャイロ振動片10の小型化に伴って、駆動振動周波数fdの3倍程度の周波数領域に存在する高調波成分(以下、「高調波成分」という。)の振動と面外屈曲モード振動周波数fsとが近づき易くなることに着目し、本発明を完成させた。
本発明のジャイロ振動片は、基部と、前記基部から延出された支持梁を介して設けられ、所定の駆動振動周波数fdを有する駆動部と、前記基部から前記駆動部と同一平面内に延出され、前記駆動部の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出する検出部とを有するジャイロ振動片であって、前記ジャイロ振動片は、面外屈曲一次モード振動及び面外屈曲二次モード振動を有し、前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、またはfd×3.2≦fs1≦fd×3.8のいずれかとなるように形成されていることを特徴とする。
In order to solve such a problem, the present inventors have developed a harmonic component (hereinafter referred to as “harmonic component”) present in a frequency region about three times the drive vibration frequency fd as the
The gyro vibrating piece according to the present invention is provided through a base and a support beam extending from the base, and has a driving unit having a predetermined driving vibration frequency fd, and extends from the base in the same plane as the driving unit. A gyro vibrating piece having a detection unit that detects detection vibration caused by Coriolis force accompanying rotation of the driving unit, wherein the gyro vibrating piece includes out-of-plane bending primary mode vibration and out-of-plane bending secondary It has mode vibration, and the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is either fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8 or fd × 3.2 ≦ fs1 ≦ fd × 3.8. It is characterized by being formed.
本発明のジャイロ振動片によれば、面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、この周波数領域内とすることにより、干渉が生じ易い駆動振動周波数fdの3倍付近の高調波成分の振動周波数と面外屈曲1次モード振動周波数fsとを引き離したジャイロ振動片を形成することができる。これにより、駆動振動周波数fdの高調波成分の振動と面外屈曲1次モード振動周波数fs1の振動との干渉を防止することが可能となる。従って、面外屈曲1次モード振動を含む面外屈曲振動モード振動の駆動振動に対する影響を防止して、温度ドリフトの発生を抑制することが可能なジャイロ振動片を提供することが可能となる。 According to the gyro vibrating piece of the present invention, by setting the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 within this frequency region, the vibration frequency of the harmonic component in the vicinity of three times the drive vibration frequency fd where interference easily occurs can be obtained. A gyro vibrating piece that is separated from the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs can be formed. Thereby, it is possible to prevent interference between the vibration of the harmonic component of the drive vibration frequency fd and the vibration of the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1. Accordingly, it is possible to provide a gyro vibrating piece capable of preventing the influence of the out-of-plane bending vibration mode vibration including the out-of-plane bending primary mode vibration on the driving vibration and suppressing the occurrence of temperature drift.
また、前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×2.2<fs2≦fd×2.8、またはfd×3.2≦fs2≦fd×3.8のいずれかとなるように形成されていることが望ましい。 Further, the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is formed such that either fd × 2.2 <fs2 ≦ fd × 2.8 or fd × 3.2 ≦ fs2 ≦ fd × 3.8. It is desirable that
また、前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×3.2≦fs2≦fd×3.8であることとしてもよい。 The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 3.2 ≦ fs2 ≦ fd ×. It may be 3.8.
また、前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×2.2<fs2≦fd×2.8であることとしてもよい。 The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 2.2 <fs2 ≦ fd ×. It may be 2.8.
また、前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×3.2≦fs1≦fd×3.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×3.2≦fs2≦fd×3.8であることとしてもよい。 The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 3.2 ≦ fs1 ≦ fd × 3.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 3.2 ≦ fs2 ≦ fd ×. It may be 3.8.
これらのようにすれば、面外屈曲一次モード振動周波数fs1に加えて、前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2の振動周波数も駆動振動周波数fdの高調波成分の振動周波数と引き離すため、より確実にそれぞれの振動の干渉を防止することが可能となり、温度ドリフトをさらに抑制することが可能となる。 In this way, in addition to the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1, the vibration frequency of the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is also separated from the vibration frequency of the harmonic component of the driving vibration frequency fd. In addition, it is possible to prevent interference between the vibrations and further suppress the temperature drift.
本発明に係るジャイロ振動片の最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。 The best mode of the gyro vibrating piece according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず、本発明に係るジャイロ振動片の構成を、図1に沿って説明する。図1は、ジャイロ振動片の概略構造を模式的に示す平面図である。 First, the configuration of the gyro vibrating piece according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view schematically showing a schematic structure of the gyro vibrating piece.
本説明では、ジャイロ振動片の一例として、いわゆるダブルT(ティー)型ジャイロ振動片を用いて説明する。図1に示すジャイロ振動片10は、圧電基板の一例としての水晶基板から形成されている。この水晶基板を形成する水晶は、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軸を有している。ジャイロ振動片10は、この水晶のX軸とY軸の平面方向に切り出されたZカットの水晶基板のXY平面内に形成されている。ジャイロ振動片10は、所定の厚みの水晶基板で形成されている。ジャイロ振動片10の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてXY平面に展開され、中心点Gに対して180°点対称の形状をしている。中心点Gはジャイロ振動片10の重心位置である。ここで、前述の「点対称」、および「重心」とは、幾何学的に厳密な意味ではなく、製造上の誤差などは許容される。
In this description, a so-called double T (tee) type gyro vibrating piece will be described as an example of the gyro vibrating piece. A
ジャイロ振動片10は、その略中央部に基部12が形成されている。基部12は、X軸方向とY軸方向にそれぞれ平行な端面を持つ略矩形状で形成されている。基部12には、基部12のY軸に平行な2端面の中央からX軸に平行な方向に延出される連結アーム13,14が接続されている。
The
連結アーム13,14のそれぞれの先端には、駆動部として、連結アーム13,14に直交する方向に延出する1対の駆動アーム15A,15B,15C,15Dが接続されている。詳述すれば、連結アーム13の先端には、Y軸プラス方向に駆動アーム15AとY軸マイナス方向に駆動アーム15Bが接続されている。さらに、連結アーム14の先端には、Y軸プラス方向に駆動アーム15CとY軸マイナス方向に駆動アーム15Dが接続されている。駆動アーム15A,15B,15C,15Dのそれぞれの先端部分には、駆動調整部17A,17Bが形成されている。即ち、駆動アーム15Aの先端部分には、駆動アーム15Aより幅寸法の広い駆動調整部17Aが設けられ、駆動アーム15Bの先端部分には、駆動アーム15Bより幅寸法の広い駆動調整部17Bが設けられている。同様に、駆動アーム15C、及び駆動アーム15Dのそれぞれの先端部分にも駆動調整部17A,17Bが設けられている。駆動部は、所定の共振周波数の駆動振動となるように、駆動アーム15A,15B,15C,15D、或いは駆動調整部17A,17Bの幅や長さなどの寸法、形状が設定される。
A pair of
さらに、基部12には、基部12のX軸に平行な2端面の中央からY軸に平行な方向に延出される検出部として、Y軸プラス方向に検出アーム16AとY軸マイナス方向に検出アーム16Bとが接続されている。検出アーム16A,16Bの先端部分には、それぞれ検出調整部18A.18Bが形成されている。即ち、検出アーム16Aの先端部分には、検出アーム16Aより幅寸法の広い検出調整部18Aが設けられ、検出アーム16Bの先端部分には、検出アーム16Bより幅寸法の広い検出調整部18Bが設けられている。検出部は、所定の共振周波数の検出振動となるように、検出アーム16A,16B、或いは検出調整部18A,18Bの幅や長さなどの寸法、形状が設定される。
Further, the
続いて、ジャイロ振動片10の振動動作について説明する。図2、及び図3は、本実施形態のジャイロ振動片10の動作を模式的に説明するための平面図である。図2、及び図3においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表し、検出調整部及び駆動調整部は省略している。図1と同じ構成部分は、同じ符号で示し説明を省略する。なお、ここで説明するジャイロ振動片10の振動動作を、面内屈曲振動モード振動ともいう。
Next, the vibration operation of the
図2は、駆動振動を説明する図である。図2において、駆動振動は、駆動アーム15A,15B,15C,15Dが矢印A方向に振動する屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。この周波数を駆動振動周波数(fd)という。このとき、駆動アーム15A,15Bと駆動アーム15C,15Dとが、重心位置Gを通るY軸で線対称の振動を行っているので、基部12、連結アーム13,14及び検出アーム16A,16Bは、殆んど振動しない。
FIG. 2 is a diagram for explaining drive vibration. In FIG. 2, the drive vibration is a flexural vibration in which the
図3は、検出振動を説明する図である。図3において、検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を、前述の駆動振動周波数fdとほぼ等しい周波数で繰り返している。検出振動は、ジャイロ振動片10が図2に示した駆動振動を行っている状態で、ジャイロ振動片10にZ軸周りの回転角速度ωが加わった時、駆動アーム15A,15B及び15C,15Dに矢印Bで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the detected vibration. In FIG. 3, the detected vibration repeats a vibration state indicated by a solid line and a vibration state indicated by a two-dot chain line at a frequency substantially equal to the drive vibration frequency fd described above. The detected vibration is applied to the
このことより、駆動アーム15A,15B,15C,15Dが、矢印Bで示す振動を行う。矢印Bで示した振動は、重心位置Gに対して周方向の振動である。また同時に、検出アーム16A,16Bは、矢印Cに示すように、矢印Bの振動に呼応して矢印Bとは周方向反対向きの振動を行う。
As a result, the
このとき、基部12の周縁部は、駆動アーム15A,15B,15C,15Dと検出アーム16A,16Bとが図2で示したような振動をしたとき振動系としては釣り合いが取れた状態であるため振動しない。従って、この基部12にジャイロ振動片10を支持する支持部材を接続してもジャイロ振動片10の振動に影響を与えることはない。
At this time, the peripheral portion of the
次に、本形態のジャイロ振動片10の面外屈曲振動モード(以下、「面外屈曲モード」という。)の振動動作について説明する。この面外屈曲モードは、所定の振動周波数で振動する。面外屈曲モードの振動には、面外屈曲1次モード振動周波数fs1で振動する面外屈曲1次モードと面外屈曲2次モード振動周波数fs2で振動する面外屈曲2次モードとが含まれる。
Next, the vibration operation in the out-of-plane bending vibration mode (hereinafter referred to as “out-of-plane bending mode”) of the
図4は、面外屈曲1次モードの振動動作を模式的に説明するための概略図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)はY軸方向から見た正面図である。図5は、面外屈曲2次モードの振動動作を模式的に説明するための概略図であり、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)はY軸方向から見た正面図である。なお、図4及び図5は、ジャイロ振動片のある時点における形態を示している。 FIG. 4 is a schematic diagram for schematically explaining the vibration operation in the out-of-plane bending primary mode, where (a) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is viewed from the Y-axis direction. It is a front view. FIG. 5 is a schematic diagram for schematically explaining the vibration operation in the out-of-plane bending secondary mode, where (a) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is viewed from the Y-axis direction. It is a front view. 4 and 5 show the form of the gyro vibrating piece at a certain point in time.
先ず、図4に沿って面外屈曲1次モードの振動動作について説明する。図4に示すように、面外屈曲1次モードは、一方の連結アーム13と他方の連結アーム14とがX−Y平面に対して略垂直方向(Z軸方向)に向かって屈曲振動する(A7,A6,B7,B6の矢印で示す)。図4では、連結アーム13が、X−Y平面に対し矢印A7で示す方向に変位し、連結アーム14が、X−Y平面に対し矢印A6で示す方向に変位している瞬間を一例として示している。
First, the vibration operation in the out-of-plane bending primary mode will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, in the out-of-plane bending primary mode, one connecting
この面外屈曲1次モードの振動は、いずれの瞬間においてもX−Y平面に対する連結アーム13の変位(矢印A7,B7)と連結アーム14の変位(矢印A6,B6)とが逆方向、即ち逆相になる振動である。図4に示す連結アーム13と連結アーム14との変位が矢印A7,A6で示される場合、駆動アーム15A,15B,15C,15Dは、Y軸を中心として回転するような矢印A9,A10の方向に変位する。この駆動アーム15A,15B,15C,15Dの変位方向は、連結アーム13,14の変位方向に沿った方向となっている。
なお、駆動アーム15A,15B,15C,15Dの変位方向は、連結アーム13,14の変位が逆方向(矢印B7,B6)になるにつれて逆転し、矢印B9,B10の方向に変位することになる。
The vibration in the out-of-plane bending primary mode is such that the displacement of the connecting arm 13 (arrows A7 and B7) and the displacement of the connecting arm 14 (arrows A6 and B6) with respect to the XY plane are opposite in any instant. It is a vibration that goes out of phase. When the displacement between the connecting
The displacement directions of the
同様に、連結アーム13と連結アーム14との変位が矢印A7,A6で示される場合、検出アーム16A,16Bは、Y軸を中心として回転するような矢印A8の方向に変位する。この検出アーム16A,16Bの変位方向は、連結アーム13,14の変位が逆方向(矢印B7,B6)になるにつれて逆転し、矢印B8の方向に変位することになる。面外屈曲1次モードの振動動作は、上述した変位が繰り返され、面外屈曲1次モード振動周波数fs1で行なわれる。
Similarly, when the displacement between the
次に、図5に沿って面外屈曲2次モードについて説明する。図5に示すように、面外屈曲2次モードは、1次の面外屈曲振動モードと同様に、一方の連結アーム13と他方の連結アーム14とがX−Y平面に対して略垂直方向(Z軸方向)に向かって屈曲振動する(A1,A2,B1,B2の矢印で示す)。図5では、連結アーム13が、X−Y平面に対し矢印A2で示す方向に変位し、連結アーム14が、X−Y平面に対し矢印A1で示す方向に変位している瞬間を一例として示している。
Next, the out-of-plane bending secondary mode will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, in the out-of-plane bending secondary mode, as in the first out-of-plane bending vibration mode, one connecting
この面外屈曲2次モードの振動は、いずれの瞬間においてもX−Y平面に対する連結アーム13の変位(矢印A2,B2)と連結アーム14の変位(矢印A1,B1)とが逆方向、即ち逆相になる振動である。図5に示す連結アーム13と連結アーム14との変位が矢印A2,A1で示される場合、駆動アーム15A,15B,15C,15Dは、Y軸を中心として回転するような矢印A4,A5の方向に変位する。
この駆動アーム15A,15B,15C,15Dの変位方向は、連結アーム13,14の変位方向と逆の変位方向となっている。
なお、駆動アーム15A,15B,15C,15Dの変位方向は、連結アーム13,14の変位が逆方向(矢印B2,B1)になるにつれて逆転し、矢印B4,B5の方向に変位することになる。
In this out-of-plane bending mode vibration, the displacement of the connecting
The displacement directions of the
The displacement directions of the
同様に、連結アーム13と連結アーム14との変位が矢印A2,A1で示される場合、検出アーム16A,16Bは、Y軸を中心として回転するような矢印A3の方向に変位する。この検出アーム16A,16Bの変位方向は、連結アーム13,14の変位が逆方向(矢印B2,B1)になるにつれて逆転し、矢印B3の方向に変位することになる。面外屈曲2次モードの振動動作は、上述した変位が繰り返され、面外屈曲2次モード振動周波数fs2で行なわれる。
Similarly, when the displacement between the connecting
発明者は、前述したジャイロ振動片10の小型化に伴って、駆動振動周波数fd(以下、駆動振動周波数を省略し「fd」ということがある。)の3倍の高調波成分と面外屈曲1次モード振動周波数fs1(以下、面外屈曲1次モード振動周波数を省略し「fs1」ということがある。)、或いは面外屈曲2次モード振動周波数fs2(以下、面外屈曲2次モード振動周波数を省略し「fs2」ということがある。)とが近づき易くなることに着目した。そして、駆動振動周波数fdの振動と面外屈曲1次モード振動周波数fs1或いは面外屈曲2次モード振動周波数fs2の振動とが互いに干渉、或いは結合することによって温度ドリフトをもたらしていることを見出した。この温度ドリフトは、駆動振動周波数fdと面外屈曲1次モード振動周波数fs1或いは面外屈曲2次モード振動周波数fs2を引き離すことで温度ドリフトが抑制できることを確認した。
As the
なお、面外屈曲1次モード振動周波数fs1、面外屈曲2次モード振動周波数fs2の振動周波数は、図1に示すように、駆動調整部17A,17B、検出調整部18A,18Bの質量、形状などを変化させることよって調整することができる。この周波数の調整は、例えば、駆動調整部17A,17Bの幅寸法Wd、および検出調整部18A,18Bの幅寸法Wdeとジャイロ振動片10の幅寸法Waの寸法比を変えることによって行うことができる。また、長さ、或いはその表面に形成された錘層(図示せず)を除去するなどによって行うことも可能である。
The vibration frequencies of the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 are the masses and shapes of the
以下、温度ドリフトを抑制するために用いたジャイロ振動片10の好適な実施例を示し説明する。
ここで示す実施例では、ジャイロ振動片10の一例として外形寸法を概ね2mm四方内に納めた駆動振動周波数fdが80.6KHzのダブルT型ジャイロ振動片(以下、「振動片」という。)を用いた。
(実施例1)
Hereinafter, a preferred embodiment of the
In the embodiment shown here, as an example of the
Example 1
面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、fs1/fdが1.8から4.2までの間となるように変化させた振動片を種々作成し、それぞれの振動片の温度変化による周波数の温度ドリフトの量(以下、「ドリフト量」という。)を確認した。
ここでfs1/fdは、面外屈曲1次モード振動周波数fs1を駆動振動周波数fdで除したものであり、面外屈曲1次モード振動周波数fs1が駆動振動周波数fdの何倍の周波数となっているかを示している。その結果を図6のグラフに示す。
Various vibration pieces were produced by changing the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 so that fs1 / fd was between 1.8 and 4.2, and the temperature of the frequency due to the temperature change of each vibration piece. The amount of drift (hereinafter referred to as “drift amount”) was confirmed.
Here, fs1 / fd is obtained by dividing the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 by the driving vibration frequency fd, and the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is a multiple of the driving vibration frequency fd. It shows that. The result is shown in the graph of FIG.
図6は、振動片のfs1とドリフト量との相関を表したグラフであり、横軸は、fs1/fdの値を表し、縦軸は、ドリフト量を指数的に表したものである。図6に示すように、fs1/fdが2.2以上2.8以下のとき、または3.2以上3.8以下の範囲にあるときは、図中破線で示す規格線Lよりドリフト量が小さくなっていることが判る。換言すれば、面外屈曲1次モード振動周波数fs1を駆動振動周波数fdの2.2倍以上2.8倍以下、または3.2倍以上3.8倍以下とすることによりドリフト量を規格より小さく抑えることが可能である。このドリフト量を規格より小さく抑えることが可能な範囲は、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、またはfd×3.2≦fs1≦fd×3.8となる。なお、規格線Lは、ドリフトが実用上問題とならない値を指数に置き換えたものである。
(実施例2)
FIG. 6 is a graph showing the correlation between fs1 and the drift amount of the resonator element. The horizontal axis represents the value of fs1 / fd, and the vertical axis represents the drift amount exponentially. As shown in FIG. 6, when fs1 / fd is not less than 2.2 and not more than 2.8, or is in the range not less than 3.2 and not more than 3.8, the drift amount is larger than the standard line L indicated by the broken line in the figure. You can see that it is getting smaller. In other words, by setting the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 to 2.2 times or more and 2.8 times or less, or 3.2 times or more and 3.8 times or less of the driving vibration frequency fd, the drift amount is more than the standard. It can be kept small. The range in which this drift amount can be kept smaller than the standard is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, or fd × 3.2 ≦ fs1 ≦ fd × 3.8. The standard line L is obtained by replacing a value for which drift does not cause a practical problem with an index.
(Example 2)
さらに、面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、2.2≦fs1/fd≦2.8に設定し、面外屈曲2次モード振動周波数fs2のfs2/fdを2.2から4までの間となるように変化させた振動片を種々作成し、それぞれの振動片の温度変化による周波数のドリフト量を確認した。ここでfs2/fdは、面外屈曲2次モード振動周波数fs2を駆動振動周波数fdで除したものであり、面外屈曲2次モード振動周波数fs2が駆動振動周波数fdの何倍の周波数となっているかを示している。その結果を図7のグラフに示す。 Furthermore, the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is set to 2.2 ≦ fs1 / fd ≦ 2.8, and the fs2 / fd of the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is between 2.2 and 4. Various types of vibrating bars were prepared so that the frequency drift was changed, and the amount of frequency drift due to the temperature change of each vibrating bar was confirmed. Here, fs2 / fd is obtained by dividing the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 by the driving vibration frequency fd, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is a multiple of the driving vibration frequency fd. It shows that. The result is shown in the graph of FIG.
図7は、振動片の面外屈曲1次モード振動周波数fs1を2.2≦fs1/fd≦2.8としたときの、fs2とドリフト量との相関を表したグラフであり、横軸は、fs2/fdの値を表し、縦軸は、ドリフト量を指数的に表したものである。図7に示すように、振動片の面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、2.2≦fs1/fd≦2.8に設定した上で、面外屈曲2次モード振動周波数fs2のfs2/fdを2.2から4までの間とすることにより、振動片のドリフト量は、規格線Lを大きく下回る値となる(この規格線Lは、図6、図8に示す規格線Lと同じ値を示している。)。つまり、振動片のドリフト量を実施例1より、さらに小さく抑えることが可能である。 FIG. 7 is a graph showing the correlation between fs2 and the drift amount when the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 of the resonator element is 2.2 ≦ fs1 / fd ≦ 2.8. , Fs2 / fd, and the vertical axis represents the drift amount exponentially. As shown in FIG. 7, after setting the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 of the resonator element to 2.2 ≦ fs1 / fd ≦ 2.8, fs2 / By setting fd to a value between 2.2 and 4, the drift amount of the resonator element becomes a value significantly lower than the standard line L (this standard line L is the same as the standard line L shown in FIGS. 6 and 8). Values are shown.) That is, the drift amount of the resonator element can be further reduced as compared with the first embodiment.
本実施例2によれば、面外屈曲2次モード振動周波数fs2の内の特に好適な設定範囲は、fs2/fdが2.2を超え2.8以下のとき、即ち振動片の面外屈曲2次モード振動周波数fs2をfs2×2.2<fd≦fs2×2.8としたとき、またはfs2/fdが3.2以上3.8以下のとき、即ちfs2×3.2≦fd≦fs2×3.8としたときの範囲にあるときである。 According to the second embodiment, a particularly preferable setting range of the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is when fs2 / fd is more than 2.2 and not more than 2.8, that is, the out-of-plane bending of the resonator element. When the secondary mode vibration frequency fs2 is set to fs2 × 2.2 <fd ≦ fs2 × 2.8, or when fs2 / fd is 3.2 or more and 3.8 or less, that is, fs2 × 3.2 ≦ fd ≦ fs2. It is when it exists in the range when it is set as * 3.8.
なお、面外屈曲2次モード振動周波数fs2は、面外屈曲1次モード振動周波数fs1より高周波数側に存在するものである。従って、図7では、fs2/fdが2.4からのプロットとなっているが理論上はfs2がfs1×2.2を超えていればよく、fs2/fdは、2.2を超え2.8以下の範囲が好適と考えられる。
(実施例3)
The out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 exists on the higher frequency side than the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1. Therefore, in FIG. 7, fs2 / fd is plotted from 2.4, but theoretically, fs2 only needs to exceed fs1 × 2.2, and fs2 / fd exceeds 2.2. A range of 8 or less is considered suitable.
(Example 3)
面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、3.2≦fs1/fd≦3.8に設定し、面外屈曲2次モード振動周波数fs2のfs2/fdを3.2から3.8までの間となるように変化させた振動片を種々作成し、それぞれの振動片の温度変化による周波数のドリフト量を確認した。fs2/fdの説明は、実施例2と同じであるので省略する。その結果を図8のグラフに示す。 The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is set to 3.2 ≦ fs1 / fd ≦ 3.8, and the fs2 / fd of the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is between 3.2 and 3.8. Various types of vibrating bars were prepared so that the frequency drift was changed, and the amount of frequency drift due to the temperature change of each vibrating bar was confirmed. Since the description of fs2 / fd is the same as that of the second embodiment, a description thereof will be omitted. The result is shown in the graph of FIG.
図8は、振動片のfs1を3.2≦fs1/fd≦3.8としたときの、fs2とドリフト量との相関を表したグラフであり、横軸は、fs2/fdの値を表し、縦軸は、ドリフト量を指数的に表したものである。図8に示すように、振動片の面外屈曲1次モード振動周波数fs1を、3.2≦fs1/fd≦3.8に設定した上で、面外屈曲2次モード振動周波数fs2のfs2/fdを3.2から4までの間とすることにより、振動片のドリフト量は、実施例2と同様に規格線Lを大きく下回る値となる(この規格線Lは、図6、図7に示す規格線Lと同じ値を示している。)。つまり、振動片のドリフト量を実施例1より、さらに小さく抑えることが可能である。 FIG. 8 is a graph showing the correlation between fs2 and the drift amount when fs1 of the resonator element is 3.2 ≦ fs1 / fd ≦ 3.8, and the horizontal axis represents the value of fs2 / fd. The vertical axis represents the amount of drift exponentially. As shown in FIG. 8, after setting the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 of the resonator element to 3.2 ≦ fs1 / fd ≦ 3.8, fs2 / By setting fd between 3.2 and 4, the drift amount of the resonator element becomes a value significantly lower than the standard line L as in Example 2 (this standard line L is shown in FIGS. 6 and 7). It shows the same value as the standard line L shown). That is, the drift amount of the resonator element can be further reduced as compared with the first embodiment.
本実施例3によれば、前述した面外屈曲2次モード振動周波数fs2の内の特に好適な設定範囲は、fs2/fdが3.2を超え3.8以下のとき、即ち振動片の面外屈曲2次モード振動周波数fs2をfs2×3.2<fd≦fs2×3.8としたときの範囲にあるときである。
なお、面外屈曲2次モード振動周波数fs2は、面外屈曲1次モード振動周波数fs1より高周波数側に存在するものである。従って、図7では、fs2/fdが3.4からのプロットとなっているが理論上はfs2がfs1×3.2を超えていればよく、fs2/fdは、3.2を超え3.8以下の範囲が好適と考えられる。
According to the third embodiment, a particularly preferable setting range of the above-described out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is when fs2 / fd is more than 3.2 and less than 3.8, that is, the surface of the vibration piece. This is when the outer bending secondary mode vibration frequency fs2 is in a range where fs2 × 3.2 <fd ≦ fs2 × 3.8.
The out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 exists on the higher frequency side than the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1. Therefore, in FIG. 7, fs2 / fd is a plot from 3.4, but fs2 should theoretically exceed fs1 × 3.2, and fs2 / fd exceeds 3.2. A range of 8 or less is considered suitable.
前述のようにジャイロ振動片10は、振動片の面外屈曲1次モード振動周波数fs1及び面外屈曲2次モード振動周波数fs2と、駆動振動周波数fdとを前述の実施例1から実施例3で説明したような関係とすることにより、温度変化によるドリフト量(温度ドリフトの量)を実用上問題とならない程度まで抑制することが可能となる。
As described above, the
この振動片の面外屈曲1次モード振動周波数fs1及び面外屈曲2次モード振動周波数fs2と、駆動振動周波数fdとの相関を図9のグラフに示す。図9に示すクロスハッチングの部分50,51,52の範囲が温度ドリフトの少ない特に好適な範囲を示し、斜めハッチングの部分53a,53b,53cが温度ドリフトの少ない好適な範囲を示している。なお、図9の分割線Dの左上方側は、fs2>fs1の関係から存在しない範囲である。
The correlation between the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 and the driving vibration frequency fd of the resonator element is shown in the graph of FIG. The range of the
なお、前述したジャイロ振動片10は、例えばセラミックなどで形成された収納パッケージにセンサ駆動回路等を有する回路素子とともに収納されたジャイロセンサとして用いることが可能である。このジャイロセンサは、収納パッケージに形成された凹部の底部に支持基板が接続され、その支持基板上にジャイロ振動片10を支持するための支持アームとジャイロ振動片10を少なくとも駆動する機能を有した回路素子が接続されている。さらに、支持アームの一端にジャイロ振動片の基部が接続されてジャイロ振動片10が保持されている。これらの部材は、収納パッケージの開口部が蓋体によって接合されることにより、収納パッケージに収納され気密に封止される。このとき収納容器内は減圧されることが多い。
The
また、前述の実施形態では、ジャイロ振動片を、いわゆるダブルT(ダブル・ティー)型ジャイロ振動片を例示して説明したが、これに限らない。例えば、音叉型ジャイロ振動片、H(エッチ)型ジャイロ振動片などのジャイロ振動片の電極にも適用することが可能であり、同様な効果を有している。 In the above-described embodiment, the gyro vibrating piece has been described by exemplifying a so-called double T (double tee) type gyro vibrating piece, but is not limited thereto. For example, the present invention can be applied to an electrode of a gyro vibrating piece such as a tuning fork type gyro vibrating piece or an H (etch) type gyro vibrating piece, and has similar effects.
10…ジャイロ振動片、12…基部、13,14…支持梁としての連結アーム、15A,15B,15C,15D…駆動部としての駆動アーム、16A,16B…検出部としての検出アーム、17A,17B…駆動調整部、18A,18B…検出調整部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ジャイロ振動片は、面外屈曲一次モード振動及び面外屈曲二次モード振動を有し、前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、またはfd×3.2≦fs1≦fd×3.8のいずれかとなるように形成されていることを特徴とするジャイロ振動片。 A base part, a drive part provided through a support beam extending from the base part, having a predetermined drive vibration frequency fd, and extending from the base part in the same plane as the drive part, and rotating the drive part A gyro vibrating piece having a detection unit for detecting detection vibration caused by Coriolis force accompanying
The gyro vibrating piece has an out-of-plane bending primary mode vibration and an out-of-plane bending secondary mode vibration, and the out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, or A gyro vibrating piece formed so as to satisfy any of fd × 3.2 ≦ fs1 ≦ fd × 3.8.
前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×2.2<fs2≦fd×2.8、またはfd×3.2≦fs2≦fd×3.8のいずれかとなるように形成されていることを特徴とするジャイロ振動片。 The gyro vibrating piece according to claim 1,
The out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is formed so that either fd × 2.2 <fs2 ≦ fd × 2.8 or fd × 3.2 ≦ fs2 ≦ fd × 3.8. A gyro vibrating piece characterized by that.
前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×3.2≦fs2≦fd×3.8であることを特徴とするジャイロ振動片。 The gyro vibrating piece according to claim 1,
The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 3.2 ≦ fs2 ≦ fd × 3. A gyro vibrating piece characterized by being 8.
前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×2.2≦fs1≦fd×2.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×2.2<fs2≦fd×2.8であることを特徴とするジャイロ振動片。 The gyro vibrating piece according to claim 1,
The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 2.2 ≦ fs1 ≦ fd × 2.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 2.2 <fs2 ≦ fd × 2. A gyro vibrating piece characterized by being 8.
前記面外屈曲一次モード振動周波数fs1が、fd×3.2≦fs1≦fd×3.8、且つ前記面外屈曲二次モード振動周波数fs2が、fd×3.2<fs2≦fd×3・8であることを特徴とするジャイロ振動片。
The gyro vibrating piece according to claim 1,
The out-of-plane bending primary mode vibration frequency fs1 is fd × 3.2 ≦ fs1 ≦ fd × 3.8, and the out-of-plane bending secondary mode vibration frequency fs2 is fd × 3.2 <fs2 ≦ fd × 3 · A gyro vibrating piece characterized by being 8.
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