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JP2011027562A - Vibration gyro using piezoelectric film - Google Patents

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JP2011027562A
JP2011027562A JP2009173976A JP2009173976A JP2011027562A JP 2011027562 A JP2011027562 A JP 2011027562A JP 2009173976 A JP2009173976 A JP 2009173976A JP 2009173976 A JP2009173976 A JP 2009173976A JP 2011027562 A JP2011027562 A JP 2011027562A
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JP
Japan
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electrodes
ring
electrode
vibration
vibrating body
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Pending
Application number
JP2009173976A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuta Araki
隆太 荒木
Takashi Ikeda
隆志 池田
Hiroshi Nishida
宏 西田
Takafumi Moriguchi
孝文 森口
Yasuyuki Hirata
泰之 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Precision Products Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Precision Products Co Ltd filed Critical Sumitomo Precision Products Co Ltd
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Abstract

【課題】小型可能な簡易構造で、複数の回転軸を測定する、振動ジャイロを提供する。
【解決手段】一様な平面を備えたリング状振動体11と、リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部15と、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜により形成される複数の電極とを備えている。cosNθの振動モードでリング状振動体11の一次振動を励起する駆動電極13aの1つを基準駆動電極とした場合に、その他の複数の電極13b,・・・,13fが特定の箇所に配置される。この配置により、アウト・オブ・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動が励起されるとともに、cos3θのイン・プレーンの振動モードの二次振動検出手段を用いて1軸乃至2軸の角速度を検出することができる。加えて、一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。
【選択図】図1
A vibrating gyroscope that measures a plurality of rotation axes with a simple and compact structure is provided.
A ring-shaped vibrating body 11 having a uniform plane, a leg portion 15 that flexibly supports the ring-shaped vibrating body, and an upper metal film and a lower metal film that sandwich a piezoelectric film in the thickness direction. And a plurality of electrodes. When one of the drive electrodes 13a that excites the primary vibration of the ring-shaped vibrating body 11 in the vibration mode of cosNθ is used as a reference drive electrode, the other plurality of electrodes 13b,..., 13f are arranged at specific locations. The With this arrangement, the primary vibration of the out-of-plane cos 2θ vibration mode is excited, and the angular velocity of one or two axes is detected using the secondary vibration detection means of the cos 3θ in-plane vibration mode. be able to. In addition, by providing a group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared to a group of drive electrodes arranged only at an angle (360 / N) ° in the circumferential direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、圧電体膜を用いた振動ジャイロ、より具体的には、最大で2軸の角速度変化を測定しうる振動ジャイロに関するものである。   The present invention relates to a vibration gyro using a piezoelectric film, and more specifically to a vibration gyro capable of measuring a change in angular velocity of two axes at the maximum.

近年、圧電材料を用いた振動ジャイロは盛んに開発されている。従来から、特許文献1に記載されているような振動体自体が圧電材料で構成されるジャイロが開発される一方、振動体上に形成される圧電体膜を利用するジャイロも存在する。例えば、特許文献2では、圧電材料であるPZT膜を用いて、振動体の一次振動を励起し、かつその振動体に角速度が与えられた際に発生するコリオリ力によって生じるジャイロの一部の歪みを検出する技術が開示されている。   In recent years, vibration gyros using piezoelectric materials have been actively developed. Conventionally, a gyro, in which the vibrator itself is made of a piezoelectric material as described in Patent Document 1, has been developed, and there is also a gyro that uses a piezoelectric film formed on the vibrator. For example, in Patent Document 2, a PZT film, which is a piezoelectric material, is used to excite the primary vibration of a vibrating body, and a part of the gyro distortion caused by Coriolis force generated when an angular velocity is applied to the vibrating body. A technique for detecting the above is disclosed.

他方、ジャイロが搭載される各種機器のサイズが日進月歩で小型化されている中で、ジャイロ自身の小型化も重要な課題である。ジャイロの小型化を達成するためには、ジャイロを構成する各部材の加工精度を格段に高めることが必要となる。また、単に小型化をするだけでなく、ジャイロとしての性能、換言すれば、角速度の検出精度を更に高めることが産業界の要望といえる。しかしながら、特許文献2に示されているジャイロの構造は、ここ数年来の小型化及び高性能化の要求を満足するものではない。   On the other hand, as the size of various devices on which the gyro is mounted is becoming smaller and smaller, the miniaturization of the gyro itself is also an important issue. In order to achieve downsizing of the gyro, it is necessary to remarkably increase the processing accuracy of each member constituting the gyro. Further, it can be said that the industry demands not only miniaturization but also further improvement of performance as a gyro, in other words, detection accuracy of angular velocity. However, the gyro structure disclosed in Patent Document 2 does not satisfy the demands for miniaturization and high performance over the past several years.

上述の技術的な課題に対し、本願出願人は、基本的に全ての製造工程をドライプロセスで行うことにより、高い加工精度を達成しつつ、振動ジャイロとしての高性能化の要求を同時に満足する技術思想の一つを提案している(特許文献3)。   In response to the above technical problems, the applicant of the present invention basically satisfies all the demands for high performance as a vibration gyro while achieving high machining accuracy by performing all manufacturing processes by dry processes. One of the technical ideas is proposed (Patent Document 3).

また、上述の技術課題に加え、複数軸の回転に対する角速度をも測定する振動ジャイロに対する期待も高まっている(例えば、特許文献4)。しかし、小型化を可能にする簡便な構造を有する振動ジャイロの開発は未だ道半ばである。
特開平8−271258号公報 特開2000−9473号公報 特願2008−28835号 特表2005−529306号公報 特表2002−509615号公報 特表2002−510398号公報
In addition to the above technical problem, there is an increasing expectation for a vibrating gyroscope that measures angular velocities with respect to rotation of a plurality of axes (for example, Patent Document 4). However, the development of a vibrating gyroscope having a simple structure that enables downsizing is still halfway.
JP-A-8-271258 JP 2000-9473 A Japanese Patent Application No. 2008-28835 JP 2005-529306 Gazette Special Table 2002-509615 Japanese translation of PCT publication No. 2002-510398

上述の通り、圧電体膜を用いた振動ジャイロの小型化と高い加工精度を達成しつつ、ジャイロとしての高性能化の要求を同時に満足することは非常に難しい。一般的には、ジャイロが小型化されると、振動体に角速度が与えられた場合に、ジャイロの検出電極によって検出される信号が微弱になるという問題がある。加えて、上述の特許文献4に記載されている振動ジャイロは、複数の回転軸に対する角速度の測定が可能であるが、実質的に静電容量の変化を測定する方式が採用されているため、当該文献の図2及び図3に示されるように、幾つかの電極が振動体上とは異なる場所に配置されるという複雑な構造を備えている。すなわち、振動ジャイロが、小型化を可能にする簡易な構造によって複数の回転軸に対する角速度をも測定することが出来るようになれば、その振動ジャイロの技術的価値は一段と高まることになる。   As described above, it is very difficult to simultaneously satisfy the demand for high performance as a gyro while achieving downsizing and high processing accuracy of a vibration gyro using a piezoelectric film. In general, when the gyro is reduced in size, there is a problem that the signal detected by the detection electrode of the gyro becomes weak when an angular velocity is given to the vibrating body. In addition, the vibration gyro described in the above-mentioned Patent Document 4 can measure angular velocities with respect to a plurality of rotation axes, but employs a system that substantially measures a change in capacitance. As shown in FIG. 2 and FIG. 3 of the document, it has a complicated structure in which several electrodes are arranged at different locations from those on the vibrating body. That is, if the vibration gyro can measure the angular velocities with respect to a plurality of rotation axes with a simple structure that enables downsizing, the technical value of the vibration gyro is further increased.

加えて、上述のとおり、圧電体膜を用いた振動ジャイロの小型化が進むにつれ、上述の外乱がなくてもジャイロとしての検出感度の向上を図ることが難しくなる従って、小型化及び省電力化を図りつつ検出感度を向上させることも、振動ジャイロの高性能化に向けた主たる要求の1つである。   In addition, as described above, as the vibration gyro using the piezoelectric film progresses in size, it becomes difficult to improve the detection sensitivity as a gyro even without the above-described disturbance. Improving the detection sensitivity while trying to achieve this is one of the main requirements for improving the performance of vibration gyros.

本発明は、上述の技術課題を解決することにより、単数又は複数の回転軸に対する角速度を測定し得る圧電体膜を用いた振動ジャイロの小型化及び高性能化に大きく貢献するものである。発明者らは、一次振動の励起とコリオリ力により形成される二次振動の検出を、圧電体膜に担わせることによって上記各技術課題を解決する構造について鋭意研究を行った。その結果、圧電体膜が構成する各種電極の配置と振動体を支持する構造を工夫することによって、単数の回転軸のみならず複数の回転軸に対する角速度をも測定されることを知見した。さらに、発明者らは、それらの配置が高い加工精度を満足し得るドライプロセスによって達成できることを見出した。また、一次振動の駆動に着目することにより、小型化及び省電力化を図りつつ検出感度を向上させることが可能になることを見出した。本発明はこのような視点で創出された。なお、本出願では、「円環状又は多角形状の振動ジャイロ」を、簡略化して「リング状振動ジャイロ」とも呼ぶ。   The present invention greatly contributes to miniaturization and high performance of a vibrating gyroscope using a piezoelectric film capable of measuring an angular velocity with respect to one or a plurality of rotation axes by solving the above technical problem. The inventors conducted intensive research on a structure that solves the above technical problems by causing the piezoelectric film to detect the secondary vibration formed by the excitation of the primary vibration and the Coriolis force. As a result, it has been found that the angular velocity with respect to not only a single rotation axis but also a plurality of rotation axes can be measured by devising the arrangement of various electrodes formed by the piezoelectric film and the structure for supporting the vibrating body. Furthermore, the inventors have found that their arrangement can be achieved by a dry process that can satisfy high processing accuracy. Further, it has been found that by focusing on the driving of the primary vibration, it is possible to improve the detection sensitivity while reducing the size and power consumption. The present invention was created from such a viewpoint. In the present application, the “annular or polygonal vibration gyro” is simply referred to as “ring-shaped vibration gyro”.

本発明の1つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを2以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前述のリング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前述の駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N+1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つその基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×S〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/2)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、前述のリング状振動体の前述の平面における第1電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、そのリング状振動体の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
One vibrating gyroscope according to the present invention includes a ring-shaped vibrating body having a uniform plane, a leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body, and a plane on or above the ring-shaped vibrating body. And a plurality of electrodes formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction. In addition, the plurality of electrodes includes the following (1) and (2):
(1) When N is a natural number greater than or equal to 2, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and arranged at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including a drive electrode and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the aforementioned drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N (hereinafter the same in this paragraph), the angular velocity of the aforementioned ring-shaped vibrating body is The secondary vibration in the vibration mode of cos (N + 1) θ generated at a given time is detected, and an angle [{360 / (N + 1)} × S] ° away from the reference drive electrode, and the reference drive electrode And [{360 / (N + 1)} × {S + (1/2)}] ° apart from a group of detection electrodes including electrodes arranged at at least one of the angles.
Furthermore, each of the aforementioned drive electrodes is disposed in the first electrode arrangement region in the aforementioned plane of the aforementioned ring-shaped vibrator, and each of the aforementioned detection electrodes is disposed from the outer periphery of the ring-shaped vibrator. In the second electrode arrangement region in the plane described above including either or both of the region extending to the vicinity of the outer peripheral edge and the region extending from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge It is arranged so that it is not electrically connected to any of the aforementioned drive electrodes.

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、1軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、圧電素子が配置される平面を外れた振動モード(以下、アウト・オブ・プレーンの振動モードともいう)の一次振動が励起されるのみならず、平面内の振動モード(以下、イン・プレーンの振動モードともいう)の二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。また、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Nを2以上のある自然数とした場合のcosNθ及びcos(N+1)θの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。また、全ての本出願に係る発明において、「柔軟な」とは「振動体が振動可能な程度に」という意味である。また、本出願では、電極の配置を記述するために、基準となる電極から「離れた角度」との表現が用いられる。ここでの角度は、基準となる電極の方位角を0度としたときの各電極の方位角の値である。各電極の方位角は、リング状振動体の円周又は円環の中央部に取った任意の点(例えば、リング状振動体が円形のときは、例えばその円の中心である。以下、この中心を「基準点」という。)からその電極に向かう直線の方位角とすることができる。この直線は、各電極を通過するような任意の直線とすることができ、代表的には、各電極の図形的な中心、重心、又は、いずれかの頂点と上記の中心点とを通過する直線とすることができる。例えば、基準駆動電極から30°離れた角度に配置された電極とは、その電極の中心と、基準駆動電極の中心とが、上記の基準となる電極の方位角に対して30°の角をなすような配置にある電極をいう。なお、特に断りのない限り、角度の表記は時計回りの向きを角度が増加する方向にとって説明するが、角度が増加する方向を反時計回りに定めても、規定された角度の条件を満たす限り、その角度の表記は本発明の範囲内である。   According to this vibrating gyroscope, a voltage is applied to the piezoelectric element on the plane provided on the ring-shaped vibrating body, and the voltage signal generated by the distortion of the piezoelectric element is picked up. Therefore, it is possible to excite primary vibration and detect secondary vibration as a uniaxial angular velocity sensor. That is, in this vibrating gyroscope, the piezoelectric element is not formed on the side surface of the ring-shaped vibrating body, and the vibration that is out of the plane where the piezoelectric element is disposed is formed only by the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body. Not only the primary vibration of the mode (hereinafter also referred to as the out-of-plane vibration mode) is excited, but also the secondary vibration of the vibration mode in the plane (hereinafter also referred to as the in-plane vibration mode) is detected. be able to. In addition, since the piezoelectric element is formed only on the plane of the ring-shaped vibrating body, it becomes possible to process the electrode and the ring-shaped vibrating body with high accuracy using a dry process technique. In addition, this vibration gyro has a degree of freedom that can be applied to the vibration modes of cosNθ and cos (N + 1) θ when N is a natural number of 2 or more by arranging the piezoelectric element in the specific region. ing. In addition, by providing the above-described group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared with the group of drive electrodes arranged only at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. The That is, for example, since the former can obtain a large amplitude even when the same voltage is applied to the latter, the detection sensitivity of the vibration gyro is improved. From another viewpoint, the former electric power required to obtain the amplitude of the primary vibration having the same magnitude as the latter can be suppressed. In all the inventions according to the present application, “flexible” means “to the extent that the vibrating body can vibrate”. Further, in the present application, the expression “an angle away from the reference electrode” is used to describe the arrangement of the electrodes. The angle here is the value of the azimuth angle of each electrode when the azimuth angle of the reference electrode is 0 degree. The azimuth angle of each electrode is an arbitrary point taken at the circumference of the ring-shaped vibrating body or the center of the ring (for example, when the ring-shaped vibrating body is circular, for example, the center of the circle. The center can be referred to as a “reference point”) and can be an azimuth angle of a straight line from the electrode to the electrode. This straight line can be any straight line that passes through each electrode, and typically passes through the graphical center, center of gravity, or any vertex of each electrode and the center point described above. It can be a straight line. For example, an electrode disposed at an angle of 30 ° from the reference drive electrode means that the center of the electrode and the center of the reference drive electrode have an angle of 30 ° with respect to the azimuth angle of the reference electrode. An electrode in an arrangement as described above. Unless otherwise noted, the angle notation is described in the clockwise direction for the direction in which the angle increases, but even if the direction in which the angle increases is set in the counterclockwise direction, as long as the specified angle condition is satisfied. The angle notation is within the scope of the present invention.

さらに、前述の1軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第1検出電極としたときに、次の(3)の構成を備えた検出電極が第2検出電極として追加されれば、合計2軸(例えば、X軸とY軸)のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、(4)の構成を備えた検出電極は、前述の第2電極配置領域上に配置される。
(3)上述の二次振動に対して{90/(N+1)}°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つS=0,1,・・・,N(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、上述の基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第2検出電極
Further, in the above-described plurality of electrodes in the uniaxial vibration gyro, when the detection electrode is the first detection electrode, a detection electrode having the following configuration (3) is added as the second detection electrode. For example, it is a great advantage that angular velocity can be detected using in-plane vibration modes of a total of two axes (for example, the X axis and the Y axis). However, the detection electrode having the configuration (4) is disposed on the above-described second electrode arrangement region.
(3) Detect secondary vibrations of the vibration axis at an angle of {90 / (N + 1)} ° with respect to the secondary vibrations described above, and S = 0, 1,..., N (hereinafter, this paragraph) In the case of the same), an angle [{360 / (N + 1)} × {S + (1/4)}] ° away from the above-mentioned reference drive electrode and [{360 / (N + 1) from the reference drive electrode )} × {S + (3/4)}] ° A group of second detection electrodes including electrodes arranged at at least one of the angles separated from each other

本発明のもう1つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを2以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前述のリング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前述の駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N+1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つその基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、前述のリング状振動体の前述の平面における第1電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、そのリング状振動体の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
Another vibrating gyroscope of the present invention includes a ring-shaped vibrating body having a uniform plane, a leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body, and on or above the plane of the ring-shaped vibrating body. And a plurality of electrodes formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction. In addition, the plurality of electrodes includes the following (1) and (2):
(1) When N is a natural number greater than or equal to 2, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and arranged at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including a drive electrode and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the aforementioned drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N (hereinafter the same in this paragraph), the angular velocity of the aforementioned ring-shaped vibrating body is The secondary vibration of the vibration mode of cos (N + 1) θ generated at a given time is detected, and [{360 / (N + 1)} × {S + (1/4)}] ° away from the reference drive electrode A group of detection electrodes comprising electrodes arranged at least one of an angle and an angle [{360 / (N + 1)} × {S + (3/4)}] ° away from the reference drive electrode And have.
Furthermore, each of the aforementioned drive electrodes is disposed in the first electrode arrangement region in the aforementioned plane of the aforementioned ring-shaped vibrator, and each of the aforementioned detection electrodes is disposed from the outer periphery of the ring-shaped vibrator. In the second electrode arrangement region in the plane described above including either or both of the region extending to the vicinity of the outer peripheral edge and the region extending from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge It is arranged so that it is not electrically connected to any of the aforementioned drive electrodes.

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、1軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。また、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Nを2以上のある自然数とした場合のcosNθ及びcos(N+1)θの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。   According to this vibrating gyroscope, a voltage is applied to the piezoelectric element on the plane provided on the ring-shaped vibrating body, and the voltage signal generated by the distortion of the piezoelectric element is picked up. Therefore, it is possible to excite primary vibration and detect secondary vibration as a uniaxial angular velocity sensor. In other words, this vibration gyro does not form a piezoelectric element on the side surface of the ring-shaped vibrating body, but uses only the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body, and the primary vibration of the out-of-plane vibration mode. As well as secondary vibrations in the in-plane vibration mode can be detected. In addition, since the piezoelectric element is formed only on the plane of the ring-shaped vibrating body, it becomes possible to process the electrode and the ring-shaped vibrating body with high accuracy using a dry process technique. In addition, this vibration gyro has a degree of freedom that can be applied to the vibration modes of cosNθ and cos (N + 1) θ where N is a natural number greater than or equal to 2 by disposing the piezoelectric element in the specific region. ing. In addition, by providing the above-described group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared with the group of drive electrodes arranged only at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. The That is, for example, since the former can obtain a large amplitude even when the same voltage is applied to the latter, the detection sensitivity of the vibration gyro is improved. From another viewpoint, the former electric power required to obtain the amplitude of the primary vibration having the same magnitude as the latter can be suppressed.

また、本発明のもう1つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを3以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前述のリング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前述の駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N−2(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N−1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つその基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×S〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/2)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、前述のリング状振動体の前述の平面における第1電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、そのリング状振動体の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
Another vibration gyro according to the present invention includes a ring-shaped vibrating body having a uniform plane, a leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body, and the plane of the ring-shaped vibrating body or the And a plurality of electrodes formed by at least one of an upper layer metal film and a lower layer metal film that are placed above and sandwich the piezoelectric film in the thickness direction. In addition, the plurality of electrodes includes the following (1) and (2):
(1) When N is a natural number of 3 or more, the first vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including a drive electrode and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the above-described drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N−2 (hereinafter the same in this paragraph), An angle that detects the secondary vibration of the vibration mode of cos (N−1) θ generated when the angular velocity is given, and is separated from the reference drive electrode by [{360 / (N−1)} × S] °. And a group of detections provided with electrodes arranged at least at any angle between [{360 / (N−1)} × {S + (1/2)}] ° from the reference drive electrode Electrode.
Furthermore, each of the aforementioned drive electrodes is disposed in the first electrode arrangement region in the aforementioned plane of the aforementioned ring-shaped vibrator, and each of the aforementioned detection electrodes is disposed from the outer periphery of the ring-shaped vibrator. In the second electrode arrangement region in the plane described above including either or both of the region extending to the vicinity of the outer peripheral edge and the region extending from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge It is arranged so that it is not electrically connected to any of the aforementioned drive electrodes.

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、1軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。また、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Nを3以上のある自然数とした場合のcosNθ及びcos(N−1)θの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。   According to this vibrating gyroscope, a voltage is applied to the piezoelectric element on the plane provided on the ring-shaped vibrating body, and the voltage signal generated by the distortion of the piezoelectric element is picked up. Therefore, it is possible to excite primary vibration and detect secondary vibration as a uniaxial angular velocity sensor. In other words, this vibration gyro does not form a piezoelectric element on the side surface of the ring-shaped vibrating body, but uses only the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body, and the primary vibration of the out-of-plane vibration mode. As well as secondary vibrations in the in-plane vibration mode can be detected. In addition, since the piezoelectric element is formed only on the plane of the ring-shaped vibrating body, it becomes possible to process the electrode and the ring-shaped vibrating body with high accuracy using a dry process technique. Further, in this vibration gyro, the degree of freedom that can be applied to the vibration modes of cosNθ and cos (N−1) θ where N is a natural number greater than or equal to 3 by disposing the piezoelectric element in the specific region. It has. In addition, by providing the above-described group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared with the group of drive electrodes arranged only at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. The That is, for example, since the former can obtain a large amplitude even when the same voltage is applied to the latter, the detection sensitivity of the vibration gyro is improved. From another viewpoint, the former electric power required to obtain the amplitude of the primary vibration having the same magnitude as the latter can be suppressed.

さらに、前述の1軸の振動ジャイロにおける複数の電極において、前述の検出電極を第1検出電極としたときに、次の(3)の構成を備えた検出電極が第2検出電極として追加されれば、合計2軸(例えば、X軸とY軸)のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる点が大きな利点といえる。但し、(4)の構成を備えた検出電極は、前述の第2電極配置領域上に配置される。
(3)上述の二次振動に対して{90/(N−1)}°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つS=0,1,・・・,N−2(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、上述の基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第2検出電極
Further, in the above-described plurality of electrodes in the uniaxial vibration gyro, when the detection electrode is the first detection electrode, a detection electrode having the following configuration (3) is added as the second detection electrode. For example, it is a great advantage that angular velocity can be detected using in-plane vibration modes of a total of two axes (for example, the X axis and the Y axis). However, the detection electrode having the configuration (4) is disposed on the above-described second electrode arrangement region.
(3) The secondary vibration of the vibration axis at an angle separated by {90 / (N-1)} ° with respect to the above-described secondary vibration is detected, and S = 0, 1,..., N-2 ( Hereinafter, the same in this paragraph), the angle [{360 / (N−1)} × {S + (1/4)}] ° away from the reference drive electrode and the reference drive electrode [{360 / (N−1)} × {S + (3/4)}] a group of second detection electrodes each having an electrode arranged at at least one of the angles apart from each other

また、本発明のもう1つの振動ジャイロは、一様な平面を備えたリング状振動体と、そのリング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、そのリング状振動体のその平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備えている。加えて、それらの複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを3以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前述のリング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、その駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前述の駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N−2(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述のリング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N−1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つその基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、その基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極とを有している。
さらに、前述の駆動電極の各々は、前述のリング状振動体の前述の平面における第1電極配置領域に配置されており、前述の検出電極の各々は、そのリング状振動体の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域と、そのリング状振動体の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前述の平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前述の駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている。
Another vibration gyro according to the present invention includes a ring-shaped vibrating body having a uniform plane, a leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body, and the plane of the ring-shaped vibrating body or the And a plurality of electrodes formed by at least one of an upper layer metal film and a lower layer metal film that are placed above and sandwich the piezoelectric film in the thickness direction. In addition, the plurality of electrodes includes the following (1) and (2):
(1) When N is a natural number of 3 or more, the first vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including a drive electrode and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the above-described drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N−2 (hereinafter the same in this paragraph), The secondary vibration in the vibration mode of cos (N−1) θ generated when the angular velocity is given is detected, and {{360 / (N−1)} × {S + (1/4) from the reference drive electrode. )}] [Deg.] Away from the reference drive electrode and [{360 / (N-1)} * {S + (3/4)}] [deg.] Away from the reference drive electrode. And a group of detection electrodes.
Furthermore, each of the aforementioned drive electrodes is disposed in the first electrode arrangement region in the aforementioned plane of the aforementioned ring-shaped vibrator, and each of the aforementioned detection electrodes is disposed from the outer periphery of the ring-shaped vibrator. In the second electrode arrangement region in the plane described above including either or both of the region extending to the vicinity of the outer peripheral edge and the region extending from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge It is arranged so that it is not electrically connected to any of the aforementioned drive electrodes.

この振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子に対して電圧を印加したり、圧電素子のひずみによって生じた電圧信号を拾ったりするための電極が形成されているため、1軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。また、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Nを3以上のある自然数とした場合のcosNθ及びcos(N−1)θの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る。   According to this vibrating gyroscope, a voltage is applied to the piezoelectric element on the plane provided on the ring-shaped vibrating body, and the voltage signal generated by the distortion of the piezoelectric element is picked up. Therefore, it is possible to excite primary vibration and detect secondary vibration as a uniaxial angular velocity sensor. In other words, this vibration gyro does not form a piezoelectric element on the side surface of the ring-shaped vibrating body, but uses only the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body, and the primary vibration of the out-of-plane vibration mode. As well as secondary vibrations in the in-plane vibration mode can be detected. In addition, since the piezoelectric element is formed only on the plane of the ring-shaped vibrating body, it becomes possible to process the electrode and the ring-shaped vibrating body with high accuracy using a dry process technique. Further, in this vibration gyro, the degree of freedom that can be applied to the vibration modes of cosNθ and cos (N−1) θ where N is a natural number greater than or equal to 3 by disposing the piezoelectric element in the specific region. It has. In addition, by providing the above-described group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared with the group of drive electrodes arranged only at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. The That is, for example, since the former can obtain a large amplitude even when the same voltage is applied to the latter, the detection sensitivity of the vibration gyro is improved. From another viewpoint, the former electric power required to obtain the amplitude of the primary vibration having the same magnitude as the latter can be suppressed.

なお、前述の1軸又は2軸の各振動ジャイロにおける複数の電極に、次の(4)の構成を備えたモニタ電極が追加されることは、特に小型化されたリング状振動体の限定された平面領域の中で他の電極群の配置及び/又は引き出し電極の配置を容易にすることになる点で好ましい一態様である。
(4)M=0,1,・・・,2N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述の基準駆動電極から円周方向に(180/N)×{M+(1/2)}°離れた角度以外の角度に配置された一群のモニタ電極
It should be noted that the addition of the monitor electrode having the following configuration (4) to the plurality of electrodes in each of the above-described one-axis or two-axis vibration gyros is particularly limited to a miniaturized ring-shaped vibration body. This is a preferred embodiment in that the arrangement of the other electrode group and / or the arrangement of the extraction electrode is facilitated in the planar area.
(4) When M = 0, 1,..., 2N-1 (hereinafter, the same in this paragraph), (180 / N) × {M + (1 / 2)} a group of monitor electrodes arranged at an angle other than an angle apart

さらに、前述の1軸又は2軸の各振動ジャイロにおける複数の電極に、次の(4)の構成を備えたモニタ電極が追加されることも、特に小型化されたリング状振動体の限定された平面領域の中で他の電極群の配置及び/又は引き出し電極の配置を容易にすることになる点で好ましい一態様である。
(4)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、前述の基準駆動電極から円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置された一群のモニタ電極
Furthermore, the addition of monitor electrodes having the following configuration (4) to the plurality of electrodes in each of the above-described one-axis or two-axis vibration gyros is particularly limited in a miniaturized ring-shaped vibrating body. This is a preferred embodiment in that the arrangement of the other electrode group and / or the arrangement of the extraction electrode is facilitated in the planar area.
(4) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and M = 0, 1,..., N−1 (hereinafter the same in this paragraph), the reference drive electrode is circled. A group of monitor electrodes arranged at an angle of [(360 / N) × {M + (1/2)}] ° in the circumferential direction

本発明の1つの振動ジャイロによれば、リング状振動体が備える平面上であって上記の特有の領域に、圧電素子が電極として形成されているため、1軸乃至2軸の角速度センサとして一次振動の励起と二次振動の検出が可能となる。つまり、この振動ジャイロでは、リング状振動体の側面上に圧電素子を形成せずに、リング状振動体の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるのみならず、イン・プレーンの振動モードの二次振動を検出することができる。また、圧電素子がリング状振動体の平面上にのみ形成されているため、ドライプロセス技術を用いて高精度に電極及びリング状振動体の加工を行うことが可能となる。また、この振動ジャイロでは、上記の特有な領域に圧電素子を配置することにより、Nを2以上又は3以上のある自然数とした場合の、cosNθの振動モードに適用しうる自由度、あるいはcos(N+1)θ又はcos(N−1)θの振動モードに適用しうる自由度を備えている。加えて、上述の一群の駆動電極を備えることにより、円周方向に(360/N)°離れた角度のみに配置された一群の駆動電極に比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   According to one vibration gyro of the present invention, since the piezoelectric element is formed as an electrode on the plane included in the ring-shaped vibrating body and in the specific region, the linear gyroscope is primarily used as a uniaxial or biaxial angular velocity sensor. Vibration excitation and secondary vibration detection are possible. In other words, this vibration gyro does not form a piezoelectric element on the side surface of the ring-shaped vibrating body, but uses only the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body, and the primary vibration of the out-of-plane vibration mode. As well as secondary vibrations in the in-plane vibration mode can be detected. In addition, since the piezoelectric element is formed only on the plane of the ring-shaped vibrating body, it becomes possible to process the electrode and the ring-shaped vibrating body with high accuracy using a dry process technique. In this vibrating gyroscope, the degree of freedom that can be applied to the vibration mode of cosNθ when N is a natural number of 2 or more or 3 or more by arranging piezoelectric elements in the above specific region, or cos ( N + 1) [theta] or cos (N-1) [theta] has a degree of freedom applicable. In addition, by providing the above-described group of drive electrodes, an increase in amplitude or power saving can be achieved as compared with the group of drive electrodes arranged only at an angle of (360 / N) ° in the circumferential direction. The

本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of the present invention. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるリング状振動ジャイロの一部の製造工程の過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process of the one part manufacturing process of the ring-shaped vibrating gyroscope in one embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の図2に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 2 of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 図7のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 図9のC−C断面図である。It is CC sectional drawing of FIG. 本発明の1つの実施形態におけるアウト・オブ・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the primary vibration of the vibration mode of cos2 (theta) of an out-of-plane in one Embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるX軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the secondary vibration of the vibration mode of in-plane cos3 (theta) in case angular velocity is added around the X-axis in one Embodiment of this invention. 本発明の1つの実施形態におけるY軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the secondary vibration of the vibration mode of in-plane cos3 (theta) in case angular velocity is added around the Y-axis in one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるアウト・オブ・プレーンのcos3θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the primary vibration of the vibration mode of cos3 (theta) of the out-of-plane in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるX軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the primary vibration of the vibration mode of in-plane cos2 (theta) in case angular velocity is added around the X-axis in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるY軸の回りで角速度が加わる場合のイン・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動を概念的に説明する図である。It is a figure which illustrates notionally the primary vibration of the vibration mode of in-plane cos2 (theta) in case angular velocity is added around the Y-axis in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態におけるリング状振動ジャイロの中心的役割を果たす構造体の正面図である。It is a front view of the structure which plays the central role of the ring-shaped vibrating gyroscope in other embodiment of this invention.

つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings unless otherwise specified. In the drawings, the elements of the present embodiment are not necessarily shown to scale.

<第1の実施形態>
図1は、本実施形態における2軸の角速度を測定するリング状振動ジャイロ100の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図2は、図1のA−A断面図である。なお、説明の便宜上、図1には、X軸及びY軸が表記されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a front view of a structure that plays a central role in a ring-shaped vibrating gyroscope 100 that measures biaxial angular velocities in this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. For convenience of explanation, the X axis and the Y axis are shown in FIG.

図1及び図2に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ100は、大きく3つの構成に分類される。第1の構成は、シリコン基板10から形成されるリング状振動体11の上部の平面(以下、上面という)上に、シリコン酸化膜20を備え、さらにその上に、圧電体膜40が下層金属膜30及び上層金属膜50に挟まれることにより形成される複数の電極13a〜13fを備えた構成である。本実施形態では、複数の電極13b〜13eを構成する上層金属膜50の外側端部又は内側端部は、約40μm幅のリング状平面を有するリング状振動体11の外周縁又は内周縁から約1μm内側に形成され、その幅は約12μmである。また、その上層金属膜50のうち、また、4個の電極13a,13fは中央線を含むように形成され、その幅は約12μmである。また、12個の電極は、リング状振動体11の上面であるリング状平面の幅の両端間の中央を結ぶ線(以下、単に中央線という)よりも外側に形成され、その他の12個の電極は、中央線よりも内側に配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the ring-shaped vibrating gyroscope 100 of this embodiment is roughly classified into three configurations. The first configuration includes a silicon oxide film 20 on an upper plane (hereinafter referred to as an upper surface) of a ring-shaped vibrating body 11 formed from a silicon substrate 10, and a piezoelectric film 40 is further formed on the lower layer metal. In this configuration, a plurality of electrodes 13 a to 13 f are formed by being sandwiched between the film 30 and the upper metal film 50. In the present embodiment, the outer end portion or the inner end portion of the upper metal film 50 constituting the plurality of electrodes 13b to 13e is about from the outer peripheral edge or the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 having a ring-shaped plane having a width of about 40 μm. It is formed inside 1 μm and its width is about 12 μm. Further, of the upper metal film 50, the four electrodes 13a and 13f are formed so as to include the center line, and the width thereof is about 12 μm. The twelve electrodes are formed outside the line connecting the centers of both ends of the width of the ring-shaped plane that is the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 (hereinafter simply referred to as the center line), and the other twelve electrodes. The electrode is arranged inside the center line.

ところで、本実施形態では、図11Aアウト・オブ・プレーンのcos2θの振動モードでリング状振動ジャイロ100の一次振動が励起される。また、本実施形態の二次振動の振動モードは、図11Bに示すX軸のcos3θのイン・プレーンの振動モードと、図11Cに示すY軸のcos3θのイン・プレーンの振動モードである。   By the way, in the present embodiment, the primary vibration of the ring-shaped vibrating gyroscope 100 is excited in the vibration mode of cos 2θ of FIG. 11A out-of-plane. The vibration modes of the secondary vibration of the present embodiment are the X-axis cos 3θ in-plane vibration mode shown in FIG. 11B and the Y-axis cos 3θ in-plane vibration mode shown in FIG. 11C.

従って、前述の複数の電極13a〜13fの内訳は、次のとおりである。まず、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/2)°、すなわち90°離れた角度に配置された1つの駆動電極13aが配置される。ここで、図面の便宜上、駆動電極13a,13a,13aに接続する交流電源は省略されている。また、前述の3つの駆動電極13a,13a,13aの内の1つの駆動電極13a(例えば、図1において時計の12時方向の駆動電極13a)を基準電極とした場合に、その駆動電極13aから円周方向であって270°離れた角度に1つのモニタ電極13fが配置される。また、リング状振動体上の圧電素子が配置される平面、換言すれば、図1における紙面をX‐Y平面とした場合に、リング状振動ジャイロ100にX軸まわりの角速度が与えられたときに発生する二次振動を検出する、第1検出電極13b,13cが、基準電極から円周方向であって0°、60°、120°、180°、240°、及び300°離れた角度に配置される。同様に、リング状振動ジャイロ100にY軸まわりの角速度が与えられたときに発生する二次振動を検出する第2検出電極13d,13eが、基準電極から円周方向であって30°、90°、150°、210°、270°、及び330°離れた角度に配置される。なお、モニタ電極13fは、励起される一次振動の振幅や周波数をモニタするために用いるので、その目的が達成できるだけの数を用いればよく、必ずしも複数用いる必要はない。   Accordingly, the breakdown of the plurality of electrodes 13a to 13f is as follows. First, two drive electrodes 13a, 13a arranged at an angle of (360/2) ° in the circumferential direction, that is, 180 ° apart, and (180/2) °, that is, 90 ° apart from each of the drive electrodes. One drive electrode 13a arranged at an angle is arranged. Here, for convenience of drawing, the AC power supply connected to the drive electrodes 13a, 13a, 13a is omitted. In addition, when one of the three drive electrodes 13a, 13a, 13a described above (for example, the drive electrode 13a in the 12 o'clock direction of the timepiece in FIG. 1) is used as a reference electrode, the drive electrode 13a One monitor electrode 13f is arranged at an angle of 270 ° in the circumferential direction. Further, when an angular velocity around the X axis is given to the ring-shaped vibrating gyroscope 100 when the plane on which the piezoelectric element on the ring-shaped vibrating body is arranged, in other words, the paper surface in FIG. The first detection electrodes 13b and 13c that detect secondary vibrations generated in the circumferential direction are circumferentially away from the reference electrode at angles of 0 °, 60 °, 120 °, 180 °, 240 °, and 300 °. Be placed. Similarly, the second detection electrodes 13d and 13e for detecting secondary vibration generated when an angular velocity around the Y axis is applied to the ring-shaped vibration gyro 100 are 30 ° and 90 ° in the circumferential direction from the reference electrode. They are arranged at angles separated by °, 150 °, 210 °, 270 °, and 330 °. Since the monitor electrode 13f is used for monitoring the amplitude and frequency of the excited primary vibration, it is sufficient to use a number that can achieve the purpose, and it is not necessary to use a plurality.

また、本実施形態では、下層金属膜30及び上層金属膜50の厚みは100nmであり、圧電体膜40の厚みは、3μmである。また、シリコン基板10の厚みは100μmである。   In the present embodiment, the lower metal film 30 and the upper metal film 50 have a thickness of 100 nm, and the piezoelectric film 40 has a thickness of 3 μm. The thickness of the silicon substrate 10 is 100 μm.

なお、本実施形態及び後述する他の実施形態では、各電極が配置されている領域が2つに分類される。1つは、リング状振動体11の上面の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域及び/又はその内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域に配置される第1検出電極13b,13c及び第2検出電極13d,13eの領域である。これを、第2電極配置領域とする。もう1つは、リング状振動体11の上面であって、その第2電極配置領域と電気的に接しないように配置される各駆動電極13a,13aが形成された領域である。これを、第1電極配置領域とする。より具体的には、第1検出電極13b,13c及び第2検出電極13d,13eは、前述の3つの駆動電極13a,13a,13aのいずれとも電気的に接続しないように配置される。   In the present embodiment and other embodiments described later, the region where each electrode is arranged is classified into two. One is a first detection electrode disposed in a region from the outer periphery of the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 to the vicinity of the outer periphery and / or a region from the inner periphery to the vicinity of the inner periphery. 13b and 13c and the second detection electrodes 13d and 13e. This is the second electrode arrangement region. The other is an area on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 where the drive electrodes 13a and 13a arranged so as not to be in electrical contact with the second electrode arrangement area are formed. This is defined as a first electrode arrangement region. More specifically, the first detection electrodes 13b and 13c and the second detection electrodes 13d and 13e are arranged so as not to be electrically connected to any of the three drive electrodes 13a, 13a, and 13a.

第2の構成は、リング状振動体11の一部と連結しているレッグ部15,・・・,15である。このレッグ部15,・・・,15もシリコン基板10から形成されている。また、レッグ部15,・・・,15上には、リング状振動体11上のそれらと連続する上述のシリコン酸化膜20、下層金属膜30、及び圧電体膜40がレッグ部15,・・・,15の上面全体に形成されている。さらに、圧電体膜40の上面の中央線上には、幅約8μmの引き出し電極14,・・・,14である上層金属膜50が形成されている。   The second configuration is leg portions 15,..., 15 connected to a part of the ring-shaped vibrating body 11. The leg portions 15,..., 15 are also formed from the silicon substrate 10. Further, on the leg portions 15,..., The above-described silicon oxide film 20, lower metal film 30, and piezoelectric film 40 that are continuous with those on the ring-shaped vibrating body 11 are formed on the leg portions 15. .. formed on the entire top surface of 15. Further, on the center line of the upper surface of the piezoelectric film 40, an upper metal film 50 that is the extraction electrodes 14,...

なお、本実施形態では、24本のレッグ部15,・・・,15のうち、12本のレッグ部15,・・・,15上には複数の引き出し電極14が形成されている。これらは、リング状振動体11の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域、及び中央線を含むように配置された各電極から支柱19上の電極パッド18まで引き出すための経路を確保するために創出された。特に、本実施形態では、第2検出電極13b,13dからの電気信号の偏りを解消するために、第2検出電極13b,13dのそれぞれの両端部から引き出し電極14,14が形成されている。なお、それぞれの第2検出電極13b,13dの片側のみから引き出し電極14,14が形成されている場合であっても、振動ジャイロとしての機能を失うことはない。   In the present embodiment, among the 24 leg portions 15,..., 15, a plurality of lead electrodes 14 are formed on 12 leg portions 15,. These secure a route from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the vicinity of the outer peripheral edge, and a path for drawing out from each electrode arranged to include the center line to the electrode pad 18 on the column 19. Was created to do. In particular, in this embodiment, lead electrodes 14 and 14 are formed from both end portions of the second detection electrodes 13b and 13d in order to eliminate the bias of the electric signals from the second detection electrodes 13b and 13d. Even when the extraction electrodes 14 and 14 are formed only from one side of the second detection electrodes 13b and 13d, the function as a vibrating gyroscope is not lost.

第3の構成は、上述のレッグ部15,・・・,15に連結しているシリコン基板10から形成される支柱19である。本実施形態では、支柱19が、図示しないリング状振動ジャイロ100のパッケージ部に連結し、固定端としての役割を果たしている。また、支柱19は、電極パッド18,・・・,18を備えている。また、図2に示すように、支柱19の上面には、グラウンド電極である固定電位電極16を除き、レッグ部15,・・・,15上のそれらと連続する上述のシリコン酸化膜20、下層金属膜30、及び圧電体膜40が形成されている。ここで、シリコン酸化膜20上に形成された下層金属膜30が固定電位電極16の役割を担っている。また、支柱19の上方に形成されている圧電体膜20の上面には、レッグ部15,・・・,15上のそれと連続する前述の引き出し電極14,・・・,14及び電極パッド18,・・・,18が形成されている。   A third configuration is a support column 19 formed from the silicon substrate 10 connected to the above-described leg portions 15,. In the present embodiment, the support column 19 is connected to a package portion of the ring-shaped vibrating gyroscope 100 (not shown) and serves as a fixed end. The support column 19 includes electrode pads 18,. Further, as shown in FIG. 2, on the upper surface of the support column 19, except for the fixed potential electrode 16 that is a ground electrode, the above-described silicon oxide film 20 that is continuous with those on the leg portions 15,. A metal film 30 and a piezoelectric film 40 are formed. Here, the lower metal film 30 formed on the silicon oxide film 20 serves as the fixed potential electrode 16. Further, on the upper surface of the piezoelectric film 20 formed above the support column 19, the above-described lead electrodes 14,..., 14 and electrode pads 18 that are continuous with those on the leg portions 15,. ..., 18 are formed.

次に、本実施形態のリング状振動ジャイロ100の製造方法について、図3A乃至図3Fに基づいて説明する。なお、図3A乃至図3Fは、図2における一部の範囲に対応する断面図である。   Next, a method for manufacturing the ring-shaped vibrating gyroscope 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3F. 3A to 3F are cross-sectional views corresponding to a part of the range in FIG.

まず、図3Aに示すように、シリコン基板10上に、シリコン酸化膜20、下層金属膜30、圧電体膜40、及び上層金属膜50が積層されている。前述の各膜は公知の成膜手段によって形成されている。本実施形態では、シリコン酸化膜20は公知の手段による熱酸化膜である。また、下層金属膜30、圧電体膜40、及び上層金属膜50は、いずれも公知のスパッタリング法により形成されている。なお、これらの膜の形成は、前述の例に限定されず、他の公知の手段によっても形成され得る。   First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 20, a lower metal film 30, a piezoelectric film 40, and an upper metal film 50 are stacked on a silicon substrate 10. Each of the aforementioned films is formed by a known film forming means. In this embodiment, the silicon oxide film 20 is a thermal oxide film by a known means. The lower metal film 30, the piezoelectric film 40, and the upper metal film 50 are all formed by a known sputtering method. In addition, formation of these films | membranes is not limited to the above-mentioned example, It can form also by another well-known means.

次に、上層金属膜50の一部がエッチングされる。本実施形態では、上層金属膜50上に公知のレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術により形成されたパターンに基づいてドライエッチングを行うことにより、図3Bに示される上層金属膜50が形成される。ここで、上層金属膜50のドライエッチングは、アルゴン(Ar)又はアルゴン(Ar)と酸素(O)の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング(RIE)条件によって行われる。 Next, a part of the upper metal film 50 is etched. In this embodiment, after forming a known resist film on the upper metal film 50, the upper metal film 50 shown in FIG. 3B is formed by performing dry etching based on the pattern formed by the photolithography technique. The Here, the dry etching of the upper metal film 50 is performed under known reactive ion etching (RIE) conditions using argon (Ar) or a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ).

その後、図3Cに示すように、圧電体膜40の一部がエッチングされる。まず、上述の同様、フォトリソグラフィ技術によりパターニングがされたレジスト膜に基づいて、圧電体膜40がドライエッチングされる。なお、本実施形態の圧電体膜40のドライエッチングは、アルゴン(Ar)とCガスの混合ガス、又はアルゴン(Ar)とCガスとCHFガスの混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング(RIE)条件によって行われる。 Thereafter, as shown in FIG. 3C, a part of the piezoelectric film 40 is etched. First, as described above, the piezoelectric film 40 is dry-etched based on the resist film patterned by the photolithography technique. Incidentally, the dry etching of the piezoelectric film 40 of the present embodiment, using argon (Ar) and a mixed gas of C 2 F 6 gas, or argon (Ar) and C 2 F 6 gas and CHF 3 gas mixed gas This is performed under known reactive ion etching (RIE) conditions.

続いて、図3Dに示すように、下層金属膜30の一部がエッチングされる。本実施形態では、下層金属膜30を利用した固定電位電極16が形成されるように、再度、フォトリソグラフィ技術によってパターニングされたレジスト膜を用いてドライエッチングされる。本実施形態では、固定電位電極16は、グラウンド電極として利用される。なお、本実施形態の下層金属膜30のドライエッチングは、アルゴン(Ar)又はアルゴン(Ar)と酸素(O)の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング(RIE)条件によって行われる。 Subsequently, as shown in FIG. 3D, a part of the lower metal film 30 is etched. In the present embodiment, dry etching is again performed using a resist film patterned by a photolithography technique so that the fixed potential electrode 16 using the lower metal film 30 is formed. In the present embodiment, the fixed potential electrode 16 is used as a ground electrode. Note that the dry etching of the lower metal film 30 of the present embodiment is performed under known reactive ion etching (RIE) conditions using argon (Ar) or a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ).

ところで、本実施形態では、前述の再び形成されたレジスト膜をエッチングマスクとして、その後のシリコン酸化膜20及びシリコン基板10を連続的にエッチングするため、このレジスト膜の厚みは、約4μmになるように形成されている。但し、万一、このレジスト膜がシリコン基板10のエッチング中に消失した場合であっても、シリコン基板10に用いられるエッチャントに対するエッチングレートの選択比が有利に働くため、前述のエッチングによって上層金属膜50、圧電体膜40、及び下層金属膜30の性能は実質的に影響を受けない。すなわち、本実施形態では、リング状振動体11をシリコン基板から形成するため、レジスト膜との選択比も十分に高い公知のシリコントレンチエッチング技術が適用できる。なお、仮にそのレジスト膜が消失しても、その下層にある上層金属膜又は圧電体膜がシリコンのエッチングの際のマスクとしての役割を果たす十分な選択比を備えている。   By the way, in this embodiment, since the subsequent silicon oxide film 20 and the silicon substrate 10 are continuously etched using the re-formed resist film as an etching mask, the thickness of the resist film is about 4 μm. Is formed. However, even if this resist film disappears during the etching of the silicon substrate 10, the etching rate selectivity with respect to the etchant used for the silicon substrate 10 works favorably. 50, the performance of the piezoelectric film 40, and the lower metal film 30 are not substantially affected. That is, in this embodiment, since the ring-shaped vibrating body 11 is formed from a silicon substrate, a known silicon trench etching technique having a sufficiently high selectivity with respect to the resist film can be applied. Even if the resist film disappears, the upper metal film or piezoelectric film under the resist film has a sufficient selection ratio to serve as a mask for etching silicon.

次に、図3E及び図3Fに示すように、上述の通り、下層金属膜30をエッチングするためのレジスト膜を利用して、シリコン酸化膜20及びシリコン基板10をドライエッチングする。本実施形態のシリコン酸化膜20のドライエッチングは、アルゴン(Ar)又はアルゴン(Ar)と酸素(O)の混合ガスを用いた公知のリアクティブイオンエッチング(RIE)条件によって行われた。また、本実施形態のシリコン基板10のドライエッチングの条件は、公知のシリコントレンチエッチング技術が適用される。ここで、シリコン基板10は貫通エッチングされる。従って、前述のドライエッチングは、貫通時にシリコン基板10を載置するステージをプラズマに曝さないようにするための保護基板をシリコン基板10の下層に伝熱性の優れたグリース等により貼り付けた状態で行われる。そのため、例えば、貫通後にシリコン基板10の厚さ方向に垂直な方向の面、換言すればエッチング側面が侵食されることを防ぐために、特開2002−158214に記載されているドライエッチング技術が採用されることは好ましい一態様である。 Next, as shown in FIGS. 3E and 3F, the silicon oxide film 20 and the silicon substrate 10 are dry-etched using the resist film for etching the lower metal film 30 as described above. The dry etching of the silicon oxide film 20 of the present embodiment was performed under known reactive ion etching (RIE) conditions using argon (Ar) or a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ). In addition, a known silicon trench etching technique is applied to the dry etching conditions of the silicon substrate 10 of the present embodiment. Here, the silicon substrate 10 is etched through. Therefore, in the dry etching described above, a protective substrate for preventing the stage on which the silicon substrate 10 is placed from being exposed to plasma during penetration is attached to the lower layer of the silicon substrate 10 with grease having excellent heat conductivity. Done. Therefore, for example, in order to prevent the surface in the direction perpendicular to the thickness direction of the silicon substrate 10 after the penetration, in other words, the etching side surface from being eroded, the dry etching technique described in JP-A-2002-158214 is employed. This is a preferred embodiment.

上述の通り、シリコン基板10及びシリコン基板10上に積層された各膜のエッチングによって、リング状振動ジャイロ100の中心的な構造部が形成されたのち、公知の手段によるパッケージへの収容工程、及び配線工程を経ることにより、リング状振動ジャイロ100が形成される。従って、この振動ジャイロ100によれば、リング状振動体11の側面に圧電素子を形成せずに、リング状振動体11の平面上に形成された圧電素子のみにより、アウト・オブ・プレーンの一次振動の励起と、最大で2軸のイン・プレーンの二次振動の検出が可能となる。その結果、上述の高精度で安価に量産が可能なドライプロセス技術を用いて振動ジャイロ100を製造することが可能となる。   As described above, after the central structure of the ring-shaped vibrating gyroscope 100 is formed by etching the silicon substrate 10 and each film laminated on the silicon substrate 10, the process of accommodating the package in a known means, and The ring-shaped vibrating gyroscope 100 is formed through the wiring process. Therefore, according to this vibrating gyroscope 100, the piezoelectric element is not formed on the side surface of the ring-shaped vibrating body 11, and only the piezoelectric element formed on the plane of the ring-shaped vibrating body 11 is used to generate a primary out-of-plane primary. It becomes possible to excite vibration and to detect a secondary vibration of a maximum of two axes in-plane. As a result, the vibrating gyroscope 100 can be manufactured using the dry process technology that can be mass-produced with high accuracy and low cost.

次に、リング状振動ジャイロ100が備える各電極の作用について説明する。上述の通り、本実施形態はアウト・オブ・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動が励起される。なお、固定電位電極16が接地されるため、固定電位電極16と連続して形成されている下層電極膜30は一律に0Vになっている。   Next, the operation of each electrode provided in the ring-shaped vibrating gyroscope 100 will be described. As described above, in this embodiment, the primary vibration of the out-of-plane cos 2θ vibration mode is excited. Since the fixed potential electrode 16 is grounded, the lower electrode film 30 formed continuously with the fixed potential electrode 16 is uniformly at 0V.

最初に、3つの駆動電極13a,13a,13aに1VP−0の交流電圧が印加される。但し、図1において時計の3時方向の駆動電極13aに印加される電圧の位相は、他の2つの駆動電極13a,13aに印加される電圧の位相とは逆である。その結果、圧電体膜40が伸縮して一次振動が励起される。ここで、本実施形態では上層金属膜50が、平面視においてリング状振動体11の中央線を含むように形成されている。これは、イン・プレーンの振動モードとなる二次振動を圧電体膜の歪みによって励起しにくいためである。しかしながら、一次振動と二次振動のリング状振動体11の共振周波数が異なれば、各駆動電極13aが中央線を含まないように配置されていても良い。 First, an AC voltage of 1 V P-0 is applied to the three drive electrodes 13 a, 13 a, and 13 a. However, in FIG. 1, the phase of the voltage applied to the driving electrode 13a in the 3 o'clock direction of the timepiece is opposite to the phase of the voltage applied to the other two driving electrodes 13a and 13a. As a result, the piezoelectric film 40 expands and contracts to excite primary vibration. Here, in the present embodiment, the upper metal film 50 is formed so as to include the center line of the ring-shaped vibrating body 11 in plan view. This is because it is difficult to excite secondary vibration, which is an in-plane vibration mode, due to distortion of the piezoelectric film. However, if the resonance frequencies of the ring-shaped vibrating body 11 of the primary vibration and the secondary vibration are different, the drive electrodes 13a may be arranged so as not to include the center line.

上述の通り、本実施形態では、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/2)°、すなわち90°離れた角度に配置された1つの駆動電極13aとが配置される。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ100は、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。つまり、例えば、前者は後者に対し、同じ電圧を印加した場合であっても大きな振幅が得られることになるため、振動ジャイロの検出感度が向上する。他の見方をすれば、後者と同じ大きさの一次振動の振幅を得るための前者の必要な電力は抑制され得る   As described above, in the present embodiment, two drive electrodes 13a and 13a disposed at an angle of (360/2) ° in the circumferential direction, that is, 180 ° apart, and each of these drive electrodes (180/2). ) °, that is, one drive electrode 13a arranged at an angle of 90 °. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 100 according to the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of drive electrodes arranged only at an angle of (360/2) °, that is, 180 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved. That is, for example, since the former can obtain a large amplitude even when the same voltage is applied to the latter, the detection sensitivity of the vibration gyro is improved. From another point of view, the former power required to obtain the amplitude of the primary vibration of the same magnitude as the latter can be suppressed.

次に、図1に示すモニタ電極13fが、上述の一次振動の振幅及び共振周波数を検出して、図示しない公知のフィードバック制御回路に信号を送信する。本実施形態のフィードバック制御回路は、駆動電極13a,13a,13aに印加される交流電圧の周波数とリング状振動体11が持つ固有周波数が一致するように制御するとともに、リング状振動体11の振幅がある一定の値となるようにモニタ電極13fの信号を用いて制御している。その結果、リング状振動体11においては、一定の振動が持続される。   Next, the monitor electrode 13f shown in FIG. 1 detects the amplitude and resonance frequency of the primary vibration described above, and transmits a signal to a known feedback control circuit (not shown). The feedback control circuit of the present embodiment controls the frequency of the AC voltage applied to the drive electrodes 13a, 13a, and 13a so that the natural frequency of the ring-shaped vibrating body 11 coincides with the amplitude of the ring-shaped vibrating body 11. Control is performed using the signal of the monitor electrode 13f so as to have a certain value. As a result, the ring-shaped vibrating body 11 maintains a constant vibration.

ここで、上述の一次振動が励起された後、X軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合、図11Bに示すイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動が生じる。   Here, a case where an angular velocity is applied around the X-axis after the above-described primary vibration is excited will be described. In this case, the secondary vibration in the vibration mode of in-plane cos 3θ shown in FIG. 11B is generated.

この二次振動が6つの検出電極(第1検出電極)13b,・・・,13bと、別の6つの検出電極(第1検出電極)13c,・・・,13cによって検出される。本実施形態では、図1に示すように、各検出電極13b,13cは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。なお、本実施形態では、上述の各検出電極13b,13cは、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体11の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。なお、本出願において、振動軸とは、記述している振動の振幅が最も大きくなるような方位をいい、リング状振動体上の方向によって示す。   This secondary vibration is detected by six detection electrodes (first detection electrodes) 13b, ..., 13b and another six detection electrodes (first detection electrodes) 13c, ..., 13c. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, each of the detection electrodes 13b and 13c is disposed corresponding to the vibration axis of the in-plane secondary vibration. In the present embodiment, each of the detection electrodes 13b and 13c described above has a center line on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 so that the secondary vibration to be detected, that is, the in-plane vibration mode, can be detected most easily. The outer side and the inner side are arranged. In the present application, the vibration axis means an orientation in which the amplitude of the described vibration is the largest, and is indicated by a direction on the ring-shaped vibrating body.

本実施形態では、各検出電極13b,13cの配置により、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極13b,13cの電気的信号の正負が逆になる。従って、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極13b,13cの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約2倍の検出能力を備えることになる。   In the present embodiment, the arrangement of the detection electrodes 13b and 13c reverses the sign of the electrical signals of the detection electrodes 13b and 13c caused by the in-plane secondary vibration excited by the angular velocity. Therefore, the difference between the electrical signals of the detection electrodes 13b and 13c is calculated in an arithmetic circuit which is a known difference circuit. As a result, the detection signal has about twice the detection capability as compared with the case of either one of the detection electrodes.

次に、上述の一次振動が励起された後、Y軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合、図11Cに示すイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動が生じる。   Next, a case where an angular velocity is applied around the Y axis after the above-described primary vibration is excited will be described. In this case, the secondary vibration in the in-plane cos 3θ vibration mode shown in FIG. 11C occurs.

この二次振動が6つの検出電極(第2検出電極)13d,・・・,13dと、別の6つの検出電極(第2検出電極)13e,・・・,13eによって検出される。本実施形態では、図1に示すように、各検出電極13d,13eは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。なお、本実施形態では、上述の各検出電極13d,13eも、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体11の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。   This secondary vibration is detected by six detection electrodes (second detection electrodes) 13d,..., 13d and another six detection electrodes (second detection electrodes) 13e,. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the detection electrodes 13d and 13e are arranged corresponding to the vibration axes of the in-plane secondary vibration, respectively. In the present embodiment, each of the detection electrodes 13d and 13e described above also has a center line on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 so that the secondary vibration to be detected, that is, the in-plane vibration mode, can be detected most easily. The outer side and the inner side are arranged.

本実施形態では、各検出電極13b,13cの配置により、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極13d,13eの電気的信号の正負が逆になる。従って、上述と同様、公知の差分回路である演算回路において、各検出電極13d,13eの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号はいずれか一方の検出電極の場合と比較して約2倍の検出能力を備えることになる。   In the present embodiment, the arrangement of the detection electrodes 13b and 13c reverses the sign of the electrical signals of the detection electrodes 13d and 13e generated by the in-plane secondary vibration excited by the angular velocity. Therefore, in the same manner as described above, the difference between the electrical signals of the detection electrodes 13d and 13e is calculated in an arithmetic circuit that is a known difference circuit. As a result, the detection signal has about twice the detection capability as compared with the case of either one of the detection electrodes.

ところで、上述の第1の実施形態では、便宜上、角速度を検出する対象となる2軸のそれぞれを検出する検出電極に対して第1検出電極及び第2検出電極の名称を与えていたが、各軸用の検出電極の名称は、第1検出電極及び第2検出電極のうち、任意の重複しない1つの名称が与えられてもよい。   By the way, in the first embodiment described above, for the sake of convenience, the names of the first detection electrode and the second detection electrode are given to the detection electrodes that detect each of the two axes that are targets for detecting the angular velocity. As the name of the detection electrode for the axis, any one non-overlapping name of the first detection electrode and the second detection electrode may be given.

<第1の実施形態の変形例(1)>
図4は、第1の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ200の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
<Modification Example (1) of First Embodiment>
FIG. 4 is a front view of a structure that plays a central role in the ring-shaped vibrating gyroscope 200 obtained by modifying a part of the first embodiment.

本実施形態のリング状振動ジャイロ200は、第1の実施形態における上層金属膜50を除き、第1の実施形態のリング状振動ジャイロ100と同一の構成を備える。また、その製造方法は一部を除いて第1の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第1の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。   The ring-shaped vibrating gyroscope 200 of the present embodiment has the same configuration as the ring-shaped vibrating gyroscope 100 of the first embodiment, except for the upper metal film 50 in the first embodiment. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment except for a part. Furthermore, the vibration mode of the primary vibration and the vibration mode of the secondary vibration in the present embodiment are the same vibration modes as those in the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted.

図4に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ200は、各検出電極13b,13c,13d,13eが1つずつ配置されている。このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、各検出電極13b,13c,13d,13eが存在することにより、2軸(X軸とY軸)のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。なお、第1の実施形態のそれと同じ電極面積の各検出電極13b,13c,13d,13eが1つずつしか存在しないため、第1の実施形態と比較して検出能力が劣る。また、図4では、図1において便宜上図示していなかった交流電源12,12が表示されている。なお、実際の交流電源12,12は、導電性ワイヤに接続される電極パッド18を介して3つの駆動電極13a,13a,13aに印加するが、本実施形態及び他の実施形態では、説明の便宜上、省略され得る。   As shown in FIG. 4, in the ring-shaped vibrating gyroscope 200 of this embodiment, each detection electrode 13b, 13c, 13d, 13e is arranged one by one. Even with such an arrangement of the detection electrodes, the effect of the present invention is substantially achieved. That is, the presence of the detection electrodes 13b, 13c, 13d, and 13e makes it possible to detect an angular velocity using a biaxial (X axis and Y axis) in-plane vibration mode. Since there is only one detection electrode 13b, 13c, 13d, 13e having the same electrode area as that of the first embodiment, the detection capability is inferior to that of the first embodiment. In FIG. 4, AC power supplies 12 and 12 that are not shown in FIG. 1 for convenience are displayed. The actual AC power supplies 12 and 12 are applied to the three drive electrodes 13a, 13a, and 13a via the electrode pads 18 connected to the conductive wires. In the present embodiment and other embodiments, the description will be made. For convenience, it can be omitted.

なお、本実施形態でも、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/2)°、すなわち90°離れた角度に配置された1つの駆動電極13aとが配置される。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ200は、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   In this embodiment as well, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of (360/2) ° in the circumferential direction, that is, 180 ° apart, and (180/2) ° from each of these drive electrodes. That is, one drive electrode 13a disposed at an angle of 90 ° is disposed. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 200 according to the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of drive electrodes arranged only at an angle of (360/2) °, that is, 180 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved.

また、本実施形態では、各電極が偏在しているため、引き出し電極14が形成されていないレッグ部15が存在するが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、引き出し電極14が形成されていないレッグ部15が無くなっても、本実施形態と同等の効果が奏される。但し、無秩序なレッグ部15の不在はリング状振動体11の均質な振動に支障が生じ得るため、均等な角度だけ離れるように割り振られる位置にあるレッグ部15のみを無くした構造が好ましい。   Further, in the present embodiment, since each electrode is unevenly distributed, there is a leg portion 15 where the extraction electrode 14 is not formed, but the present embodiment is not limited to this. For example, even if the leg portion 15 where the extraction electrode 14 is not formed is eliminated, the same effect as that of the present embodiment is achieved. However, since the absence of the disordered leg portions 15 may hinder the uniform vibration of the ring-shaped vibrating body 11, a structure in which only the leg portions 15 located at positions allocated so as to be separated by a uniform angle are eliminated.

<第1の実施形態の変形例(2)>
図5は、第1の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ300の中心的役割を果たす構造体の正面図である。
<Modification (1) of the first embodiment>
FIG. 5 is a front view of a structure that plays a central role in a ring-shaped vibrating gyroscope 300 obtained by modifying a part of the first embodiment.

本実施形態のリング状振動ジャイロ300は、第1の実施形態における上層金属膜50を除き、第1の実施形態のリング状振動ジャイロ100と同一の構成を備える。また、その製造方法は一部を除いて第1の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第1の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。   The ring-shaped vibrating gyroscope 300 of the present embodiment has the same configuration as the ring-shaped vibrating gyroscope 100 of the first embodiment, except for the upper metal film 50 in the first embodiment. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment except for a part. Furthermore, the vibration mode of the primary vibration and the vibration mode of the secondary vibration in the present embodiment are the same vibration modes as those in the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted.

図5に示すように、本実施形態のリング状振動ジャイロ300上には、3つの駆動電極13a,13a,13aと、1つのモニタ電極13fと、X軸の角速度測定用の第1検出電極のうちの1つの電極13bと、Y軸の角速度測定用の第2電極のうちの1つの電極13eのみが形成されている。また、各駆動電極13aの一部は、中央線のみならず、中央線から内周縁の近傍に至るまで配置されている。さらに、各検出電極13b,13eは、その電極領域が、中央線から外周縁の近傍に至るまで又は中央線から内周縁の近傍に至るまで広がっている。このような各検出電極の配置であっても、第1の実施形態と実質的に同様の効果が奏される。すなわち、第1の実施形態が備えるX軸用の第1検出電極13b,13cの内の少なくとも1つの電極と、同じくY軸用の第2検出電極13d,13eの内の少なくとも1つの電極が存在することにより、2軸(X軸とY軸)のイン・プレーンの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。   As shown in FIG. 5, on the ring-shaped vibrating gyroscope 300 of this embodiment, there are three drive electrodes 13a, 13a, 13a, one monitor electrode 13f, and a first detection electrode for measuring the X-axis angular velocity. Only one of the electrodes 13b and one electrode 13e of the second electrode for Y-axis angular velocity measurement are formed. A part of each drive electrode 13a is arranged not only from the center line but also from the center line to the vicinity of the inner peripheral edge. Furthermore, each detection electrode 13b, 13e has its electrode region extending from the central line to the vicinity of the outer peripheral edge or from the central line to the vicinity of the inner peripheral edge. Even with such an arrangement of the detection electrodes, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, at least one of the first X-axis detection electrodes 13b and 13c included in the first embodiment and at least one of the second Y-axis detection electrodes 13d and 13e are present. By doing so, it is possible to detect the angular velocity using the biaxial (X-axis and Y-axis) in-plane vibration modes.

ところで、各駆動電極13aは、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動のみを励起し、イン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくいように配置されることが好ましい。これは、仮に、角速度が加わっていない状態で二次振動が発生すると、振動ジャイロ300のゼロ点出力を発生させる要因となるからである。イン・プレーンの振動モードでは、各駆動電極13aが中央線を含むように配置されることは、中央線付近の歪みが小さいことによってイン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくくなるため、好ましい一態様となる。なお、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境として歪み方向が逆になるため、中央線に対して対称となるように各駆動電極13aが配置されることがさらに好ましい一態様となる。また、たとえ複数の駆動電極13aが中央線に対して対象となるように配置されていなくても、採用する振動モードに応じてイン・プレーンの振動モードを励起させにくい各駆動電極13aの配置は多様に存在する。従って、既述のとおり、各駆動電極13aが配置される第1電極配置領域は、第2電極配置領域と電気的に接しないリング状振動体11の上面の領域として定義される。より具体的には、各検出電極13b,13eは、前述の3つの駆動電極13a,13a,13aのいずれとも電気的に接続しないように配置される。   By the way, each drive electrode 13a is preferably arranged so as to excite only the primary vibration of the out-of-plane vibration mode and hardly excite the secondary vibration which is the in-plane vibration mode. This is because if the secondary vibration is generated in a state where the angular velocity is not applied, it becomes a factor for generating the zero point output of the vibration gyro 300. In the in-plane vibration mode, the drive electrodes 13a are arranged so as to include the center line, so that it is difficult to excite the secondary vibration that is the in-plane vibration mode because the distortion near the center line is small. Therefore, this is a preferred embodiment. In the in-plane vibration mode, the direction of distortion is reversed with the center line as a boundary. Therefore, it is a more preferable aspect that the drive electrodes 13a are arranged symmetrically with respect to the center line. Further, even if the plurality of drive electrodes 13a are not arranged so as to be the target with respect to the center line, the arrangement of the drive electrodes 13a that are difficult to excite the in-plane vibration mode according to the vibration mode to be employed is There are various. Therefore, as described above, the first electrode arrangement region in which each drive electrode 13a is arranged is defined as a region on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 that is not in electrical contact with the second electrode arrangement region. More specifically, the detection electrodes 13b and 13e are arranged so as not to be electrically connected to any of the three drive electrodes 13a, 13a, and 13a.

また、各検出電極13b、13eは、その電極領域が中央線を含むように配置されているが、リング状振動体11の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域のみ及び/又はその内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域のみの配置の方が、イン・プレーンの二次振動の振動モードの検出感度が向上する。これは、イン・プレーンの振動モードでは、中央線を境として歪み方向が逆になるため、中央線を越えて存在する電極領域からの信号が検出信号の強さを弱めてしまうためである。   Each of the detection electrodes 13b and 13e is arranged so that the electrode region includes the center line, but only the region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the vicinity of the outer peripheral edge and / or the region thereof. The arrangement of only the region from the inner peripheral edge to the vicinity of the inner peripheral edge improves the detection sensitivity of the vibration mode of the in-plane secondary vibration. This is because, in the in-plane vibration mode, the distortion direction is reversed with the center line as a boundary, so that the signal from the electrode region existing beyond the center line weakens the strength of the detection signal.

ところで、本実施形態では、第1の実施形態に採用された差分回路が不要となるため、回路の単純化が図られる。また、本実施形態では、特に、1つの駆動電極13aの面積が第1の実施形態のそれよりも大きく形成されている。このように、駆動電極13aの面積を大きく取ることにより、駆動に必要な電力を抑制することもできる。   By the way, in this embodiment, since the difference circuit employ | adopted as 1st Embodiment becomes unnecessary, the circuit is simplified. In the present embodiment, in particular, the area of one drive electrode 13a is formed larger than that of the first embodiment. Thus, the power required for driving can be suppressed by increasing the area of the drive electrode 13a.

なお、本実施形態でも、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/2)°、すなわち90°離れた角度に配置された1つの駆動電極13aとが配置される。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ300は、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   In this embodiment as well, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of (360/2) ° in the circumferential direction, that is, 180 ° apart, and (180/2) ° from each of these drive electrodes. That is, one drive electrode 13a disposed at an angle of 90 ° is disposed. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 300 according to the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of drive electrodes arranged only at an angle of (360/2) °, that is, 180 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved.

また、本実施形態では、モニタ電極13fの面積が第1の実施形態のそれと同じであるが、これに限定されない。モニタ電極の面積を増やすことにより、検出能力が向上することは好ましい一態様である。   In the present embodiment, the area of the monitor electrode 13f is the same as that of the first embodiment, but is not limited to this. It is a preferable aspect that the detection capability is improved by increasing the area of the monitor electrode.

また、本実施形態では、各電極が偏在しているため、引き出し電極14が形成されていないレッグ部15が存在するが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、引き出し電極14が形成されていないレッグ部15が取り除かれても、本実施形態と同等の効果が奏される。但し、無秩序なレッグ部15の不在は、リング状振動体11の均質な振動に支障が生じ得るため、均等な角度だけ離れるように割り振られる位置にあるレッグ部15のみが取り除かれた構造が好ましい。   Further, in the present embodiment, since each electrode is unevenly distributed, there is a leg portion 15 where the extraction electrode 14 is not formed, but the present embodiment is not limited to this. For example, even if the leg portion 15 where the extraction electrode 14 is not formed is removed, the same effect as the present embodiment can be obtained. However, since the absence of the disordered leg portion 15 may hinder the uniform vibration of the ring-shaped vibrating body 11, a structure in which only the leg portions 15 at positions allocated so as to be separated by a uniform angle are removed is preferable. .

<第1の実施形態の変形例(3)>
図6は、第1の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ400の中心的役割を果たす構造体の図2に相当する断面図である。
<Modification (3) of the first embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a structure that plays a central role in a ring-shaped vibrating gyroscope 400 obtained by modifying a part of the first embodiment.

本実施形態では、図6に示すように、実質的に上層金属膜50が形成されている領域に合わせて圧電体膜40がエッチングされている。このため、下層金属膜30が形成されている領域に影響されずに、上層金属膜50に印加された交流電圧が鉛直下向きのみに印加されるため、圧電体膜40の望ましくない伸縮や電気信号の発信が防がれる。なお、本実施形態では、上層金属膜50のドライエッチング工程の後、上層金属膜50上の残留レジスト膜又は上記金属膜50自身をエッチングマスクとして、引き続いて第1の実施形態と同条件によるドライエッチングを行うことにより、前述の圧電体膜40が形成される。また、図6に示すように、本実施形態では圧電体膜40が傾斜状(例えば、傾斜角が75°)にエッチングされている。しかしながら、図6のような急峻な傾斜を有する圧電体膜40は、図6に示すリング状振動ジャイロ400の平面視においては、他の領域との対比において実質的に視認されないものとして本出願では取り扱われる。加えて、この実施形態で開示された圧電体膜40がエッチングされた態様は、少なくとも本出願の全ての実施形態で適用され得る。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the piezoelectric film 40 is etched in accordance with a region where the upper metal film 50 is substantially formed. For this reason, the AC voltage applied to the upper metal film 50 is applied only vertically downward without being affected by the region where the lower metal film 30 is formed. Transmission is prevented. In the present embodiment, after the dry etching step of the upper metal film 50, the remaining resist film on the upper metal film 50 or the metal film 50 itself is used as an etching mask, and then the dry etching is performed under the same conditions as in the first embodiment. By performing the etching, the above-described piezoelectric film 40 is formed. Further, as shown in FIG. 6, in this embodiment, the piezoelectric film 40 is etched in an inclined shape (for example, an inclination angle is 75 °). However, in the present application, the piezoelectric film 40 having a steep inclination as shown in FIG. 6 is not visually recognized in contrast with other regions in the plan view of the ring-shaped vibrating gyroscope 400 shown in FIG. Handled. In addition, the aspect in which the piezoelectric film 40 disclosed in this embodiment is etched can be applied to at least all the embodiments of the present application.

<第1の実施形態の変形例(4)>
上述の第1の実施形態及びその変形例(1)乃至(3)では、2軸の角速度を検出し得る振動ジャイロの構造が説明されているが、1軸の角速度検出のための各検出電極の配置も第1の実施形態から導き出される。
<Modification (4) of the first embodiment>
In the first embodiment and the modifications (1) to (3) described above, the structure of the vibrating gyroscope capable of detecting the biaxial angular velocity is described. However, each detection electrode for detecting the uniaxial angular velocity is described. Is also derived from the first embodiment.

例えば、第1検出電極及び第2検出電極13b,13c,13d,13eのうち、X軸の角速度測定用の第1検出電極13b,13cのみがリング状振動体11上に配置されることにより、1軸の角速度を検出する振動ジャイロが製造される。すなわち、第1検出電極及び第2検出電極のうちの1つの軸に対応する検出電極が選択されることにより、1軸の角速度を検出する振動ジャイロを得ることができる。なお、例えば、各第1検出電極13b,13cのうち、1つの第1検出電極(例えば、13b)のみが配置されることにより、本発明の効果が実質的に奏されることは既に述べたとおりである。   For example, among the first detection electrodes and the second detection electrodes 13b, 13c, 13d, and 13e, only the first detection electrodes 13b and 13c for measuring the X-axis angular velocity are arranged on the ring-shaped vibrating body 11, A vibrating gyroscope that detects a uniaxial angular velocity is manufactured. That is, by selecting a detection electrode corresponding to one of the first detection electrode and the second detection electrode, it is possible to obtain a vibration gyro that detects the angular velocity of one axis. For example, it has already been described that the effect of the present invention can be substantially achieved by arranging only one first detection electrode (for example, 13b) among the first detection electrodes 13b and 13c. It is as follows.

<第2の実施形態>
図7は、本実施形態のリング状振動ジャイロ500の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図8は、図7のB−B断面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a front view of a structure that plays a central role in the ring-shaped vibrating gyroscope 500 of the present embodiment. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図7及び図8に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ500は、第1の実施形態のリング状振動ジャイロ100と同様、複数の電極13a〜13fを備える。本実施形態では、いずれの電極も、中央線よりも外側か、又は中央線よりも内側に配置されている。   As shown in FIGS. 7 and 8, the ring-shaped vibrating gyroscope 500 according to the present embodiment includes a plurality of electrodes 13 a to 13 f as with the ring-shaped vibrating gyroscope 100 according to the first embodiment. In the present embodiment, all the electrodes are arranged outside the center line or inside the center line.

ところで、本実施形態では、図12Aに示すアウト・オブ・プレーンのcos3θの振動モードでリング状振動ジャイロ500の一次振動が励起される。他方、本実施形態の二次振動の振動モードは、イン・プレーンのcos2θの振動モードである。従って、前述の複数の電極13a〜13fの内訳は、次のとおりである。まず、円周方向に(360/3)°、すなわち120°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/3)°、すなわち60°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aが配置される。また、前述の4つの駆動電極13a,・・・,13aの内の1つの駆動電極13a(例えば、図9において時計の12時方向の駆動電極13a)を基準電極とした場合に、その駆動電極13aから円周方向であって120°及び300°離れた角度に2つのモニタ電極13f,13fが配置される。また、リング状振動体11上の圧電素子が配置される平面、換言すれば、図9における紙面を図中のようにX‐Y平面とした場合に、X軸まわりの角速度検出用の第1検出電極13b,13cが、基準電極から円周方向であって0°、90°、180°、及び270°離れた角度に配置される。同様に、Y軸まわりの角速度検出用の第2検出電極13d,13eが、基準電極から円周方向であって45°、135°、225°、及び315°離れた角度に配置される。   By the way, in this embodiment, the primary vibration of the ring-shaped vibrating gyroscope 500 is excited in the out-of-plane cos 3θ vibration mode shown in FIG. 12A. On the other hand, the vibration mode of the secondary vibration of the present embodiment is an in-plane cos 2θ vibration mode. Accordingly, the breakdown of the plurality of electrodes 13a to 13f is as follows. First, two drive electrodes 13a and 13a disposed at an angle of (360/3) ° in the circumferential direction, that is, 120 ° apart, and (180/3) °, that is, 60 ° apart from each of the drive electrodes. Two drive electrodes 13a, 13a arranged at a certain angle are arranged. When one drive electrode 13a (for example, the drive electrode 13a in the 12 o'clock direction in FIG. 9) of the four drive electrodes 13a,. Two monitor electrodes 13f and 13f are arranged at an angle of 120 ° and 300 ° in the circumferential direction from 13a. Further, when the plane on which the piezoelectric element on the ring-shaped vibrating body 11 is arranged, in other words, when the paper surface in FIG. 9 is the XY plane as shown in the figure, the first angular velocity detection around the X axis is detected. The detection electrodes 13b and 13c are arranged at angles of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° in the circumferential direction from the reference electrode. Similarly, the second detection electrodes 13d and 13e for detecting the angular velocity around the Y axis are arranged at angles of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° in the circumferential direction from the reference electrode.

このような各検出電極の配置であっても、本発明の効果が実質的に奏される。すなわち、各検出電極13b,13c,13d,13eが存在することにより、2軸のイン・プレーンのcos2θの振動モードを用いた角速度の検出が可能となる。具体的には、X軸のイン・プレーンのcos2θの振動モードは図12Bに示され、Y軸のイン・プレーンのcos2θの振動モードは図12Cに示される。   Even with such an arrangement of the detection electrodes, the effect of the present invention is substantially achieved. That is, the presence of the detection electrodes 13b, 13c, 13d, and 13e makes it possible to detect the angular velocity using the biaxial in-plane cos 2θ vibration mode. Specifically, the X-axis in-plane cos 2θ vibration mode is shown in FIG. 12B, and the Y-axis in-plane cos 2θ vibration mode is shown in FIG. 12C.

なお、本実施形態では、4つの駆動電極13a,・・・,13aがリング状振動体11の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域に配置されているが、これに限定されない。各駆動電極13aは、アウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動のみを励起し、イン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくいように配置されることが好ましい。これは、仮に、角速度が加わっていない状態で二次振動が発生すると、振動ジャイロ500のゼロ点出力を発生させる要因となるからである。従って、イン・プレーンの振動モードでは、各駆動電極13aが中央線を含むように配置されることは、中央線付近の歪みが小さいことによってイン・プレーンの振動モードである二次振動を励起しにくくなるため、好ましい一態様となる。なお、イン・プレーンの振動モードでは中央線を境として歪み方向が逆になるため、中央線に対して対称となるように各駆動電極13aが配置されることがさらに好ましい一態様となる。   In the present embodiment, the four drive electrodes 13a,..., 13a are arranged in a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the vicinity of the outer peripheral edge, but the present invention is not limited to this. Each drive electrode 13a is preferably arranged so as to excite only the primary vibration of the out-of-plane vibration mode and hardly excite the secondary vibration which is the in-plane vibration mode. This is because if the secondary vibration is generated in a state where the angular velocity is not applied, it becomes a factor for generating the zero point output of the vibration gyro 500. Therefore, in the in-plane vibration mode, each drive electrode 13a is disposed so as to include the center line, and thus the secondary vibration that is the in-plane vibration mode is excited by the small distortion near the center line. Since it becomes difficult, it becomes a preferable aspect. In the in-plane vibration mode, the direction of distortion is reversed with the center line as a boundary. Therefore, it is a more preferable aspect that the drive electrodes 13a are arranged symmetrically with respect to the center line.

なお、本実施形態では、円周方向に(360/3)°、すなわち120°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/3)°、すなわち60°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aが配置されている。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ500は、円周方向に(360/3)°、すなわち120°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   In this embodiment, (360/3) ° in the circumferential direction, that is, two drive electrodes 13a and 13a disposed at an angle of 120 ° and (180/3) ° from each of these drive electrodes. That is, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of 60 ° are arranged. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 500 according to the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of drive electrodes arranged only at an angle of (360/3) °, that is, 120 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved.

<第2の実施形態の変形例>
図9は、第1の実施形態の一部を変形したリング状振動ジャイロ600の中心的役割を果たす構造体の正面図である。また、図10は、図9のC−C断面図である。
<Modification of Second Embodiment>
FIG. 9 is a front view of a structure that plays a central role in a ring-shaped vibrating gyroscope 600 obtained by modifying a part of the first embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

本実施形態のリング状振動ジャイロ600は、第2の実施形態と比較して、リング状振動体11の周囲に溝又はレッグ部17を介して固定端60が形成されている。また、レッグ部17及び固定端60上には、4つの駆動電極13a,・・・,13a及び2つのモニタ電極13f,13fを起点とする引き出し電極14及び電極パッド18が形成されている。さらに、前述のレッグ部17上の引き出し電極14が形成されたために、レッグ部15及び固定端19上の引き出し電極14及び電極パッド18は取り除かれている。さらに、本実施形態では、第2の実施形態のリング状振動ジャイロ500が有する16本のレッグ部15のうち、8本のレッグ部15は取り除かれている。本実施形態のリング状振動ジャイロ600は、上述の点以外は、第2の実施形態と同じ構成を備えている。また、その製造方法は一部を除いて第1の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第2の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。また、本実施形態では、図面を見やすくするために、4つの駆動電極13a,・・・,13aに接続する交流電源は図示されていない。   In the ring-shaped vibrating gyroscope 600 of this embodiment, a fixed end 60 is formed around the ring-shaped vibrating body 11 via a groove or leg portion 17 as compared with the second embodiment. Further, on the leg portion 17 and the fixed end 60, the extraction electrode 14 and the electrode pad 18 starting from the four drive electrodes 13a,..., 13a and the two monitor electrodes 13f, 13f are formed. Further, since the lead electrode 14 on the leg portion 17 is formed, the lead electrode 14 and the electrode pad 18 on the leg portion 15 and the fixed end 19 are removed. Furthermore, in this embodiment, eight leg parts 15 are removed among the 16 leg parts 15 which the ring-shaped vibrating gyroscope 500 of 2nd Embodiment has. The ring-shaped vibrating gyroscope 600 of the present embodiment has the same configuration as that of the second embodiment except for the points described above. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment except for a part. Furthermore, the vibration mode of the primary vibration and the vibration mode of the secondary vibration of the present embodiment are the same vibration modes as those of the second embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted. In the present embodiment, in order to make the drawing easy to see, the AC power source connected to the four drive electrodes 13a,..., 13a is not shown.

本実施形態のレッグ部17の形成により、リング状振動体11上の複雑な配線が不要となる。従って、製造工程の不具合等による引き出し電極間の短絡の危険性が大きく軽減する。図9に示すとおり、各電極の幅の中央部に引き出し電極14が接合しているため、電気信号の偏りは生じない。また、各レッグ部15,17の間隔が広がるため、製造プロセス上、エッチングレートが向上することによるスループットの改善や、エッチング工程の歩留まりの向上が期待できる。他方、固定端60が形成されることにより、振動ジャイロのサイズが第1の実施形態のそれと比較して大きくなる。   Formation of the leg portion 17 of the present embodiment eliminates the need for complicated wiring on the ring-shaped vibrating body 11. Therefore, the risk of a short circuit between the extraction electrodes due to defects in the manufacturing process is greatly reduced. As shown in FIG. 9, since the extraction electrode 14 is joined to the central portion of the width of each electrode, the electric signal is not biased. Moreover, since the space | interval of each leg part 15 and 17 spreads, the improvement of the throughput by the etching rate improving on a manufacturing process and the improvement of the yield of an etching process can be anticipated. On the other hand, the formation of the fixed end 60 increases the size of the vibration gyro as compared with that of the first embodiment.

なお、本実施形態でも、円周方向に(360/3)°、すなわち120°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/3)°、すなわち60°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aが配置されている。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ600は、円周方向に(360/3)°、すなわち120°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   In this embodiment as well, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of (360/3) ° in the circumferential direction, that is, 120 ° apart, and (180/3) ° from each of these drive electrodes. That is, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of 60 ° are arranged. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 600 of the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of driving electrodes arranged only at an angle of (360/3) °, that is, 120 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved.

ところで、上述の各実施形態は、円環状の振動体を用いた振動ジャイロで説明されているが、円環状の代わりに、多角形状の振動体であってもよい。例えば、正六角形、正八角形、正十二角形、正二十角形等の正多角形状の振動体であっても、本発明の効果と実質的に同様の効果が奏される。また、図13に示すリング状振動ジャイロ700の十二角形状の振動体111のような振動体であってもよい。振動体の正面視において、例えば既述の基準点などの任意の点を対称の中心として点対称形状またはn回対称形状(nは任意の自然数)となる多角形を外周縁又は内周縁とするようなリング形状の振動体が採用されれば、振動体の振動時の安定性の観点で好ましい。なお、「円環状」には楕円形状が含まれる。なお、図13では、図1等とは異なり、図を見やすくするために、レッグ部及び支柱は図示されていない。   By the way, although each above-mentioned embodiment was demonstrated with the vibration gyro using an annular | circular shaped vibrating body, a polygonal-shaped vibrating body may be sufficient instead of an annular shape. For example, even with a regular polygonal vibrator such as a regular hexagon, a regular octagon, a regular dodecagon, and a regular icosahedron, substantially the same effect as the effect of the present invention is exhibited. Further, a vibrating body such as a dodecagonal vibrating body 111 of the ring-shaped vibrating gyroscope 700 shown in FIG. 13 may be used. In the front view of the vibrating body, for example, a polygon having a point-symmetrical shape or an n-fold symmetrical shape (n is an arbitrary natural number) with an arbitrary point such as the reference point described above as the center of symmetry is defined as an outer peripheral edge or an inner peripheral edge. If such a ring-shaped vibrating body is employed, it is preferable from the viewpoint of stability during vibration of the vibrating body. The “annular shape” includes an elliptical shape. In FIG. 13, unlike FIG. 1 and the like, the leg portion and the support column are not shown in order to make the drawing easier to see.

また、上述の第1の実施形態及びその変形例(1)乃至(3)では、モニタ電極13fが同じ位置乃至領域内に配置されていたが、これに限定されない。すなわち、モニタ電極13fは、Nを2以上又は3以上のある自然数とした場合であって、駆動電極13aの1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、必ずしも、その基準駆動電極13aから円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置される必要はない。例えば、cosNθの振動モードの場合であって、L=0,1,・・・,2N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、各モニタ電極13fが、基準駆動電極から、円周方向に(180/N)×{L+(1/2)}°離れた以外の角度の配置、又はその角度の位置に対して線対称となるような配置を避けるように配置されることにより、第1の実施形態又はその変形例による効果が実質的に奏される。なお、特に小型化されたリング状振動体11の限定された平面領域の中では、第1の実施形態で示したようなモニタ電極13fの配置が、他の電極群の配置及び/又は引き出し電極の配置を容易にすることになる。具体的には、モニタ電極13fは、Nを2以上又は3以上のある自然数とした場合であって、駆動電極13aの1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、その基準駆動電極13aから円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置されることは好ましい一態様といえる。   In the first embodiment described above and the modifications (1) to (3) thereof, the monitor electrode 13f is disposed in the same position or region. However, the present invention is not limited to this. That is, the monitor electrode 13f is a case where N is a natural number greater than or equal to 2 or 3, and one of the drive electrodes 13a is a reference drive electrode, and M = 0, 1,. (Hereinafter, the same in this paragraph) is necessarily arranged at an angle of [(360 / N) × {M + (1/2)}] ° in the circumferential direction from the reference drive electrode 13a. There is no need. For example, in the case of the vibration mode of cosNθ, where L = 0, 1,..., 2N−1 (hereinafter the same in this paragraph), each monitor electrode 13f is connected to the reference drive electrode by Arrangement is made so as to avoid an arrangement with an angle other than (180 / N) × {L + (1/2)} ° apart in the circumferential direction, or an arrangement that is axisymmetric with respect to the position of the angle. Thus, the effect of the first embodiment or its modification is substantially achieved. In particular, in the limited planar region of the ring-shaped vibrating body 11 that is miniaturized, the arrangement of the monitor electrode 13f as shown in the first embodiment is different from the arrangement of other electrode groups and / or the extraction electrode. Will be easier to arrange. Specifically, the monitor electrode 13f is a case where N is a natural number greater than or equal to 2 or 3, and one of the drive electrodes 13a is a reference drive electrode, and M = 0, 1,. In the case of N-1 (hereinafter the same in this paragraph), it is arranged at an angle of [(360 / N) × {M + (1/2)}] ° in the circumferential direction from the reference drive electrode 13a. This is a preferable embodiment.

上述の具体的な一例は、図14Aに示すリング状振動ジャイロ800である。リング状振動ジャイロ800のモニタ電極213f,213fは、Nを2以上又は3以上のある自然数とした場合であって、駆動電極13aの1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、必ずしも、その基準駆動電極13aから円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置されていない。しかしながら、図14Aに示すモニタ電極213f,213fの配置であっても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。   A specific example of the above is the ring-shaped vibrating gyroscope 800 shown in FIG. 14A. The monitor electrodes 213f and 213f of the ring-shaped vibrating gyroscope 800 are obtained when N is a natural number of 2 or more, or 3 or more, and one of the drive electrodes 13a is a reference drive electrode, and M = 0, 1,. .., N-1 (hereinafter the same in this paragraph), it is not necessarily [(360 / N) × {M + (1/2)}] degrees away from the reference drive electrode 13a in the circumferential direction Is not arranged at an angle. However, even with the arrangement of the monitor electrodes 213f and 213f shown in FIG. 14A, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、他の一例は、図14Bに示すリング状振動ジャイロ820である。リング状振動ジャイロ880のモニタ電極413f,413fの一部は、リング状振動体11の内周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されている。他方、第2検出電極13d,13eの電極面積は縮小されている。しかしながら、図14Bに示すモニタ電極413f,413fの配置であっても、検出電極の感度が下がることによってS(信号)とN(ノイズ)比(所謂、S/N比)が悪くなる点を除いて、第1の実施形態と同様の効果が奏される。同様に、モニタ電極413f,413fの1つ又は全てが、リング状振動体11の外周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されていても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。   Another example is a ring-shaped vibrating gyroscope 820 shown in FIG. 14B. A part of the monitor electrodes 413f and 413f of the ring-shaped vibrating gyroscope 880 is disposed on a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the center line. On the other hand, the electrode areas of the second detection electrodes 13d and 13e are reduced. However, even with the arrangement of the monitor electrodes 413f and 413f shown in FIG. 14B, the S (signal) and N (noise) ratio (so-called S / N ratio) deteriorates as the sensitivity of the detection electrode decreases. Thus, the same effects as those of the first embodiment are achieved. Similarly, even if one or all of the monitor electrodes 413f and 413f are arranged on the region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the center line, the same effect as that of the first embodiment is obtained. Is done.

また、他の一例は、図14Cに示すリング状振動ジャイロ840である。この一例は、図13に示すリング状振動ジャイロ700の変形例である。このリング状振動ジャイロ840の3つのモニタ電極513f,513f,513fは、リング状振動体11の外周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されている。また、特に、3つのモニタ電極513f,513f,513fのうちの2つは、1つの駆動電極13aを中心に、それぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。しかしながら、図14Cに示すモニタ電極513f,513f,513fの配置であっても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。   Another example is a ring-shaped vibrating gyroscope 840 shown in FIG. 14C. This example is a modification of the ring-shaped vibrating gyroscope 700 shown in FIG. The three monitor electrodes 513f, 513f, and 513f of the ring-shaped vibrating gyroscope 840 are disposed on a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the center line. Further, in particular, two of the three monitor electrodes 513f, 513f, and 513f are arranged at an angle apart from each other by an equal angle clockwise and counterclockwise around the one drive electrode 13a. However, even with the arrangement of the monitor electrodes 513f, 513f, and 513f shown in FIG. 14C, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、他の一例は、図14Dに示すリング状振動ジャイロ860である。この一例も、図13に示すリング状振動ジャイロ700の変形例である。このリング状振動ジャイロ860の4つのモニタ電極613f,・・・,613fは、リング状振動体11の外周縁から中央線に至るまでの領域上に配置されている。また、特に、4つのモニタ電極613f,・・・,613fのうちの2つは、1つの駆動電極13aを中心に、それぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。また、他の2つも同様に、1つの駆動電極13aを中心に、それぞれが時計回りおよび反時計回りに等角度ずつ離れた角度に配置されている。しかも、4つのモニタ電極613f,・・・,613fのうちの2つずつが点対称の位置に配置されている。しかしながら、図14Dに示すモニタ電極613f,・・・,613fの配置であっても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。なお、本実施形態では、上述の4つのモニタ電極613h,・・・,613hの配置により、新たに発生する二次振動の影響を受けることなく一次振動の大きさを一定に保つことが可能となる。加えて、この点対称となる位置への配置は、例えば、仮に振動ジャイロの製造過程においてエッチングマスクのズレ等によるパターニングのズレが生じた場合であっても、一方のモニタ電極の検出感度の低下を他方のモニタ電極の検出感度の上昇で補うことができる。従って、このモニタ電極の配置により、モニタ電極613h,・・・,613hの本来の役割であるリング状振動体11の一次振動の振幅及び共振周波数の検出精度が向上する。   Another example is a ring-shaped vibrating gyroscope 860 shown in FIG. 14D. This example is also a modification of the ring-shaped vibrating gyroscope 700 shown in FIG. The four monitor electrodes 613f,..., 613f of the ring-shaped vibrating gyroscope 860 are disposed on a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 11 to the center line. Further, in particular, two of the four monitor electrodes 613f,..., 613f are arranged at an angle separated from each other by an equal angle clockwise and counterclockwise around the one drive electrode 13a. Yes. Similarly, the other two are arranged at an angle separated from each other by an equal angle clockwise and counterclockwise around the single drive electrode 13a. Moreover, two of the four monitor electrodes 613f,..., 613f are arranged at point-symmetric positions. However, even with the arrangement of the monitor electrodes 613f,..., 613f shown in FIG. In the present embodiment, the arrangement of the four monitor electrodes 613h,..., 613h described above makes it possible to keep the magnitude of the primary vibration constant without being affected by the newly generated secondary vibration. Become. In addition, the arrangement at the point-symmetrical position reduces the detection sensitivity of one monitor electrode even if patterning misalignment occurs due to misalignment of the etching mask in the manufacturing process of the vibrating gyroscope, for example. Can be compensated by an increase in detection sensitivity of the other monitor electrode. Therefore, the arrangement of the monitor electrodes improves the detection accuracy of the amplitude and resonance frequency of the primary vibration of the ring-shaped vibrating body 11 which is the original role of the monitor electrodes 613h,.

なお、上述のモニタ電極13f,413f,513f,613fの配置の技術思想は、言うまでも無く、上述の第2の実施形態にも適用され得る。   Needless to say, the technical idea of the arrangement of the monitor electrodes 13f, 413f, 513f, and 613f described above can be applied to the second embodiment described above.

上述の各例に示すように、本発明のリング状振動ジャイロは、いずれもアウト・オブ・プレーンの振動モードの一次振動が励起されるため、リング状振動体11の平面上のモニタ電極の配置は、その内周縁から外周縁に至るまでの領域上であれば、高い自由度が与えられることになる。但し、例えば、cosNθの振動モードの場合であって、L=0,1,・・・,2N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、各モニタ電極13fは、基準駆動電極から円周方向に(180/N)×{L+(1/2)}°離れた角度の配置、又はその角度の位置に対して線対称となるような配置を避けるように配置される。前者の理由は、その位置に配置されるとリング状振動子11の歪みがゼロ(0)となるからである。また、後者の理由は、歪み方向が互いに逆方向のため、その歪みが相殺されるからである。なお、特に小型化されたリング状振動体11の限定された平面領域の中では、第1の実施形態で示したようなモニタ電極13fの配置が、他の電極群の配置及び/又は引き出し電極の配置を容易にすることになる。具体的には、モニタ電極13fは、Nを2以上又は3以上のある自然数とした場合であって、駆動電極13aの1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、本パラグラフ内において同じ)とした場合に、その基準駆動電極13aから円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置されることは好ましい一態様といえる。   As shown in the above examples, the ring-shaped vibrating gyroscope of the present invention is excited by the primary vibration of the out-of-plane vibration mode, so that the arrangement of the monitor electrodes on the plane of the ring-shaped vibrating body 11 is increased. If it is on the area | region from the inner periphery to an outer periphery, a high freedom degree will be given. However, for example, in the case of the vibration mode of cosNθ, where L = 0, 1,..., 2N−1 (hereinafter the same in this paragraph), each monitor electrode 13f is a reference drive electrode. Is arranged so as to avoid an arrangement at an angle of (180 / N) × {L + (1/2)} ° in the circumferential direction, or an arrangement that is line-symmetric with respect to the position of the angle. The reason for the former is that the distortion of the ring-shaped vibrator 11 becomes zero (0) when arranged at that position. Moreover, the latter reason is because the distortion directions are opposite to each other, so that the distortions are offset. In particular, in the limited planar region of the ring-shaped vibrating body 11 that is miniaturized, the arrangement of the monitor electrode 13f as shown in the first embodiment is different from the arrangement of other electrode groups and / or the extraction electrode. Will be easier to arrange. Specifically, the monitor electrode 13f is a case where N is a natural number greater than or equal to 2 or 3, and one of the drive electrodes 13a is a reference drive electrode, and M = 0, 1,. In the case of N-1 (hereinafter the same in this paragraph), it is arranged at an angle of [(360 / N) × {M + (1/2)}] ° in the circumferential direction from the reference drive electrode 13a. This is a preferable embodiment.

他方、上述の各実施形態の一部の検出電極を、各検出電極からの電圧信号に基づいて二次振動を抑制する抑制電極に置き換えることも好ましい一態様である。以下に、その具体的な実施形態について説明する。   On the other hand, it is also a preferable aspect that a part of the detection electrodes in the above-described embodiments is replaced with a suppression electrode that suppresses secondary vibration based on a voltage signal from each detection electrode. The specific embodiment will be described below.

<第3の実施形態>
図15は、本実施形態における2軸の角速度を測定するリング状振動ジャイロ900の中心的役割を果たす構造体の正面図である。本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、第1の実施形態における一部の上層金属膜50の作用を除き、第1の実施形態のリング状振動ジャイロ100と同一の構成を備える。また、その製造方法は一部を除いて第1の実施形態と同じである。さらに、本実施形態の一次振動の振動モード及び二次振動の振動モードは、第1の実施形態のそれらと同じ振動モードである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Third Embodiment>
FIG. 15 is a front view of a structure that plays a central role in a ring-shaped vibrating gyroscope 900 that measures biaxial angular velocities in the present embodiment. The ring-shaped vibrating gyroscope 900 of the present embodiment has the same configuration as the ring-shaped vibrating gyroscope 100 of the first embodiment except for the action of a part of the upper metal film 50 in the first embodiment. The manufacturing method is the same as that of the first embodiment except for a part. Furthermore, the vibration mode of the primary vibration and the vibration mode of the secondary vibration in the present embodiment are the same vibration modes as those in the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment may be abbreviate | omitted.

図15に示すとおり、本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、複数の抑制電極13jを備える。これらの抑制電極13jは、リング状振動体900の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域と、リング状振動体900の内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域に配置されている。   As shown in FIG. 15, the ring-shaped vibrating gyroscope 900 of this embodiment includes a plurality of suppression electrodes 13j. These suppression electrodes 13j are arranged in a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 900 to the vicinity of the outer peripheral edge and a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body 900 to the vicinity of the inner peripheral edge. ing.

なお、本実施形態では、各電極が配置されている領域が2つに分類される。1つは、リング状振動体11の上面の外周縁からその外周縁の近傍に至るまでの領域及び/又はその内周縁からその内周縁の近傍に至るまでの領域に配置される第1検出電極13b、抑制電極13j、第2検出電極13d,13eの領域である。これを、第2電極配置領域とする。もう1つは、リング状振動体11の上面であって、その第2電極配置領域と電気的に接しないように配置される各駆動電極13a,13a,13aが形成された領域である。これを、第1電極配置領域とする。なお、上記の第1検出電極13bと抑制電極13jのリング状振動体の上面における配置は、一方が内周縁側に配置されて他方が外周縁側に配置されるようになっていて、互いの内外の配置は0°、60°、120°・・・と角度を進めるごとに反転するようになっている。より具体的には、第1検出電極13b、抑制電極13j、及び第2検出電極13d,13eは、前述の3つの駆動電極13a,13a,13aのいずれとも電気的に接続しないように配置される。   In the present embodiment, the area where each electrode is arranged is classified into two. One is a first detection electrode disposed in a region from the outer periphery of the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 to the vicinity of the outer periphery and / or a region from the inner periphery to the vicinity of the inner periphery. 13b, the suppression electrode 13j, and the second detection electrodes 13d and 13e. This is the second electrode arrangement region. The other is an area on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 where the drive electrodes 13a, 13a, 13a arranged so as not to be in electrical contact with the second electrode arrangement area are formed. This is defined as a first electrode arrangement region. The arrangement of the first detection electrode 13b and the suppression electrode 13j on the upper surface of the ring-shaped vibrating body is such that one is arranged on the inner circumferential edge side and the other is arranged on the outer circumferential edge side. The arrangement of is reversed every time the angle is advanced to 0 °, 60 °, 120 °. More specifically, the first detection electrode 13b, the suppression electrode 13j, and the second detection electrodes 13d and 13e are arranged so as not to be electrically connected to any of the three drive electrodes 13a, 13a, and 13a. .

次に、リング状振動ジャイロ900が備える各電極の作用について説明する。上述の通り、本実施形態はアウト・オブ・プレーンのcos2θの振動モードの一次振動が励起される。なお、固定電位電極16が接地されるため、固定電位電極16と連続して形成されている下層電極膜30は一律に0Vになっている。   Next, the operation of each electrode provided in the ring-shaped vibrating gyroscope 900 will be described. As described above, in this embodiment, the primary vibration of the out-of-plane cos 2θ vibration mode is excited. Since the fixed potential electrode 16 is grounded, the lower electrode film 30 formed continuously with the fixed potential electrode 16 is uniformly at 0V.

最初に、3つの駆動電極13a,13a,13aに1VP−0の交流電圧が印加される。但し、図15において時計の3時方向の駆動電極13aに印加される電圧の位相は、他の2つの駆動電極13a,13aに印加される電圧の位相とは逆である。その結果、圧電体膜40が伸縮して一次振動が励起される。ここで、本実施形態では、正面視においてリング状振動体11の中央線を含むように上層金属膜50が形成されている。これは、3つの駆動電極13a,13a,13aに印加される交流電圧によって、イン・プレーンの振動モードとなる二次振動と同様の振動が励起されるのを防ぐためである。しかしながら、一次振動と二次振動のリング状振動体11の共振周波数が異なれば、各駆動電極13aが中央線を含まないように配置されていても良い。 First, an AC voltage of 1 V P-0 is applied to the three drive electrodes 13 a, 13 a, and 13 a. However, in FIG. 15, the phase of the voltage applied to the driving electrode 13a in the 3 o'clock direction of the timepiece is opposite to the phase of the voltage applied to the other two driving electrodes 13a and 13a. As a result, the piezoelectric film 40 expands and contracts to excite primary vibration. Here, in the present embodiment, the upper metal film 50 is formed so as to include the center line of the ring-shaped vibrating body 11 in a front view. This is to prevent the vibration similar to the secondary vibration that is the in-plane vibration mode from being excited by the AC voltage applied to the three drive electrodes 13a, 13a, and 13a. However, if the resonance frequencies of the ring-shaped vibrating body 11 of the primary vibration and the secondary vibration are different, the drive electrodes 13a may be arranged so as not to include the center line.

次に、図15に示すモニタ電極13fが、上述の一次振動の振幅及び共振周波数を検出して、図示しない公知のフィードバック制御回路に信号を送信する。本実施形態のフィードバック制御回路は、モニタ電極13fからの信号を用いて、駆動電極13a,13a,13aに印加される交流電圧の周波数をリング状振動体11が持つ固有周波数と一致するように制御するとともに、リング状振動体11の振幅をある一定の値となるように制御している。その結果、リング状振動体11においては、一定の振動が持続される。   Next, the monitor electrode 13f shown in FIG. 15 detects the amplitude and resonance frequency of the primary vibration described above, and transmits a signal to a known feedback control circuit (not shown). The feedback control circuit of the present embodiment uses the signal from the monitor electrode 13f to control the frequency of the AC voltage applied to the drive electrodes 13a, 13a, and 13a so as to match the natural frequency of the ring-shaped vibrating body 11. At the same time, the amplitude of the ring-shaped vibrating body 11 is controlled to be a certain value. As a result, the ring-shaped vibrating body 11 maintains a constant vibration.

ここで、上述の一次振動が励起された後、X軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合、第1の実施形態と同様にイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動が生じる。   Here, a case where an angular velocity is applied around the X-axis after the above-described primary vibration is excited will be described. In this case, as in the first embodiment, a secondary vibration in the vibration mode of in-plane cos 3θ is generated.

この二次振動は、6つの検出電極(第1検出電極)13b,・・・,13bによって検出される。本実施形態では、図15に示すように、各検出電極13bは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。本実施形態では、上述の各検出電極13bは、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体11の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。   This secondary vibration is detected by six detection electrodes (first detection electrodes) 13b, ..., 13b. In the present embodiment, as shown in FIG. 15, each detection electrode 13b is arranged corresponding to the vibration axis of the in-plane secondary vibration. In the present embodiment, each of the detection electrodes 13b described above is arranged on the outer side of the center line on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 and so as to most easily detect the secondary vibration to be detected, that is, the in-plane vibration mode. Arranged inside.

本実施形態では、各検出電極13bの配置のために、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる各検出電極13bの電気的信号は検出電極13bの全てで同じである。従って、公知の増幅回路によって各検出電極13bからの電気信号と固定電極端子16の差信号が増幅される。   In this embodiment, due to the arrangement of the detection electrodes 13b, the electrical signals of the detection electrodes 13b generated by the in-plane secondary vibration excited by the angular velocity are the same in all the detection electrodes 13b. Therefore, the electric signal from each detection electrode 13b and the difference signal of the fixed electrode terminal 16 are amplified by a known amplifier circuit.

ここで、本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、これらの第1検出電極13bによって検出された二次振動に関する電圧信号を打ち消すように、換言すればそれらの電圧信号の値をゼロにするように、抑制電極13jに与える電圧を指示又は制御する第1の二次振動抑制用フィードバック制御回路62を備えている。振動ジャイロとしての結果出力には、その抑制電極13jに与える電圧値、又はその電圧に対応する値が用いられる。   Here, the ring-shaped vibrating gyroscope 900 of the present embodiment cancels voltage signals related to secondary vibration detected by the first detection electrodes 13b, in other words, sets the values of the voltage signals to zero. In addition, a first secondary vibration suppression feedback control circuit 62 for indicating or controlling the voltage applied to the suppression electrode 13j is provided. As a result output as a vibrating gyroscope, a voltage value applied to the suppression electrode 13j or a value corresponding to the voltage is used.

次に、上述の一次振動が励起された後、Y軸の回りで角速度が加わる場合について説明する。この場合も、第1の実施形態と同様にイン・プレーンのcos3θの振動モードの二次振動が生じる。   Next, a case where an angular velocity is applied around the Y axis after the above-described primary vibration is excited will be described. In this case as well, the secondary vibration in the vibration mode of in-plane cos 3θ is generated as in the first embodiment.

この二次振動が6つの検出電極(第2検出電極)13d,・・・,13dと、別の6つの検出電極(第2検出電極)13e,・・・,13eによって検出される。本実施形態では、図15に示すように、各検出電極13d,13eは、それぞれイン・プレーンの二次振動の振動軸に対応して配置されている。なお、本実施形態では、上述の各検出電極13d,13eも、検出対象となる二次振動、すなわちイン・プレーンの振動モードを最も検出しやすいように、リング状振動体11の上面における中央線よりも外側及び内側に配置されている。   This secondary vibration is detected by six detection electrodes (second detection electrodes) 13d,..., 13d and another six detection electrodes (second detection electrodes) 13e,. In the present embodiment, as shown in FIG. 15, the detection electrodes 13d and 13e are arranged corresponding to the vibration axes of the in-plane secondary vibration. In the present embodiment, each of the detection electrodes 13d and 13e described above also has a center line on the upper surface of the ring-shaped vibrating body 11 so that the secondary vibration to be detected, that is, the in-plane vibration mode, can be detected most easily. The outer side and the inner side are arranged.

本実施形態では、第1検出電極13bからの電圧信号に基づいて二次振動を抑制するための抑制電極13jを備え、そこに第1の二次振動抑制用フィードバック制御回路62によって二次振動を抑制するような電気信号を印加する。これにより、リング状振動ジャイロ900は、そのリング状振動体11の図11Bのようなモードの二次振動を殆ど発生させることなく、振動ジャイロとしての性能を発揮することができる。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、抑制電極13j及び第1の二次振動抑制用フィードバック制御回路が設けられていない振動ジャイロと比べて、ノイズ性能に非常に優れている。具体的には、本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、本願の出願人が以前に提案したPCT/JP2009/052959に記載された振動ジャイロの一例(第1の実施形態の振動ジャイロ)と比較して、X軸周りの角速度の検出における低周波領域のノイズの大きさが半分以下となる。従って、X軸周りの角速度の検出において、応答性を犠牲にすることなく、S/N比が飛躍的に高められる。なお、上述の第1の二次振動抑制用フィードバック制御回路は、公知のフィードバック制御回路を適用することができる。   In the present embodiment, a suppression electrode 13j for suppressing secondary vibration is provided based on the voltage signal from the first detection electrode 13b, and secondary vibration is generated by the first secondary vibration suppression feedback control circuit 62 therein. An electrical signal that suppresses the voltage is applied. Thereby, the ring-shaped vibrating gyroscope 900 can exhibit the performance as a vibrating gyroscope with almost no secondary vibration in the mode as shown in FIG. 11B of the ring-shaped vibrating body 11. In addition, the ring-shaped vibration gyroscope 900 of this embodiment is very excellent in noise performance compared with the vibration gyroscope in which the suppression electrode 13j and the first secondary vibration suppression feedback control circuit are not provided. Specifically, the ring-shaped vibrating gyroscope 900 of this embodiment is compared with an example of the vibrating gyroscope described in PCT / JP2009 / 052959 previously proposed by the applicant of the present application (vibrating gyroscope of the first embodiment). As a result, the magnitude of the noise in the low-frequency region in detecting the angular velocity around the X axis becomes half or less. Therefore, the S / N ratio is dramatically increased without sacrificing responsiveness in detection of the angular velocity around the X axis. A known feedback control circuit can be applied to the first secondary vibration suppression feedback control circuit described above.

また、本実施形態では、第2検出電極13d,13eそれぞれの配置により、角速度を受けて励起されるイン・プレーンの二次振動によって生じる第2検出電極13dの電気的信号と第2検出電極13eの電気的信号との正負が互いに逆になる。従って、公知の差分回路である演算回路によって第2検出電極13dからの電気信号と検出電極13eからの電気信号との差信号を算出することが可能となる。その場合、Y軸周りの角速度の検出信号は、いずれか一方の検出電極のみを用いる場合と比較して約2倍の検出能力を備えることになる。   In the present embodiment, due to the arrangement of the second detection electrodes 13d and 13e, the electrical signal of the second detection electrode 13d generated by the in-plane secondary vibration excited by the angular velocity and the second detection electrode 13e. The sign of the electrical signal is opposite to that of the electrical signal. Accordingly, it is possible to calculate a difference signal between the electric signal from the second detection electrode 13d and the electric signal from the detection electrode 13e by an arithmetic circuit which is a known difference circuit. In this case, the detection signal of the angular velocity around the Y axis has a detection capability that is approximately twice that of the case where only one of the detection electrodes is used.

なお、本実施形態でも、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度に配置された2つの駆動電極13a,13aと、それらの駆動電極の各々から(180/2)°、すなわち90°離れた角度に配置された1つの駆動電極13aとが配置される。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ900は、円周方向に(360/2)°、すなわち180°離れた角度にのみ配置された一群の駆動電極を備えるリング状振動ジャイロに比べて、振幅の増大又は省電力化が達成される。   In this embodiment as well, two drive electrodes 13a and 13a arranged at an angle of (360/2) ° in the circumferential direction, that is, 180 ° apart, and (180/2) ° from each of these drive electrodes. That is, one drive electrode 13a disposed at an angle of 90 ° is disposed. Therefore, the ring-shaped vibrating gyroscope 900 of the present embodiment has an amplitude larger than that of the ring-shaped vibrating gyroscope including a group of drive electrodes arranged only at an angle of (360/2) °, that is, 180 ° in the circumferential direction. Increase or power saving is achieved.

ところで、本実施形態においても、便宜上、角速度を検出する対象となる2軸のそれぞれを検出する検出電極に対して第1検出電極及び第2検出電極の名称を与えていたが、各軸用の検出電極の名称は、第1検出電極及び第2検出電極のうち、任意の重複しない1つの名称が与えられてもよい。   By the way, in this embodiment, for the sake of convenience, the names of the first detection electrode and the second detection electrode are given to the detection electrodes for detecting each of the two axes for which the angular velocity is to be detected. As the name of the detection electrode, any one non-overlapping name of the first detection electrode and the second detection electrode may be given.

ところで、上述の各実施形態では、上層金属膜をパターニングすることによって各電極が形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下層金属膜のみ、又は上層金属膜及び下層金属膜の両方がパターニングされることによって各電極が形成されても、本発明の効果と同等の効果が奏され得る。但し、製造の容易性を考慮すれば、上述の各実施形態のように上層金属膜のみがパターニングされることは好ましい一態様である。   By the way, in each above-mentioned embodiment, although each electrode was formed by patterning an upper metal film, this invention is not limited to this. For example, even if each electrode is formed by patterning only the lower metal film or both the upper metal film and the lower metal film, the same effect as that of the present invention can be obtained. However, considering the ease of manufacturing, it is a preferable aspect that only the upper metal film is patterned as in the above-described embodiments.

また、抑制電極13jが配置された第3の実施形態の技術思想は、言うまでも無く、他の各実施形態にも適用され得る。   Needless to say, the technical idea of the third embodiment in which the suppression electrode 13j is arranged can also be applied to other embodiments.

さらに、上述の各実施形態では、シリコンを母材とするリング状振動ジャイロが採用されているが、これにも限定されない。例えば、振動ジャイロの母材がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムであってもよい。上述のうち、特に、シリコン又はシリコンゲルマニウムの採用は、公知の異方性ドライエッチング技術を適用することができるため、振動体を含めたジャイロ全体の加工精度の向上に大きく寄与する。以上、述べたとおり、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。   Furthermore, in each of the embodiments described above, a ring-shaped vibrating gyroscope using silicon as a base material is employed, but the present invention is not limited to this. For example, the base material of the vibration gyro may be germanium or silicon germanium. Among the above, in particular, adoption of silicon or silicon germanium can greatly improve the processing accuracy of the entire gyro including the vibrating body because a known anisotropic dry etching technique can be applied. As described above, modifications that exist within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the scope of the claims.

本発明は、振動ジャイロとして種々のデバイスの一部として適用され得る。   The present invention can be applied as a part of various devices as a vibrating gyroscope.

10 シリコン基板
11 リング状振動体
12 交流電源
13a 駆動電極
13b,13c 第1検出電極
13d,13e 第2検出電極
13f,213f,413f,513f,613f モニタ電極
14 引き出し電極
15,17 レッグ部
16 固定電位電極(グラウンド電極)
18 電極パッド
19 支柱
20 シリコン酸化膜
30 下層金属膜
40 圧電体膜
50 上層金属膜
60 固定端
100,200,300,400,500,600,700,800,820,840,860,900 リング状振動ジャイロ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 11 Ring-shaped vibrating body 12 AC power supply 13a Drive electrode 13b, 13c 1st detection electrode 13d, 13e 2nd detection electrode 13f, 213f, 413f, 513f, 613f Monitor electrode 14 Lead electrode 15, 17 Leg part 16 Fixed potential Electrode (ground electrode)
18 Electrode pad 19 Support 20 Silicon oxide film 30 Lower metal film 40 Piezoelectric film 50 Upper metal film 60 Fixed end 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 820, 840, 860, 900 Ring-shaped vibration gyro

Claims (11)

一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを2以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N(以下、同じ)とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N+1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×S〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/2)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極と
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第1電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
A ring-shaped vibrating body with a uniform plane;
A leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body;
A plurality of electrodes placed on or above the plane of the ring-shaped vibrator and formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction;
The plurality of electrodes are the following (1) and (2), that is,
(1) When N is a natural number equal to or greater than 2, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and the drive is arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including electrodes and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N (hereinafter, the same), an angular velocity is applied to the ring-shaped vibrating body. The secondary vibration in the vibration mode of cos (N + 1) θ is detected, and an angle [{360 / (N + 1)} × S] ° away from the reference drive electrode, and {{360 / ( N + 1)} × {S + (1/2)}] ° apart from a group of detection electrodes comprising electrodes arranged at at least one of the angles
Each of the drive electrodes is arranged in a first electrode arrangement region in the plane of the ring-shaped vibrating body,
Each of the detection electrodes includes any one of a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the outer peripheral edge and a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge. The vibration gyro is arranged in the second electrode arrangement region in the plane including both or both regions, and is not electrically connected to any of the drive electrodes.
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを2以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N(以下、同じ)とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N+1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極と
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第1電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
A ring-shaped vibrating body with a uniform plane;
A leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body;
A plurality of electrodes placed on or above the plane of the ring-shaped vibrator and formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction;
The plurality of electrodes are the following (1) and (2), that is,
(1) When N is a natural number equal to or greater than 2, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and the drive is arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including electrodes and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N (hereinafter, the same), an angular velocity is applied to the ring-shaped vibrating body. Detecting the secondary vibration in the vibration mode of cos (N + 1) θ, and an angle away from the reference drive electrode by [{360 / (N + 1)} × {S + (1/4)}] ° and the reference drive A group of detection electrodes comprising electrodes arranged at least at any angle of [{360 / (N + 1)} × {S + (3/4)}] ° away from the electrodes;
Each of the drive electrodes is arranged in a first electrode arrangement region in the plane of the ring-shaped vibrating body,
Each of the detection electrodes includes any one of a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the outer peripheral edge and a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge. The vibration gyro is arranged in the second electrode arrangement region in the plane including both or both regions, and is not electrically connected to any of the drive electrodes.
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを3以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N−2(以下、同じ)とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N−1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×S〕°離れた角度に配置された電極と、前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/2)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極と
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第1電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
A ring-shaped vibrating body with a uniform plane;
A leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body;
A plurality of electrodes placed on or above the plane of the ring-shaped vibrator and formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction;
The plurality of electrodes are the following (1) and (2), that is,
(1) When N is a natural number greater than or equal to 3, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and the drive is arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including electrodes and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N-2 (hereinafter the same), an angular velocity is given to the ring-shaped vibrating body. A secondary vibration in the vibration mode of cos (N−1) θ generated in the electrode, and an electrode disposed at an angle of [{360 / (N−1)} × S] ° from the reference drive electrode; , A group of detection electrodes comprising electrodes arranged at least at any angle of [{360 / (N−1)} × {S + (1/2)}] ° away from the reference drive electrode And
Each of the drive electrodes is arranged in a first electrode arrangement region in the plane of the ring-shaped vibrating body,
Each of the detection electrodes includes any one of a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the outer peripheral edge and a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge. The vibration gyro is arranged in the second electrode arrangement region in the plane including both or both regions, and is not electrically connected to any of the drive electrodes.
一様な平面を備えたリング状振動体と、
前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部と、
前記リング状振動体の前記平面上又はその上方に置かれ、圧電体膜を厚み方向に挟む上層金属膜及び下層金属膜のうちの少なくともいずれかにより形成される複数の電極とを備え、
前記複数の電極は、次の(1)及び(2)、すなわち、
(1)Nを3以上のある自然数とした場合に、cosNθの振動モードで前記リング状振動体の一次振動を励起する、円周方向に(360/N)°離れた角度に配置された駆動電極と、前記駆動電極の各々から(180/N)°離れた角度のいずれかに配置された少なくとも1つの駆動電極とを含む一群の駆動電極と、
(2)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、S=0,1,・・・,N−2(以下、同じ)とした場合に、前記リング状振動体に角速度が与えられたときに発生するcos(N−1)θの振動モードの二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の検出電極と
を有し、
前記駆動電極の各々は、前記リング状振動体の前記平面における第1電極配置領域に配置されており、
前記検出電極の各々は、前記リング状振動体の外周縁から前記外周縁の近傍に至るまでの領域と、前記リング状振動体の内周縁から前記内周縁の近傍に至るまでの領域とのいずれか又は両方の領域を含む前記平面における第2電極配置領域に配置されるとともに、前記駆動電極のいずれとも電気的に接続しないようにされている
振動ジャイロ。
A ring-shaped vibrating body with a uniform plane;
A leg portion that flexibly supports the ring-shaped vibrating body;
A plurality of electrodes placed on or above the plane of the ring-shaped vibrator and formed by at least one of an upper metal film and a lower metal film sandwiching the piezoelectric film in the thickness direction;
The plurality of electrodes are the following (1) and (2), that is,
(1) When N is a natural number greater than or equal to 3, the primary vibration of the ring-shaped vibrating body is excited in the vibration mode of cosNθ, and the drive is arranged at an angle separated by (360 / N) ° in the circumferential direction. A group of drive electrodes including electrodes and at least one drive electrode disposed at any angle (180 / N) ° from each of the drive electrodes;
(2) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and S = 0, 1,..., N-2 (hereinafter the same), an angular velocity is given to the ring-shaped vibrating body. The secondary vibration of the vibration mode of cos (N−1) θ generated at the same time is detected, and [{360 / (N−1)} × {S + (1/4)}] ° away from the reference drive electrode A group of electrodes including electrodes arranged at at least one of an angle and an angle [{360 / (N−1)} × {S + (3/4)}] ° away from the reference drive electrode. A detection electrode,
Each of the drive electrodes is arranged in a first electrode arrangement region in the plane of the ring-shaped vibrating body,
Each of the detection electrodes includes any one of a region from the outer peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the outer peripheral edge and a region from the inner peripheral edge of the ring-shaped vibrating body to the vicinity of the inner peripheral edge. The vibration gyro is arranged in the second electrode arrangement region in the plane including both or both regions, and is not electrically connected to any of the drive electrodes.
前記検出電極を第1検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の(3)、すなわち、
(3)前記二次振動に対して{90/(N+1)}°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔{360/(N+1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第2検出電極と
をさらに有し、
前記各々の第2検出電極が、前記第2電極配置領域上に配置される
請求項1に記載の振動ジャイロ。
When the detection electrode is a first detection electrode, the plurality of electrodes are the following (3):
(3) A secondary vibration of a vibration axis having an angle of {90 / (N + 1)} ° with respect to the secondary vibration is detected, and [{360 / (N + 1)} × {S + ( 1/4)}] [deg.] Away from the reference drive electrode and [{360 / (N + 1)} × {S + (3/4)}] [deg.] Away from the reference drive electrode. And a group of second detection electrodes comprising the formed electrodes,
The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein each of the second detection electrodes is arranged on the second electrode arrangement region.
前記検出電極を第1検出電極としたときに、前記複数の電極が、次の(3)、すなわち、
(3)前記二次振動に対して{90/(N−1)}°離れた角度の振動軸の二次振動を検出し、且つ前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(1/4)}〕°離れた角度と、前記基準駆動電極から〔{360/(N−1)}×{S+(3/4)}〕°離れた角度とのうちの少なくともいずれかの角度に配置された電極を備える一群の第2検出電極と
をさらに有し、
前記各々の第2検出電極が、前記第2電極配置領域上に配置される
請求項3に記載の振動ジャイロ。
When the detection electrode is a first detection electrode, the plurality of electrodes are the following (3):
(3) The secondary vibration of the vibration axis at an angle of {90 / (N-1)} ° with respect to the secondary vibration is detected, and {{360 / (N-1)} from the reference drive electrode × {S + (1/4)}] ° apart from at least an angle {{360 / (N−1)} × {S + (3/4)}] ° away from the reference drive electrode A group of second detection electrodes comprising electrodes arranged at any angle;
The vibrating gyroscope according to claim 3, wherein each of the second detection electrodes is arranged on the second electrode arrangement region.
前記複数の電極が、
(4)M=0,1,・・・,2N−1(以下、同じ)とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に(180/N)×{M+(1/2)}°離れた角度以外の角度に配置された一群のモニタ電極と
をさらに有する
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
The plurality of electrodes are
(4) When M = 0, 1,..., 2N−1 (hereinafter the same), (180 / N) × {M + (1/2)} ° in the circumferential direction from the reference drive electrode. The vibration gyro according to any one of claims 1 to 6, further comprising a group of monitor electrodes arranged at an angle other than the separated angle.
前記複数の電極が、
(4)前記駆動電極の1つを基準駆動電極とし、且つM=0,1,・・・,N−1(以下、同じ)とした場合に、前記基準駆動電極から円周方向に〔(360/N)×{M+(1/2)}〕°離れた角度に配置された一群のモニタ電極と
をさらに有する
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
The plurality of electrodes are
(4) When one of the drive electrodes is a reference drive electrode and M = 0, 1,..., N−1 (hereinafter the same), [( The vibration gyro according to any one of claims 1 to 6, further comprising a group of monitor electrodes arranged at an angle apart from 360 / N) × {M + (1/2)}] °.
前記第1電極配置領域が、前記外周縁から前記内周縁までの幅の中央を結ぶ中央線を含む
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
The vibrating gyroscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the first electrode arrangement region includes a center line that connects a center of a width from the outer peripheral edge to the inner peripheral edge.
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
正面視で実質的に前記上層金属膜、前記圧電体膜、及び前記下層金属膜のみが観察される
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
The ring-shaped vibrator is formed of a silicon substrate;
The vibration gyro according to any one of claims 1 to 6, wherein substantially only the upper metal film, the piezoelectric film, and the lower metal film are observed in a front view.
前記リング状振動体がシリコン基板から形成され、
正面視で実質的に前記上層金属膜及び前記下層金属膜のみが観察される
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の振動ジャイロ。
The ring-shaped vibrator is formed of a silicon substrate;
The vibrating gyroscope according to any one of claims 1 to 6, wherein substantially only the upper metal film and the lower metal film are observed in a front view.
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