[发明专利]振动器以及振动陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及具有在主面进行面内振动的振动模式和在与主面垂直的方向上进行面外振动的振动模式的振动器、以及检测绕着与两种振动模式各自的振动方向垂直的旋转轴而施加给振动器的角速度的振动陀螺仪。

背景技术

检测角速度的振动陀螺仪具备如下的振动器，该振动器具有沿着与旋转轴正交的驱动轴进行振动的第1振动模式(驱动振动模式)、和沿着与旋转轴以及驱动轴正交的检测轴进行振动的第2振动模式(检测振动模式)。若以驱动振动模式进行振动的振动器绕着旋转轴进行旋转，则沿着检测轴的科里奥利力施加给振动器。若施加了科里奥利力，则振动器以检测振动模式进行振动。检测振动模式的振动振幅与旋转运动的角速度的大小、即由旋转运动的角速度所产生的科里奥利力的大小相应。因而，通过对检测振动模式的振动振幅进行检测，从而能够检测旋转运动的角速度。

利用于振动陀螺仪的振动器的构造多种多样。某种振动器构成为具备两个悬臂梁的音叉型振动器(参照专利文献1。)。

图1(A)是具备以往的音叉型振动器的振动陀螺仪111的俯视图，图1(B)是部分剖视图。

振动陀螺仪111具备作为音叉型振动器的振动器101。振动器101具备：腿部101A、101B、支承部101C、和基台部101D。腿部101A、101B分别形成为蜿蜒形状。腿部101A、101B的一端侧与基台部101D连结，且成为固定端。腿部101A、101B的另一端侧成为自由端。支承部101C配置在腿部101A、101B之间，且形成为从基台部101D起在与腿部101A、101B相同的方向上延伸。振动器101由电介质膜102、压电体膜103、电极膜104、基板105、和公共电极106所构成。电介质膜102形成在基板105的上表面。压电体膜103形成在电介质膜102的上表面。电极膜104形成在压电体膜103的上表面。公共电极106形成在基板105的下表面，且被接地。振动器101的支承部101C被未图示的支承基板支承。

电极膜104具备电极104A～104C。电极104A具有：分别沿着腿部101A、101B、和支承部101C的线路状的部分；和与这些线路状的部分连接、且形成在基台部101D的部分。电极104B如从作为腿部101A的自由端的端部起经由基台部101D上而至支承部101C的端部这样，形成为线路状。电极104C如从作为腿部101B的自由端的端部起经由基台部101D上而至支承部101C的端部这样，形成为线路状。

电极104A～104C、公共电极106、以及压电体膜103构成了机电变换元件。在振动器101中，作为腿部101A、101B的自由端的端部或者远离或者靠近地进行开闭这样的振动被激励。在振动陀螺仪111中，这样的振动模式被用作驱动振动模式。在振动器101中，腿部101A、101B在厚度方向上进行弯曲振动的振动被激励。在振动陀螺仪111中，这样的振动模式被用作检测振动模式。振动陀螺仪111在以驱动振动模式进行振动的状态下，若以与腿部101A、101B平行的轴为中心而向振动陀螺仪111施加角速度，则利用通过科里奥利力使得振动器101以检测振动模式进行振动的特性，来检测角速度。

在振动陀螺仪中，期望角速度的检测灵敏度较高。一般而言，在使用了音叉型振动器的振动陀螺仪中，为了提高角速度的检测灵敏度，需要适当地设定振动器的谐振频率。由于音叉型振动器的谐振频率与腿部(梁)的长度的平方成反比例，因此在使音叉型振动器小型化的情况下，谐振频率会变得尤其高。而且，伴随着谐振频率变高而检测灵敏度会变低。因此，在上述的振动陀螺仪111中，通过将腿部101A、101B设为蜿蜒形状，从而即便使振动器101小型化也能将腿部(梁)确保得较长，可防止振动器101的谐振频率变高。

在此，对振动器的谐振频率与角速度的检测灵敏度之间的关系进行说明。

角速度的检测灵敏度能够表示为与施加给振动器的科里奥利力的最大值、和每1N(牛顿)科里奥利力所输出的检测电压(以下称作检测效率。)之积成比例的值。科里奥利力的最大值能够表示为振动器的质量、驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度、和施加给振动器的角速度之积。因此，角速度的检测灵敏度能够表示为与检测效率、振动器的质量、和驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度之积成比例的值。

这些检测效率、振动器的质量、驱动振动模式下的振动器的位移的最大速度等，不仅与检测灵敏度具有相关，还与振动器的厚度、宽度尺寸、刚性、谐振模式及其谐振频率具有相关。