振動片及其製造方法
2024-03-04 12:45:15 1
振動片及其製造方法
【專利摘要】本發明提供一種振動片及其製造方法，所述振動片具有較高的檢測靈敏度。振動片具有第一振動模式和第二振動模式，其中，所述第一振動模式為，使第一檢測部以及第二檢測部以與根據科裡奧利力而彼此向相反的方向進行振動的第一驅動部以及第二驅動部相反的相位、且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動模式，所述第二振動模式為，使第一檢測部以及第二檢測部以與根據科裡奧利力而彼此向相反的方向進行振動的第一驅動部以及第二驅動部相同的相位、且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動模式。第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻R1的比率r＝R2／R1被設定在0.15～6.0之間。
【專利說明】振動片及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種振動片及利用了該振動片的陀螺傳感器、以及組裝有該振動片的電子設備以及移動體等。
【背景技術】
[0002]例如如專利文獻I所述，被用於陀螺傳感器中的振動片被普遍公知。當在驅動用振動臂上施加有角速度運動時，因科裡奧利力的作用而使驅動用振動臂的振動方向發生變化。與科裡奧利力相對應地而在特定的方向上產生有新的分力。該分力將引起檢測用振動臂的運動。如此，從檢測用振動臂輸出與分力相對應的輸出信號。振動片具有第一振動模式以及第二振動模式。在第一振動模式中，驅動用振動臂根據科裡奧利力而在面外方向上以相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動，且檢測用振動臂以與驅動用振動臂相反的相位且相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動。在第二振動模式中，驅動用振動臂根據科裡奧利力而在面外方向上以相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動，且檢測用振動臂以與驅動用振動臂相同的相位且相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動。
[0003]在專利文獻I中，在實現檢測靈敏度的提高時對第一振動模式的共振頻率和第二振動模式的共振頻率進行調節。因此，在實現檢測靈敏度的提高時要求較高的加工精度和組裝精度。因此，存在當加工精度或組裝精度惡化時振動片的檢測靈敏度將會降低的課題。
[0004]專利文獻1:日本特開2012-98091號公報
【發明內容】
[0005]根據本發明的至少一個方式，能夠提供具有較高的檢測靈敏度的振動片。
[0006]本發明是為了解決上述的課題中的至少一部分而完成的，並能夠作為以下的方式或應用例來實現。
[0007]應用例I
[0008]本應用例所涉及的振動片的特徵在於，具備:第一檢測部和第二檢測部；第一驅動部和第二驅動部，在如下情況下，所述第二振動模式的等效串聯電阻R2相對於所述第一振動模式的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl在0.15?6.0之間，所述情況為，將使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動模式設為驅動振動模式、並將包含第一振動和第二振動的振動模式設為第一振動模式，其中，所述第一振動為，在使所述振動片進行旋轉時，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第一振動相反的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動、並將包含第三振動和第四振動的振動模式設為第二振動模式，其中，所述第三振動為，在使所述振動片進行旋轉時，使所述第一驅動部和所述第二驅動部向彼此相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動的情況。
[0009]通過本發明人觀察而發現:根據本應用例所涉及的振動片，當等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl在0.15?6.0之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的50%以上的靈敏度。
[0010]應用例2
[0011]在上述的應用例中，具備基部，所述第一檢測部以及所述第二檢測部為，從所述基部起在第一方向上延伸，並沿著與所述第一方向交叉的第三方向而排列的第一檢測用振動臂以及第二檢測用振動臂，所述第一驅動部以及所述第二驅動部為，從所述基部起在與所述第一方向為相反方向的第二方向上延伸，並沿著所述第三方向而排列的第一驅動用振動臂以及第二驅動用振動臂，所述驅動振動模式為，沿著包含所述第一方向以及所述第三方向的面的面內方向而使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂朝彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動模式，所述第一振動模式為，包含所述第一振動和所述第二振動的振動模式，其中，所述第一振動為，在使所述振動片圍繞與所述第二方向平行的軸而進行旋轉時，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著與包含所述第一方向以及所述第三方向的所述面交叉的面外方向彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第一振動相反的相位且在所述面外方向上彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第二振動模式為，包含所述第三振動和所述第四振動的振動模式，其中，所述第三振動為，在使所述振動片圍繞與所述第二方向平行的所述軸進行旋轉時，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂在所述面外方向上彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動。
[0012]通過本發明人觀察而發現:根據本應用例，當等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl在
0.15?6.0之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的50%以上的靈敏度。
[0013]應用例3
[0014]在上述的應用例中，其特徵在於，所述比率r在0.3?3.0之間。
[0015]通過本發明人觀察而發現:根據本應用例，當等效串聯電阻的比率R = R2 / Rl在
0.3?3.0之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的70%以上的靈敏度。
[0016]應用例4
[0017]上述的應用例中，其特徵在於，所述比率r在0.55?1.8之間。
[0018]通過本發明人觀察而發現:根據本應用例，當等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl在
0.55?1.8之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的90%以上的靈敏度。
[0019]應用例5
[0020]在上述的應用例中，其特徵在於，具備膜體，所述膜體被形成於所述第一檢測部以及所述第二檢測部中的至少一方的表面上。
[0021]根據本應用例，膜體被重疊固定於檢測部的表面上。其結果為，能夠根據膜體的附加或去除而對等效串聯電阻的比率r進行調節。
[0022]應用例6
[0023]上述的應用例中，其特徵在於，具備去除痕，所述去除痕以所述膜體鄰接地方式而被形成於所述第一檢測部以及所述第二檢測部中的至少一方的表面上。
[0024]根據本應用例，膜體被重疊固定於檢測部的表面上。其結果為，能夠根據膜體的去除而對等效串聯電阻的比率r進行調節。
[0025]應用例7
[0026]上述的應用例的振動片能夠被安裝於陀螺傳感器中來利用。陀螺傳感器的特徵在於，具有振動片。
[0027]應用例8
[0028]上述的應用例的振動片能夠被安裝於電子設備中來利用。電子設備的特徵在於，具有振動片。
[0029]應用例9
[0030]上述的應用例的振動片能夠被安裝於移動體中來利用。移動體的特徵在於，具有振動片。
[0031]應用例10
[0032]本應用例的振動片的製造方法的特徵在於，包括:對於具備第一檢測部、第二檢測部、第一驅動部以及第二驅動部的振動片，在所述振動片中激發包含第一振動和第二振動的第一振動模式，並對所述第一振動模式的等效串聯電阻Rl進行測量的工序，其中，所述第一振動為，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測部以及所述第二檢測部以與所述第一振動相反的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動；在所述振動片中激發包含第三振動和第四振動的第二振動模式，並對所述第二振動模式的等效串聯電阻R2進行測量的工序，其中，所述第三振動為，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動；對所述第二振動模式的所述等效串聯電阻R2相對於所述第一振動模式的所述等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl進行計算，並實施所述振動片的適否判斷的工序。
[0033]根據本應用例，能夠對等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl是否處於0.15?6.0之間進行判斷。如此，能夠製造出等效串聯電阻的比率r在0.15?6.0之間的振動片。
[0034]應用例11
[0035]在上述的應用例中，其特徵在於，所述振動片具備基部，所述第一檢測部以及所述第二檢測部為，從所述基部起在第一方向上延伸的第一檢測用振動臂以及第二檢測用振動臂，所述第一驅動部以及所述第二驅動部為，從所述基部起在與所述第一方向為相反方向的第二方向上延伸的第一驅動用振動臂以及第二驅動用振動臂，所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂沿著與所述第一方向交叉的第三方向而排列配置，所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著所述第三方向而排列配置，對所述第一振動模式的所述等效串聯電阻Rl進行測量的工序為，對所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂通電，並在所述振動片中激發包括所述第一振動和所述第二振動的所述第一振動模式的工序，其中，所述第一振動為，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著與包含所述第一方向以及所述第三方向的面交叉的面外方向且彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第一振動相反的相位且沿著所述面外方向彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，對所述第二振動模式的所述等效串聯電阻R2進行測量的工序為，對所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂通電，並在所述振動片中激發包括所述第三振動和第四振動的所述第二振動模式，其中，所述第三振動為，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著所述面外方向且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第三振動相同的相位且沿著所述面外方向彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動。
[0036]根據本應用例，能夠對等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl是否處於0.15?6.0之間進行判斷。如此，能夠製造出等效串聯電阻的比率r在0.15?6.0之間的振動片。
[0037]應用例12
[0038]在上述的應用例中，其特徵在於，還包括在所述基部側於所述檢測用振動臂的表面上形成膜體的工序。
[0039]根據本應用例，膜體被重疊固定於檢測用振動臂的表面上。其結果為，能夠根據膜體的附加而對等效串聯電阻的比率r進行調節。如此，能夠製造出預期的振動片。
[0040]應用例13
[0041]在上述的應用例中，振動片的製造方法還可以還包括對在所述基部側於在所述檢測部的表面上所形成的膜體進行去除的工序。
[0042]根據本應用例，膜體能夠被預先重疊固定於檢測部的表面上。能夠根據膜體的去除而對等效串聯電阻的比率r進行調節。如此，能夠製造出預期的振動片。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]圖1為概要地表示一個實施方式所涉及的陀螺傳感器的結構的垂直剖視圖。
[0044]圖2為概要地表示第一實施方式所涉及的振動片的結構的放大俯視圖。
[0045]圖3為概要地表示第二振動臂的表面的結構的局部放大俯視圖。
[0046]圖4為概要地表示從表面側透視時的第二振動臂的背面的結構的放大俯視圖。
[0047]圖5為概要地表示第一振動臂以及第三振動臂的表面的結構的局部放大俯視圖。
[0048]圖6為概要地表示從表面側透視時的第一振動臂以及第三振動臂的背面的結構的局部放大俯視圖。
[0049]圖7為概要地表示驅動振動模式時第二振動臂即驅動用振動臂的振動的情況的振動片的立體圖。
[0050]圖8為概要地表示在第一振動模式時第一振動臂即檢測用振動臂的振動的情況的振動片的立體圖。
[0051]圖9為概要地表示在第二振動模式時第一振動臂即檢測用振動臂的振動的情況的振動片的立體圖。
[0052]圖10為表示第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / R1、與檢測靈敏度之間的關係的圖表。
[0053]圖11為概要地表示第二實施方式所涉及的振動片的結構的局部放大俯視圖。
[0054]圖12為概要地表示第三實施方式所涉及的振動片的結構的局部放大俯視圖。
[0055]圖13為概要地表示作為電子設備的一個具體例的智慧型電話的結構的概念圖。
[0056]圖14為概要地表示作為電子設備的其他具體例的數碼靜態照像機的結構的概念圖。
[0057]圖15為概要地表示作為移動體的一個具體例的汽車的結構的概念圖。
【具體實施方式】
[0058]以下，參照附圖對本發明的一個實施方式進行說明。此外，以下所說明的本實施方式並不對權利要求書中所記載的本發明的內容進行不適當地限定，並且本實施方式中說明的結構不全為本發明的解決手段所必需的。
[0059](I)包含第一實施方式所涉及的振動片的陀螺傳感器的結構
[0060]圖1概要地圖示了一個實施方式所涉及的陀螺傳感器11的結構。陀螺傳感器11具備例如箱形的容器12。容器12具備容器主體13以及蓋部件14。容器主體13的開口通過蓋部件14而被氣密性地封閉。容器12的內部空間例如可以被密封為真空。容器12作為剛體而發揮功能。至少蓋部件14可以由導體形成。如果蓋部件14被接地，則蓋部件14能夠對於電磁波而發揮屏蔽效果。
[0061]在容器12中收鈉有振動片15以及IC (集成電路)晶片16。振動片15以及IC晶片16被配置於容器12的內部空間內。振動片15具備主體17以及導電膜18。在主體17的表面上層疊有導電膜18。導電膜18可以由金(Au)、銅(Cu)、其他金屬等的導電材料形成。導電膜18可以由薄膜或厚膜構成。由圖1可知，振動片15的主體17具有表面17a以及背面17b。表面17a在第一基準平面RPl內延展。背面17b在第二基準平面RP2內延展。第二基準平面RP2以與第一基準平面RPl平行的方式而延展。在此，主體17整體由一個壓電體形成。壓電體例如可以使用水晶。
[0062]振動片15被懸臂支承於容器主體13上。在實施懸臂支承時，在主體17的一端上劃分形成有固定部19。在固定部19配置有連接端子組21。連接端子組21由在背面17b上延展的導電膜18的一部分而形成。連接端子組21包括多個連接端子即導電材料制襯墊。連接端子的詳細情況將在後文進行敘述。另一方面，在容器主體13的底板上配置有導電端子組22。導電端子組22包括多個連接端子即導電材料制襯墊。振動片15的連接端子組21被接合於底板上的導電端子組22。在實施接合時例如可以使用焊錫凸塊、金凸塊等導電接合材料23。如此，振動片15通過固定部19而被固定於容器主體13的底板上。導電端子組22通過導電膜18的配線(未圖示)而與IC晶片16相連接。IC晶片16例如只要被粘合於容器主體13的底板上即可。
[0063]如圖2所示，第一實施方式所涉及的振動片15的主體17具有:基部25、一對第一振動臂26a、26b、一對第二振動臂27a、27b以及一對第三振動臂28a、28b。振動片15的表面17a和背面17b分別相當於第一振動臂26a、26b的表面和背面、第二振動臂27a、27b的表面和背面、以及第三振動臂28a、28b的表面和背面。如後文所述,振動片15的表面17a以及背面17b，對由驅動信號激發的振動的方向即第二振動臂27a、27b的激勵方向進行規定。
[0064]基部25具有預定的剛性。在基部25上設有旋轉軸29。旋轉軸29穿過基部25的重心。陀螺傳感器11對圍繞旋轉軸29的角速度進行檢測。
[0065]—對第一振動臂26a、26b從基部25起並排地以與旋轉軸29平行的方式在第一方向Dl上延伸。第一振動臂26a、26b在與旋轉軸29大致正交的方向(第三方向)上並排配置。第一振動臂26a、26b被懸臂支承在基部25上。第一振動臂26a、26b彼此以相互平行地方式而延伸。第一振動臂26a、26b被形成為，關於包含旋轉軸29且與第一以及第二基準平面RP1、RP2正交的對稱面31面對稱。在此，一對第一振動臂26a、26b為一對檢測用振動臂，且作為一對檢測部而發揮功能。
[0066]一對第二振動臂27a、27b從基部25起並排地以與旋轉軸29平行的方式而在第二方向D2上延伸。第二振動臂27a、27b在與旋轉軸29大致正交的方向(第三方向)上並排配置。第二方向D2相當於第一方向Dl的相反方向。第二振動臂27a、27b被懸臂支承在基部25上。第二振動臂27a、27b彼此以相互平行的方式而延伸。第二振動臂27a、27b被形成為，關於對稱面31面對稱。在此，一對第二振動臂27a、27b為一對驅動用振動臂，且作為一對驅動部而發揮功能。
[0067]一對第三振動臂28a、28b從基部25起在第一方向Dl上延伸。第三振動臂28a、28b被懸臂支承在基部25上。第三振動臂28a、28b彼此以相互平行的方式而延伸。第三振動臂28a、28b被形成為，關於對稱面31面對稱。在此，一對第三振動臂28a、28b為一對調節用振動臂，且作為調節部而發揮功能。在調節用振動臂彼此之間的空間內配置有一對檢測臂。
[0068]振動片15的主體17具有至少一對第一吊臂32a、32b和一對第二吊臂33a、33b。在此，在主體17上劃分形成有一對第一吊臂32a、32b。第一吊臂32a、32b在一對第二振動臂27a、27b的兩側分別從固定部19起在第一方向Dl上延伸。第一吊臂32a、32b的頂端分別與基部25的第一連結部34相連結。兩個第一連結部34位於一對第二振動臂27a、27b的兩側。
[0069]第二吊臂33a、33b分別在一對第二振動臂27a、27b以及一對第一吊臂32a、32b的兩側從固定部19起在第一方向Dl上延伸。第二吊臂33a、33b的頂端與基部25的第二連結部35相連結。第二連結部35位於與第一連結部34相比靠第一方向Dl側的位置處。
[0070]如圖3所示，導電膜18形成兩對第一驅動電極41a、41b以及兩對第二驅動電極42a、42b。第一對第一驅動電極41a被固定於一個第二振動臂27a上。第一驅動電極41a在第二振動臂27a的側面延展。第二振動臂27a被夾在第一驅動電極41a彼此之間。第一驅動電極41a彼此在第二振動臂27a的自由端側相互連接。第二對第一驅動電極41b被固定於另一個第二振動臂27b上。第一驅動電極41b在第二振動臂27b的表面17a以及背面17b上延展。第二振動臂27b被夾在第一驅動電極41b彼此之間。第二對第一驅動電極41b在基部25與第一對第一驅動電極41a相連接。
[0071]第一對第二驅動電極42a被固定於一個第二振動臂27a上。第二驅動電極42a在第二振動臂27a的表面17a以及背面17b上延展。第二振動臂27a被夾在第二驅動電極42a彼此之間。第二對第二驅動電極42b被固定於另一個第二振動臂27b上。第二驅動電極42b在第二振動臂27b的側面上延展。第二振動臂27b被夾在第二驅動電極42b彼此之間。第二驅動電極42b彼此在第二振動臂27b的自由端側相互連接。第二對第二驅動電極42b在基部25與第一對第二驅動電極42a相連接。當在第一驅動電極41a、41b和第二驅動電極42a、42b之間施加電場時，第二振動臂27a、27b會發生變形。
[0072]導電膜18形成第一驅動配線43以及第二驅動配線44。第一驅動配線43被固定於一個第一吊臂32a上。第一驅動配線43遍及第一吊臂32a的全長在第一吊臂32a上延伸。第一驅動配線43與第一驅動電極41a、41b相連接。第二驅動配線44固定於另一方的第一吊臂32b上。第二驅動配線44遍及第一吊臂32b的全長而在第一吊臂32b上延伸。第二驅動配線44與第二驅動電極42a、42b相連接。
[0073]如圖4所示，連接端子組21包括第一驅動端子45以及第二驅動端子46。第一驅動端子45以及第二驅動端子46分別被固定於固定部19的背面17b上。第一驅動端子45被連接於第一驅動配線43。第二驅動端子46被連接於第二驅動配線44。能夠從第一驅動端子45以及第二驅動端子46向第一驅動電極41a、41b以及第二驅動電極42a、42b供給驅動信號。
[0074]導電膜18形成兩組第一檢測電極對(信號電極47a以及接地電極47b)以及兩組第二檢測電極對(信號電極48a以及接地電極48b)。如圖5所示，第一檢測電極對的信號電極47a以及接地電極47b被固定於一個第一振動臂26a上。第一檢測電極對的信號電極47a在第一振動臂26a的表面17a上從第一振動臂26a的根部朝向自由端而延伸。第一檢測電極對的接地電極47b在第一振動臂26a的表面17a上從第一振動臂26a的根部朝向自由端而延伸。
[0075]第二檢測電極對的信號電極48a以及接地電極48b被固定於另一個第一振動臂26b上。第二檢測電極對放入信號電極48a在第一振動臂26b的表面17a上從第一振動臂26b的根部朝向頂端而延伸。第二檢測電極對的接地電極48b在第一振動臂26b的表面17a上從第一振動臂26b的根部朝向自由端而延伸。
[0076]導電膜18形成兩組第一調節用電極對49以及兩組第二調節用電極對51。第一調節用電極對49被固定於第三振動臂28a上。第一調節用電極對49具有第一電極片49a以及一對第二電極片49b。第一電極片49a被配置於第三振動臂28a的第一側面52上。
[0077]—個第二電極片49b被配置於第三振動臂28a的表面17a上。第二電極片49b隔著第一側面52和表面17a的稜線而與第一電極片49a相鄰。在第一電極片49a和第二電極片49b之間沿著稜線而劃分形成有間隙。根據第三振動臂28a的變形而從第一電極片49a以及第二電極片49b獲取電流。
[0078]第二調節用電極對51同樣被固定於第三振動臂28a上。第二調節用電極對51具有第三電極片51a以及一對第四電極片51b。第三電極片51a被配置於第三振動臂28a的第二側面53上。第二側面53位於第一側面52的相反側(裡側)。第三電極片51a隔著第三振動臂28a而與第一電極片49a對置。
[0079]—個第四電極片51b被配置於第三振動臂28a的表面17a上。第四電極片51b隔著第二側面53和表面17a的稜線而與第三電極片51a相鄰。在第三電極片51a和第四電極片51b之間沿稜線而劃分形成有間隙。根據第三振動臂28a的變形而從第三電極片51a以及第四電極片51b獲取電流。
[0080]同樣，在另一個第三振動臂28b上固定有第一調節用電極對49以及第二調節用電極對51。在進行固定時，在第三振動臂28b上與第三振動臂28a同樣地規定有第一側面52以及第二側面53。在第三振動臂28b的第一側面52以及第二側面53上分別固定有第一電極片49a以及第三電極片51a。在第三振動臂28b的表面(第一面)17a上固定有第二電極片49b以及第四電極片51b。
[0081]導電膜18形成第一檢測配線55以及第二檢測配線56。第一檢測配線55以及第二檢測配線56被固定於基部25及一個第二吊臂33a上。第三振動臂28a的第一電極片49a以及第四電極片51b與第一檢測配線55電連接。第二電極片49b以及第三電極片51a與第二檢測配線56電連接。同樣，導電膜18形成第三檢測配線57以及第四檢測配線58。第三檢測配線57以及第四檢測配線58被固定於基部25及另一個第二吊臂33b上。第三振動臂28b的第一電極片49a以及第四電極片51b與第三檢測配線57電連接。第二電極片49b以及第三電極片51a與第四檢測配線58電連接。
[0082]如圖6所示，在第一振動臂26a的背面17b上同樣配置有第一檢測電極對的信號電極47a以及接地電極47b。背面17b的信號電極47a能夠在第一振動臂26a的自由端與表面17a的信號電極47a相連接。背面17b的接地電極47b能夠在基部25與表面17a的接地電極47b相連接。根據第一振動臂26a的變形而從信號電極47a以及接地電極47b獲取電流。
[0083]在另一個第一振動臂26b的背面17b上同樣配置有信號電極48a以及接地電極48bο背面17b的信號電極48a能夠在第一振動臂26b的自由端與表面17a的信號電極48a相連接。背面17b的接地電極48b能夠在基部25與表面17a的接地電極48b相連接。根據第一振動臂26b的變形而從信號電極48a以及接地電極48b獲取電流。
[0084]在第三振動臂28a的背面17b上同樣配置有另一個第二電極片4%。第二電極片49b隔著第一側面52和背面17b的稜線而與第一電極片49a相鄰。在第一電極片49a和第二電極片49b之間沿著稜線而劃分形成有間隙。根據第三振動臂28a的變形而從第一電極片49a以及第二電極片49b獲取電流。同樣，另一個第四電極片51b被配置於第三振動臂28a的背面17b上。第四電極片51b隔著第二側面53和背面17b的稜線而與第三電極片51a相鄰。在第三電極片51a和第四電極片51b之間沿著稜線而劃分形成有間隙。根據第三振動臂28a的變形而從第三電極片51a以及第四電極片51b獲取電流。
[0085]連接端子組21包括一對第一檢測端子(信號端子59a以及接地端子59b)和一對第二檢測端子(信號端子61a以及接地端子61b)。第一檢測端子的信號端子59a和接地端子5%、以及第二檢測端子的信號端子61a和接地端子61b被固定於固定部19上。第一檢測端子的信號端子59a與第一檢測配線55電連接。第一檢測端子的接地端子59b與第二檢測配線56電連接。第二檢測端子的信號端子61a與第三檢測配線57電連接。第二檢測端子的接地端子61b與第四檢測配線58電連接。接地端子59b被配置於信號端子59a與第一驅動端子45之間。同樣，接地端子61b被配置於信號端子61a與第二驅動端子46之間。
[0086](2)包含第一實施方式所涉及的振動片的陀螺傳感器的動作
[0087]接下來，對陀螺傳感器11的動作進行簡單說明。如圖7所示，當進行角速度的檢測時，確定第二振動臂27a、27b的驅動振動模式。通過第二振動臂27a、27b而激發振動。在激發振動時，向振動片15輸入來自第一驅動端子45以及第二驅動端子46的驅動信號。其結果為，在第一驅動電極41a、41b與第二驅動電極42a、42b之間，在振動片15的主體17上作用有電場。通過輸入特定的頻率的波形，從而第二振動臂27a、27b在第一基準平面RPl和第二基準平面RP2之間進行彎曲振動。即，第二振動臂27a、27b在包含旋轉軸29且與第一以及第二基準平面RP1、RP2平行的假想平面(以下，簡稱為「假想平面」)的面內方向上以相鄰的彼此相互反向的方式進行振動。如此，第二振動臂27a、27b反覆相互分離或相互接近。
[0088]當對陀螺傳感器11施加角速度運動時，如圖8所示，因圍繞旋轉軸29的旋轉而產生科裡奧利力。根據科裡奧利力的作用而使第二振動臂27a、27b的振動方向發生變化。第二振動臂27a、27b以與假想平面垂直的面外方向即與對稱面31平行且相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動。引起所謂的行走(walk)模式激勵。第二振動臂27a、27b與對稱面31平行地進行振動。此時，與科裡奧利力相對應地而產生與對稱面31平行的新的分力。
[0089]第二振動臂27a、27b的行走模式激勵從基部25傳遞至第一振動臂26a、26b。其結果為，基於與對稱面31平行的分力而引起第一振動臂26a、26b的振動。第一振動臂26a、26b以與對稱面31平行且相鄰的彼此相互反向的方式進行彎曲振動。根據這種彎曲振動，在第一振動臂26a、26b中基於壓電效應而產生電場，並生成電荷。第一振動臂26a的彎曲振動在第一檢測電極對的信號電極47a和接地電極47b之間產生電位差。同樣，第一振動臂26b的彎曲振動在第二檢測電極對的信號電極48a和接地電極48b之間產生電位差。
[0090]此時，當在振動片15中確定了第一振動模式時，第一振動臂26a、26b以與第二振動臂27a、27b的彎曲振動相反的相位而進行彎曲振動。即，如圖8所示，當第一振動臂26a向前方彎曲並且第一振動臂26b向後方彎曲時，第二振動臂27a向後方彎曲並且第二振動臂27b向前方彎曲。在該時刻，第二振動臂27a、27b反覆進行彎曲振動。當在振動片15中確定了第二振動模式時，第一振動臂26a、26b以與第二振動臂27a、27b的彎曲振動相同的相位而進行彎曲振動。即，如圖9所示那樣，當第一振動臂26a向前方彎曲並且第一振動臂26b向後方彎曲時，第二振動臂27a同樣向前方彎曲並且第二振動臂27b向後方彎曲。在該時刻，第二振動臂27a、27b反覆進行彎曲振動。
[0091]第二振動臂27a、27b的行走模式激勵從基部25傳遞至第三振動臂28a、28b。其結果為，將引起第三振動臂28a、28b的運動。根據這種運動而分別從第一調節用電極對49以及第二調節用電極對51輸出電信號。在第一振動臂26a、26b的輸出信號中重疊有第一調節用電極對49的電信號以及第二調節用電極對51的電信號。電信號的大小被調節。調節的結果為，第一以及第二調節用電極對49、51的電信號能夠抵消振動洩露的成分。如此，提高了輸出信號的S / N比。
[0092]在振動片15中，第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / R1，被設定在0.15?6.0之間。根據這種設定，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的50%以上的靈敏度。能夠可靠地降低每個振動片15的靈敏度的誤差。優選為，第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r被設定在0.3?3.0之間。根據這種設定，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的70%以上的靈敏度。能夠可靠地降低每個振動片15靈敏度的誤差。進一步優選為，第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r被設定在0.55?1.8之間。根據這種設定，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的90%以上的靈敏度。能夠更加可靠地降低每個振動片15的靈敏度的誤差。
[0093](3)振動片的檢測靈敏度的驗證
[0094]本發明人對振動片15的檢測靈敏度進行驗證。在進行驗證時，根據計算機軟體來實施模擬實驗。在模擬實驗中構建振動片15的分析模型。基於分析模型來實施模態分析。從第一振動臂26a、26b上的信號電極47a、48a供給交流電流。在分析模型中，根據交流電流的供給而設定了第一振動模式以及第二振動模式。在第一振動模式以及第二振動模式中分別計算出等效串聯電阻(Cl)。其結果為，如圖10所示，發現當將第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl設定為「1.0」時，能夠得到檢測靈敏度的最大靈敏度。除此以外，發現當振動片15將等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl表現為0.15?6.0之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的50%以上的靈敏度。發現當振動片15將等效串聯電阻的比率r表現為0.3?3.0之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的70%以上的靈敏度。發現當振動片15將等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl表現為0.55?1.8之間時，能夠將角速度的檢測靈敏度確保為最大靈敏度的90%以上的靈敏度。
[0095](4)第一實施方式所涉及的振動片的製造方法
[0096]在製造陀螺傳感器11時製造出振動片15。由水晶體切削出振動片15的主體17。在主體17上形成有導電膜18。導電膜18按照設計的圖案而形成。在形成導電膜18時，例如可以使用光刻技術。在此，在設計振動片15時，對等效串聯電阻的比率r進行調節。
[0097]準備容器12。將IC晶片16固定在容器主體13內。接下來，將振動片15固定在容器主體13內。連接端子組21被接合於連接端子組22。第一以及第二驅動端子45、46、第一檢測端子59a、59b以及第二檢測端子61a、61b分別與相對應的連接端子相接。如此振動片15與IC晶片16電連接。
[0098]在振動片15中確定第一振動模式。向信號電極47a、48a以及接地電極47b、48b供給交流電流。其結果為，在第一振動臂26a、26b上施加有交流的電場。此時,對第一振動模式時的等效串聯電阻Rl進行測量。
[0099]在振動片15中確定第二振動模式。向信號電極47a、48a以及接地電極47b、48b供給交流電流。其結果為，在第一振動臂26a、26b上施加有交流的電場。此時,對第二振動模式時的等效串聯電阻R2進行測量。如此，計算出第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl0對所計算出的比率r是否收斂於預定的數值範圍內進行判斷。如果所計算出的比率r收斂於預定的數值範圍內，則判斷為振動片15合適，容器主體13的開口被蓋部件14氣密性地封閉。容器12的內部空間被密封。陀螺傳感器11的製造完成。如果所計算出的比率r未收斂於預定的數值範圍內，則判斷為振動片15不合適。在判斷為不合適的情況下，可以通過後文所述的方法來對等效串聯電阻的比率r進行調節以使其收斂於預定的數值範圍內。
[0100]根據這種製造方法，能夠對等效串聯電阻的比率r = R2 / Rl是否處於預定的數值範圍內進行判斷。如此，能夠製造等效串聯電阻的比率r處於預定的數值範圍內的振動片。
[0101](5)第二實施方式所涉及的振動片的結構
[0102]圖11圖示了第二實施方式所涉及的振動片15a的一部分。在該振動片15a中，在基部25側於第一振動臂26a、26b的表面上形成有膜體63。膜體63例如由鎳等金屬材料形成。此外，膜體63也可以由絕緣材料形成。但是，在膜體63由金屬材料形成的情況下，膜體63與信號電極47a、48a以及接地電極47b、48b的電氣性地隔離。膜體63被重疊固定在第一振動臂26a、26b的表面上。膜體63從第一振動臂26a、26b的基端朝向自由端而延展。膜體63也可以連續至基部25的表面。膜體63能夠在第一振動臂26a、26b的基端處提高其剛性。膜體63的大小、厚度只需根據所要求的剛性的調節幅度來決定即可。此外，振動片15a的結構可以以與前文所述的第一實施方式所涉及的振動片15相同的方式而構成。在該振動片15a中，能夠根據膜體63而將等效串聯電阻的比率r設定為預定的值。在實施這種設定時，對膜體63的大小、厚度、形成位置進行調節。膜體63可以通過電鍍、無電鍍、蒸鍍及其他的方法來形成。如此，能夠根據附加膜體63而對等效串聯電阻的比率r進行調節。能夠製造出預期的振動片15a。
[0103](6)第三實施方式的振動片的結構
[0104]圖12圖不了第三實施方式的振動片15b的一部分。在該振動片15b中，在基部25側於第一振動臂26a、26b的表面上形成有膜體64。膜體64可以以與膜體63相同的方式而構成。以與膜體64鄰接的方式而在第一振動臂26a、26b的表面上形成有去除痕65。去除痕65的大小根據所要求的剛性的調節幅度來決定。此外，振動片15b的結構可以以與前文所述的第一實施方式的振動片15相同的方式而構成。在該振動片15b中,可以根據膜體64而將等效串聯電阻的比率r設定為預定的值。
[0105](7)第三實施方式的振動片的製造方法
[0106]首先，製造第二實施方式所涉及的振動片15a。此時，膜體63的大小根據剛性的調節幅度的最大值來決定。振動片15a被固定於容器主體13內。振動片15a與IC晶片16電連接。與前文所述相同，在振動片15a中，計算出第二振動模式時的等效串聯電阻R2相對於第一振動模式時的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl0如果所計算出的比率r收斂於預定的數值範圍內，則將容器主體13的開口由蓋部件14來氣密性地封閉。容器12的內部空間被密封。陀螺傳感器11的製造完成。
[0107]另一方面，如果等效串聯電阻的比率偏離了預定的數值範圍，則將部分去除膜體63。根據膜體63的去除而對等效串聯電阻的比率r進行調節。在進行去除時，例如向膜體63照射雷射光線。根據雷射光線的照射而使膜體63局部揮發。與膜體63的揮發相對應地形成有去除痕65。如此，形成被調節為預定的大小的膜體64。從而能夠製造出預期的振動片15b。
[0108](8)電子設備及其他
[0109]圖13概要地圖示了作為電子設備的一個具體例的智慧型電話201。在智慧型電話201中安裝有具有振動片15、15a、15b的陀螺傳感器11。陀螺傳感器11能夠對智慧型電話201的姿態進行檢測。實施所謂的運動傳感檢測。陀螺傳感器11的檢測信號例如能夠被供給至微型計算機晶片(MPU)202。MPU202能夠根據運動傳感檢測而執行各種處理。此外，這種運動傳感檢測可以在行動電話機、可攜式遊戲機、遊戲控制器、汽車導航系統、定點設備、頭戴式可視設備、平板電腦等電子設備中利用。在實現運動傳感檢測時，可以安裝陀螺傳感器11。
[0110]圖14概要地圖示了作為電子設備的其他具體例的數碼靜態照像機(以下稱作「照像機」)203。在攝像機203安裝有具有振動片15、15a、15b的陀螺傳感器11。陀螺傳感器11能夠對攝像機203的姿態進行檢測。陀螺傳感器11的檢測信號能夠被供給至手抖補正裝置204。手抖補正裝置204能夠根據陀螺傳感器11的檢測信號而例如使透鏡組205內的特定的透鏡進行移動。如此能夠對手抖進行補正。此外，手抖補正可以被利用於數碼攝像機中。在實現手抖補正時，可以安裝陀螺傳感器11。
[0111]圖15概要地圖示了作為移動體的一個具體例的汽車206。在汽車206上安裝有具有振動片15、15a、15b的陀螺傳感器11。陀螺傳感器11能夠對車身207的姿態進行檢測。陀螺傳感器11的檢測信號能夠被供給至車身姿態控制裝置208。車身姿態控制裝置208例如能夠根據車身207的姿態而對懸架的硬軟進行控制、或對各個車輪209的制動器進行控制。此外，這種姿態控制可以被利用於兩足步行機器人、飛機、直升飛機等各種移動體中。在實現姿態控制時，可以安裝陀螺傳感器11。
[0112]此外，雖然如上文所述對本實施方式進行了詳細說明，但對於本領域技術人員來說能夠很容易理解出能夠進行未實質地脫離從本發明的創新部分以及效果的多種改變。因此，這種改變例全部包含於本發明的範圍內。
[0113]例如，雖然在上述實施方式中，對使用水晶以作為振動片的形成材料的示例進行了說明，但也可以使用水晶以外的壓電體材料。可以使用氮化鋁(A1N)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)、四硼酸鋰(Li2B407)、矽酸鎵鑭(La3Ga5SiO14)等氧化物基板；在玻璃基板上層疊氮化鋁、五氧化鉭(Ta2O5)等壓電體材料而構成的層疊壓電基板；或者壓電陶瓷等。另外，在說明書或者附圖中，至少一次與更廣義或同義的不同用語一起記載的用語，在說明書或附圖中的任何位置處均能夠被替換為該不同的用語。另外，振動片15、15a、15b、陀螺傳感器11、電子設備、移動體等結構以及動作也不限定於本實施方式中所說明的情況，能夠進行各種改變。
[0114]另外，雖然在上述的實施方式中，對驅動部和檢測部為不同的振動臂的示例進行了說明，但也可以使這些驅動部和檢測部設置於相同的振動臂上。
[0115]另外，雖然在上述的實施方式中，驅動部和檢測部使用一端連接於基部另一端為自由端的振動臂而進行了說明，但也可以使用不具有自由端的、兩端均連接於基部等上的振動臂。
[0116]符號說明
[0117]11陀螺傳感器、15振動片、15a振動片、15b振動片、26a檢測用振動臂(第一振動臂)、26b檢測用振動臂(第一振動臂)、27a驅動用振動臂(第二振動臂)、27b驅動用振動臂(第二振動臂)、29旋轉軸、63膜體、64膜體、65去除痕、201電子設備(智慧型電話)、203電子設備(數碼靜態照像機)、206移動體(汽車)。
【權利要求】
1.一種振動片，其特徵在於，具備: 第一檢測部和第二檢測部； 第一驅動部和第二驅動部， 在如下情況下，所述第二振動模式的等效串聯電阻R2相對於所述第一振動模式的等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl在0.15~6.0之間， 所述情況為，將使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動模式設為驅動振動模式、 並將包含第一振動和第二振動的振動模式設為第一振動模式，其中，所述第一振動為，在使所述振動片進行旋轉時，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第一振動相反的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動、 並將包含第三振動和第四振動的振動模式設為第二振動模式，其中，所述第三振動為，在使所述振動片進行旋轉時，使所述第一驅動部和所述第二驅動部向彼此相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動的情況。
2.如權利要求1所述的振動片，其特徵在於， 具備基部， 所述第一檢測部以及所述第二檢測部為，從所述基部起在第一方向上延伸，並沿著與所述第一方向交叉的第三方向而排列的第一檢測用振動臂以及第二檢測用振動臂， 所述第一驅動部以及所述第二驅動部為，從所述基部起在與所述第一方向為相反方向的第二方向上延伸，並沿著所述第三方向而排列的第一驅動用振動臂以及第二驅動用振動臂， 所述驅動振動模式為，沿著包含所述第一方向以及所述第三方向的面的面內方向而使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂朝彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動模式， 所述第一振動模式為，包含所述第一振動和所述第二振動的振動模式，其中，所述第一振動為，在使所述振動片圍繞與所述第二方向平行的軸而進行旋轉時，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著與包含所述第一方向以及所述第三方向的所述面交叉的面外方向彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第一振動相反的相位且在所述面外方向上彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動， 所述第二振動模式為，包含所述第三振動和所述第四振動的振動模式，其中，所述第三振動為，在使所述振動片圍繞與所述第二方向平行的所述軸進行旋轉時，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂在所述面外方向上彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動。
3.如權利要求1或2所述的振動片，其特徵在於， 所述比率r在0.3~3.0之間。
4.如權利要求3所述的振動片，其特徵在於，所述比率r在0.55~1.8之間。
5.如權利要求1或2所述的振動片，其特徵在於， 具備膜體，所述膜體被形成於所述第一檢測部以及所述第二檢測部中的至少一方的表面上。
6.如權利要求5所述的振動片，其特徵在於， 具備去除痕，所述去除痕以所述膜體鄰接地方式而被形成於所述第一檢測部以及所述第二檢測部中的至少一方的表面上。
7.一種陀螺傳感器，其特徵在於， 具有權利要求1或2所述的振動片。
8.—種電子設備,其特徵在於， 具有權利要求1或2所述的振動片。
9.一種移動體，其特徵在於， 具有權利要求1或2所述的振動片。
10.一種振動片的製造方法，其特徵在於，包括: 對於具備第一檢測部、第二檢測部、第一驅動部以及第二驅動部的振動片，在所述振動片中激發包含第一振動和第二振動的第一振動模式，並對所述第一振動模式的等效串聯電阻Rl進行測量的工序，其中，所述第一振動為，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測部以及所述第二檢測部以與所述第一振動相反的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動； 在所述振動片中激發包含第三振動和第四振動的第二振動模式，並對所述第二振動模式的等效串聯電阻R2進行測量的工序，其中，所述第三振動為，使所述第一驅動部和所述第二驅動部彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測部和所述第二檢測部以與所述第三振動相同的相位且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動； 對所述第二振動模式的所述等效串聯電阻R2相對於所述第一振動模式的所述等效串聯電阻Rl的比率r = R2 / Rl進行計算，並實施所述振動片的適否判斷的工序。
11.如權利要求10所述的振動片的製造方法，其特徵在於， 所述振動片具備基部， 所述第一檢測部以及所述第二檢測部為，從所述基部起在第一方向上延伸的第一檢測用振動臂以及第二檢測用振動臂， 所述第一驅動部以及所述第二驅動部為，從所述基部起在與所述第一方向為相反方向的第二方向上延伸的第一驅動用振動臂以及第二驅動用振動臂， 所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂沿著與所述第一方向交叉的第三方向而排列配置，所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著所述第三方向而排列配置， 對所述第一振動模式的所述等效串聯電阻Rl進行測量的工序為，對所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂通電，並在所述振動片中激發包括所述第一振動和所述第二振動的所述第一振動模式的工序，其中，所述第一振動為，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著與包含所述第一方向以及所述第三方向的面交叉的面外方向且彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動，所述第二振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第一振動相反的相位且沿著所述面外方向彼此向相反的方向進行所述彎曲振動的振動， 對所述第二振動模式的所述等效串聯電阻R2進行測量的工序為，對所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂通電，並在所述振動片中激發包括所述第三振動和第四振動的所述第二振動模式，其中，所述第三振動為，使所述第一驅動用振動臂以及所述第二驅動用振動臂沿著所述面外方向且彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動，所述第四振動為，使所述第一檢測用振動臂以及所述第二檢測用振動臂以與所述第三振動相同的相位且沿著所述面外方向彼此向相反的方向進行彎曲振動的振動。
12.如權利要求10或11所述的振動片的製造方法，其特徵在於， 還包括在所述第一檢測部和所述第二檢測部中的至少一方的表面上形成膜體的工序。
13.如權利要求10或11所述的振動片的製造方法，其特徵在於， 還包括對在所述檢測部第一檢測部和所述第二檢測部中的至少一方的表面上所形成的膜體進行去除的工序。
【文檔編號】G01C19/5628GK104075701SQ201410119976
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】中川啟史, 西澤竜太 申請人:精工愛普生株式會社