(57)【要約】【課題】振動体の過剰な変動を防ぐことにより、信頼性の高い振動体、及びその振動体を備えたセンサーを提供する。【解決手段】本発明の１つの振動体１０は、振動体１０が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれに、振動体１０の振動変位以上で振動体１０の弾性限界を超えない変位までの振動体１０の可動変位間に、線状部材７４を備える。この振動体１０によれば、振動体１０が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、振動体１０の過剰な振動を抑制又は防止し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体が形成される面内、及び前記面に垂直な方向のそれぞれに、前記振動体の振動変位以上で前記振動体の弾性限界を超えない変位までの前記振動体の可動変位間に、線状部材を備えた、
振動体。
【請求項２】
前記線状部材が、前記振動体の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置される、
請求項１に記載の振動体。
【請求項３】
前記線状部材が、前記面内及び前記面に垂直な方向のそれぞれに対応する一連のワイヤーである、
請求項１又は請求項２に記載の振動体。
【請求項４】
前記振動体がリング状振動体及び／又は前記リング状振動体を柔軟に支持するレッグ部である、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項５】
前記振動体が、前記振動体を支持する、前記振動を妨げない位置の支持台上に形成され、かつ、
前記支持台と前記振動体との間の距離が、前記振動体から、前記振動体の前記面に垂直な方向の振動変位以上で前記振動体の弾性限界を超えない変位までの前記振動体の可動変位間である、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動体。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の振動体を備えた、
センサー。
【請求項７】
振動体が形成される面内、及び前記面に垂直な方向のそれぞれに、前記振動体の振動変位以上で前記振動体の弾性限界を超えない変位までの前記振動体の可動変位間に、線状部材を配置することにより、前記振動体の過剰な振動を抑制する、
振動体の振動抑制方法。
【請求項８】
前記線状部材が、前記振動体の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置される、
請求項７に記載の振動体の振動抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体及び振動体の振動抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンやその他の材料を用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイス又はＮＥＭＳ（Ｎａｎｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）（以下、総称してＭＥＭＳデバイスという）が適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。加えて、シリコンやその他の材料の微細加工技術を利用した構造物も、前述の分野を含む多分野で活用されている。このＭＥＭＳ技術及び微細加工技術を支える主要な要素技術は、シリコンやその他の材料の異方性ドライエッチング（以下、単に異方性エッチングともいう。）及び等方性ドライエッチング（以下、単に等方性エッチングともいう。）である。これらの要素技術の発展がＭＥＭＳ技術及び微細加工技術の発展を支えているといえる。ここ数年来、シリコンやその他の材料の異方性ドライエッチング及び等方性ドライエッチングの技術は飛躍的に進歩した。
【０００３】
上述の要素技術の開発に長年携わってきた本願出願人も、これまでに多数の新しい技術を、特許出願等を通して開示してきた。しかしながら、各種の測定精度の向上とともに耐衝撃性を含む過剰な振動に対する信頼性の更なる向上が産業界から求められる中で、ＭＥＭＳデバイスに対する研究と開発の余地は依然として大きいといえる。例えば、過剰な振動への耐性向上という観点から、振動片が属する面内の行き過ぎた振動を防止する技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された開示技術は、振動片が形成されている面内、換言すれば、振動片が属する面内の行き過ぎた振動を防止する技術に過ぎないため、その面に垂直な方向の振動、変形、又は揺れ（以下、便宜上、総称して「振動」という）を抑制又は防止することができない。昨今の振動体又は振動片（以下、便宜上、総称して「振動体」という）を備えたセンサーやＭＥＭＳデバイス等が用いられる装置又は場面は極めて多様化している。従って、３次元的な過剰の振動にも対応し得る信頼性の高い振動体を実現することが、産業界の要求に適切に応えることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の技術課題を解決することにより、２次元のみならず３次元の過剰な振動にも対応し得る振動体、及びそのような振動体を備えたセンサーの実現に大きく貢献するものである。
【０００７】
発明者は、例えば、センサー内における振動体が配置される位置や振動方向が、その振動体を用いる用途によって様々であるため、振動体が属する面内のみならず、その面に垂直な方向への過剰な振動も生じ得ることに着眼した。しかしながら、振動体の属する面に垂直な方向の振動を抑制するための構造物を形成又は配置することは、微細化が進む振動体の製造工程において容易ではない。さらに、その振動を抑制する部材についても適切に配慮しなければ、万一の振動体との接触の際に振動体の破損や物性異常を引き起こすことにもなり得る。
【０００８】
発明者は、上述の垂直な方向の振動を抑制するための構造物の選択及びその配置について鋭意研究を重ねるとともに数々の試行錯誤を行った。その結果、振動体の行き過ぎた振動を抑制するためには、線状部材を振動体に対して特定の領域に配置することが振動体の属する面に垂直な方向の振動の抑制に最も有効に機能し得ることを知見した。本発明は、そのような知見に基づいて創出された。
【０００９】
本発明の１つの振動体は、振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれに、その振動体の振動変位以上でその振動体の弾性限界を超えない変位までのその振動体の可動変位間に、線状部材を備えている。
【００１０】
この振動体は、振動抑制の対象となる振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、所定の領域（範囲）内に線状部材を備えている。ここで、所定の領域とは、その振動体の振動変位の最大値を始点とすると、その始点以上であって、その振動体の弾性限界を超えない変位までのその振動体の可動変位間を意味する。従って、この線状部材の存在により、仮に、その振動体の振動変位の最大値を超えさせるような何らかの物理的衝撃等がその振動体に与えられたとしても、その線状部材が振動体と接触することにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。換言すれば、例えばセンサーとして機能させるための通常の励振を許容した上で、その振動体の塑性変形が生じる前に、線状部材を振動体に接触させることにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。この振動体によれば、特に、線状部材によって振動体の過剰な振動を抑制又は防止するため、その振動体が線状部材と接触するによって物理的損傷を受ける可能性、及び／又はその振動体の物性値への影響を低減し得る。その結果、物理的衝撃に代表される外的作用への耐性に優れた振動体が得られる。
【００１１】
また、本発明の１つの振動抑制方法は、振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれに、その振動体の振動変位以上でその振動体の弾性限界を超えない変位までのその振動体の可動変位間に、線状部材を配置することによって、その振動体の過剰な振動を抑制する。
【００１２】
この振動抑制方法によれば、振動抑制の対象となる振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、所定の領域（範囲）内に配置される線状部材によって、その振動体の過剰な振動を抑制し得る。ここで、所定の領域とは、その振動体の振動変位の最大値を始点とすると、その始点以上であって、その振動体の弾性限界を超えない変位までのその振動体の可動変位間を意味する。従って、この線状部材の存在により、仮に、その振動体の振動変位の最大値を超えさせるような何らかの物理的衝撃等がその振動体に与えられたとしても、その線状部材が振動体と接触することにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。換言すれば、例えばセンサーとして機能させるための通常の励振を許容した上で、その振動体の塑性変形が生じる前に、線状部材を振動体に接触させることにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。この振動抑制方法によれば、特に、線状部材によって振動体の過剰な振動が抑制又は防止できるため、その振動体が線状部材と接触するによって物理的損傷を受ける可能性、及び／又はその振動体の物性値への影響を低減し得る。その結果、この振動抑制方法は、物理的衝撃に代表される外的作用への耐性に優れる。
【００１３】
ところで、本願における線状部材の形状は特に限定されない。例えば、その線状部材の断面形状が円形、楕円形、又は方形（正方形、長方形を含む）であってもよい。但し、振動体との接触時に、より確度高くその振動体への物理的損傷を与えないため、及び／又はその振動体の物性値への影響を低減するためには、その線状部材の断面形状が円形、楕円形、又は湾曲した面を備えた形状であることが好ましい。加えて、本願における線状部材の径の大きさ又は厚みも特に限定されないが、上述の同様の観点から、過剰な振動を抑制する対象となる振動体の大きさと比較して小さい線状部材が採用されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の１つの振動体によれば、線状部材の存在により、仮に、その振動体の振動変位の最大値を超えさせるような何らかの物理的衝撃等がその振動体に与えられたとしても、その線状部材が振動体と接触することにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。
【００１５】
また、本発明の１つの振動抑制方法によれば、線状部材の存在により、仮に、その振動体の振動変位の最大値を超えさせるような何らかの物理的衝撃等がその振動体に与えられたとしても、その線状部材が振動体と接触することにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１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。
【図２】図１に示す振動ジャイロ部分の構造体の斜視図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ端面図である。
【図４】図１のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】第１検出電極と第２検出電極の電気的信号の正負を概念的に説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００の中心的役割を果たす構造体及び支持台の正面図である。
【図７】図６に示す振動ジャイロ部分のみの斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００のバリエーションを示す正面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態における図４に相当する断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態の振動体における線状部材の配置例を示す斜視図である。
【図１７】本発明の他の実施形態の振動体における線状部材の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけ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。また、図２は、図１に示す振動ジャイロ部分の構造体の斜視図である。また、図３は、図１のＸ−Ｘ端面図である。また、図４は、図１のＹ−Ｙ断面図である。加えて、図５は、第１検出電極と第２検出電極の電気的信号の正負を概念的に説明する図である。
【００１９】
図１乃至図４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つの領域に分類される。第１の領域は、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〜１３ｄを備えた領域である。本実施形態では、複数の電極１３ａ〜１３ｄを構成する上層金属膜５０の外側端部は、約３０μｍ〜１００μｍ幅のリング状平面を有するリング状振動体１１の外周縁から約１μｍ内側に形成され、その幅は約１０μｍ〜４０μｍである。また、その上層金属膜５０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ている。
【００２０】
ところで、本実施形態では、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。従って、前述の複数の電極１３ａ〜１３ｄの内訳は、互いに円周方向に１８０°離れた角度に配置された２つの駆動電極１３ａ，１３ａと、駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって９０°離れた角度に配置された２つのモニタ電極１３ｃ，１３ｃと、リング状振動ジャイロ１００に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，１３ｂ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｄである。本実施形態では、第１検出電極１３ｂ，１３ｂは、駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって時計回りに４５°離れた角度に配置される。また、第２検出電極１３ｄ，１３ｄは、第１検出電極から円周方向であって９０°離れた角度、換言すれば、駆動電極１３ａ，１３ａから円周方向であって反時計回りに４５°離れた角度に配置される。
【００２１】
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の厚みは約４０μｍ〜１００μｍである。なお、図１においてＶで示される斜線領域又は図２においてＶで示される領域は、リング状振動ジャイロ１００を構成する構造体が何も存在しない空間又は空隙部分であり、図面を分かりやすくするために便宜上設けられた領域である。
【００２２】
第２の領域は、リング状振動体１１の一部と連結し、リング状振動体１１を柔軟に支持するレッグ部１５である。このレッグ部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、幅が約４μｍ〜８μｍ幅の引き出し電極１４である上層金属膜５０が形成されている。
【００２３】
第３の領域は、上述のレッグ部１５に連結しているシリコン基板１０から形成される電極パッド１８を備えた電極パッド用固定端部１７である。本実施形態においては、リング状振動ジャイロ１００を支持する支柱１９が、振動体であるリング状振動体１１又はレッグ部１５の振動を妨げないように、支持台（代表的な材質は、シリコンであり、その材質からなる基板が支持台を兼ねても良い）８０上に固着されて設けられている。その結果、支柱１９がレッグ部１５及びリング状振動体１１にとっての固定端としての役割を果たしている。なお、支持台８０は、リング状振動ジャイロ１００を収容するパッケージ部に固定されている。
【００２４】
また、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、支柱１９以外の固定端として、電極パッド用固定端部１７を備えている。この電極パッド用固定端部１７は、支柱１９及び支持台８０（パッケージ部を含む）のみに連結しているため、実質的にリング状振動体１１の動きを阻害しない。図３に示すように、支柱１９及び電極パッド用固定端部１７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及び電極パッド用固定端部１７上に形成されている圧電体膜４０の上面には、レッグ部１５上のそれと連続する前述の引き出し電極１４及び電極パッド１８が形成されている。
【００２５】
上記の各構成に加えて、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、複数の線状部材を７４備えている。本実施形態の線状部材７４のそれぞれは、支持台８０上に形成された２つのワイヤーパッド７２間をつなぐように設けられた一連の金属製（例えば、金（Ａｕ）製）のワイヤーである。なお、本実施形態のワイヤーの直径は特に限定されないが、例えば、直径が２０μｍ以上４０μｍ以下であるワイヤーが本実施形態のリング状振動ジャイロ１００の過剰な振動を抑制又は防止し得る線状部材として適用できる。加えて、本実施形態においては、図４に示すように、それぞれの線状部材７４が、いわばリング状振動体１１及びレッグ部１５をまたぐように設けられている。なお、図４では、説明の便宜上、各電極は描かれていない。
【００２６】
また、本実施形態においては、各ワイヤーパッド７２間が、ワイヤーボンディングによって接続されている。その結果、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部１５が形成される面（代表的には、リング状平面）と同一面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれに、線状部材７４を備えている。特筆すべきは、本実施形態の線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１又はレッグ部１５の過剰な振動を抑制又は防止し得るために設けられたものであるため、何ら電気的な接続を要しないことである。従って、本実施形態においては、電気的に接続をしない線状部材７４が、振動体であるリング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、それらの過剰な振動を抑制又は防止し得る。
【００２７】
なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００の製造工程の簡素化の観点から、例えば支持台８０上に形成する回路の配置を工夫することにより、線状部材７４を担うワイヤーボンディングが電気的に接続をすることもできる。しかしながら、万一の物理的衝撃等によって線状部材７４とリング状振動体１１又はレッグ部１５とが接触することによる電気的特性の変動の可能性を考慮すれば、本実施形態の線状部材７４が電気的に接続されないことがより好ましい一態様である。
【００２８】
また、図４示すように、本実施形態の線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部１５からある距離（Ｄ１〜Ｄ４）を離して設けられている。具体的には、上述の距離（Ｄ１〜Ｄ４）のいずれもが、リング状振動体１１又はレッグ部１５の振動変位以上で、リング状振動体１１又はレッグ部１５の弾性限界を超えない変位までのリング状振動体１１又はレッグ部１５の可動変位間に設けられている。従って、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００においては、リング状振動体１１又はレッグ部１５が、センサーとして機能させるための通常の励振を許容した上で、リング状振動体１１又はレッグ部１５の塑性変形が生じる前に、線状部材７４をリング状振動体１１又はレッグ部１５に接触させることが可能となる。その結果、リング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、リング状振動体１１又はレッグ部１５の過剰な振動を抑制又は防止し得るため、物理的衝撃に代表される外的作用への耐性に優れた振動体が得られる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、リング状振動体１１又はレッグ部１５が塑性変形を生じるには、外部からの物理的衝撃等によって静止位置から約１００μｍの変位が生じたときであることが確認されている。そのため、リング状振動体１１又はレッグ部１５の通常の動作時における振動変位の最大値よりも遠方であり、かつ静止位置から１００μｍよりも近い位置に、線状部材７４が設けられるように、ワイヤーボンディングが行われる。
【００３０】
また、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、上述に加えて別の工夫が施されている。具体的には、図３又は図４に示すように、振動体であるリング状振動体１１又はレッグ部１５を支持する支柱１９の高さ、換言すれば、振動体と支持台８０との間の距離（Ｄ５）が、振動体から、振動体が形成される面に垂直な方向の振動変位以上で振動体の弾性限界を超えない変位までのリング状振動体１１又はレッグ部１５の可動変位間となるように設定される。このような距離に振動体が設けられることにより、上述の線状部材７４の効用と相俟って、３次元的にも、あらゆる方向の物理的衝撃への耐性を、より確度高く向上させることが可能となる。
【００３１】
ところで、本実施形態においては、距離（Ｄ５）が、上述の距離の範囲内に設定されているが、通常の励振を許容する距離が離されていれば、リング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、リング状振動体１１又はレッグ部１５の過剰な振動を一定程度、抑制又は防止し得ることが発明者によって確認されている。但し、３次元的な、あらゆる方向の物理的衝撃への耐性を向上させる観点から言えば、距離（Ｄ５）が、上述の距離の範囲内に設定されることがより好適な一態様である。
【００３２】
加えて、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００は、更に別の工夫も施されている。具体的には、図１又は図２に示すように、線状部材７４が、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。ここで、振動の節を説明するために、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金属膜３０は一律に０Ｖになっている。
【００３３】
最初に、図１に示すように、２つの駆動電極１３ａ，１３ａに１ＶＰ−０の交流電圧が印加される。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がリング状振動体１１の上面における中央線よりも外側に形成されているため、リング状振動体１１の側面に形成されることなく圧電体膜４０の伸縮運動をリング状振動体１１の一次振動に変換することが可能となる。
【００３４】
次に、図１に示すモニタ電極１３ｃ，１３ｃ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１３ｃ，１３ｃ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は、一定の振動が持続される。
【００３５】
上述の一次振動が励起された後、図１に示すリング状振動ジャイロ１００の配置された平面に垂直な軸（紙面に垂直な方向の軸、以下、単に「垂直軸」という）の回りで角速度が加わると、ｃｏｓ２θの振動モードである本実施形態では、コリオリ力により一次振動の振動軸に対して両側に４５°傾いた新たな振動軸を有する二次振動が生じる。
【００３６】
この二次振動が２つの第１検出電極１３ｂ，１３ｂと、２つの第２検出電極１３ｄ，１３ｄによって検出される。本実施形態では、図１に示すように、第１検出電極１３ｂ，１３ｂ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｄは、それぞれ二次振動の振動軸に対応して配置されている。また、全ての第１検出電極１３ｂ，１３ｂ及び第２検出電極１３ｄ，１３ｄは、リング状振動体１１の上面における中央線よりも外側に形成されている。従って、角速度を受けて励起される二次振動によって生じる第１検出電極１３ｂ，１３ｂと第２検出電極１３ｄ，１３ｄの電気的信号の正負が逆になる。
【００３７】
例えば、図５に示すように、リング状振動体１１が縦に楕円となるリング状振動体１１ａの振動状態に変化した場合、中央線より外側に配置されている第１検出電極１３ｂの位置の圧電体膜４０は、Ａ１に示す矢印の方向に伸びる一方、中央線より外側に配置されている第２検出電極１３ｄの位置の圧電体膜４０は、Ａ２に示す矢印の方向に縮むため、それらの電気的信号は逆になる。同様に、リング状振動体１１が横に楕円となるリング状振動体１１ｂの振動状態に変化した場合、第１検出電極１３ｂの位置の圧電体膜４０は、Ｂ１に示す矢印の方向に縮む一方、第２検出電極１３ｄの位置の圧電体膜４０は、Ｂ２に示す矢印の方向に伸びるため、この場合も、それらの電気的信号が逆になる。
【００３８】
ここで、リング状振動体１１ａの振動状態からリング状振動体１１ｂの振動状態に変化する際に、ほとんど振動しない箇所が現れる。図５に示す振動の節（ｎｏｄｅ）となる箇所である。従って、振動体の節の位置又はその近傍であれば、本実施形態の線状部材７４をその振動体に近接して設けることが可能となる。そうすれば、振動体（本実施形態では、リング状振動体１１及びレッグ部１５）が外的作用によって過剰な動き励起されたとしても、比較的緩やかな動きのうちにそのような過剰な振動の緩和を実現することが可能となる点は特筆に値する。
【００３９】
上述のとおり、本実施形態においては、線状部材７４が、リング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されることにより、より確度高く、リング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおけるリング状振動体１１又はレッグ部１５の過剰な振動を抑制又は防止し得る。なお、リング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の「近傍」の範囲の好適な一例は、リング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置から、約３００μｍまでの範囲内であるが、その数値は限定されない。これは、振動体の形状、構造、材質、又は振動体が設置される環境によって変動し得るためである。
【００４０】
ところで、本実施形態においては、線状部材７４が、リング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されているが、線状部材７４が配置される箇所はそのような箇所に限定されない。例えば、そのような位置に配置されない場合であっても、リング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、リング状振動体１１又はレッグ部１５の過剰な振動を一定程度、抑制又は防止し得ることが発明者によって確認されている。但し、物理的衝撃への耐性を向上させる観点から言えば、線状部材７４が、リング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されることがより好適な一態様である。
【００４１】
本実施形態のリング状振動ジャイロ１００によれば、物理的衝撃に代表される外的作用のうち、以下の（１）〜（４）の変位のいずれに対しても、良好な耐性が得られることが分かった。
（１）リング状振動体１１又はレッグ部１５の周方向の変位
（２）リング状振動体１１又はレッグ部１５の水平方向（すなわち、リング状振動体１１又はレッグ部１５が形成される面内方向）の変位
（３）リング状振動体１１又はレッグ部１５のロッキングモードに関する変位
（４）リング状振動体１１又はレッグ部１５のバウンスモードに関する変位
【００４２】
ここで、ロッキングモードの変位とは、リング状振動体１１の中心の固定ポストを軸として、リング状振動体１１の存在する面の上下方向にシーソーのような動きによる変位である。また、バウンスモードの変位とは、前述の固定ポストに支持された振動体のリング状振動体１１の全周が同時に、リングの存在する面の上方又は下方に曲げられる動きによる変位である。一般的に、上述の（１）〜（４）に関する変位を生じさせる衝撃が振動センサーに与えられた場合、過剰な振動を抑制又は防止し得ることが、外的作用への耐性に優れた振動体の提供につながる。
【００４３】
なお、公知の差分回路である演算回路６０において、第１検出電極１３ｂ，１３ｂと第２検出電極１３ｄ，１３ｄの電気信号の差が算出される。その結果、検出信号は第１検出信号又は第２検出信号のいずれか一方のみ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。
【００４４】
また、本実施形態のリング状振動ジャイロ１００の製造方法は、本願出願人が過去に出願し、開示した内容（ＷＯ２００９／０９６０８６）と同じであるため省略する。また、ワイヤーボンディングは公知の方法を用いて実施し得る。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図６は、本実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００の中心的役割を果たす構造体及び支持台の正面図である。また、図７は、図６に示す振動ジャイロ部分のみの斜視図である。また、図８乃至図１３は、図６に示すリング状振動ジャイロ２００のバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）を示す正面図である。図８乃至図１３に示すように、線状部材７４は、各バリエーションにおいて異なる場所に配置されているが、リング状振動体１１及びレッグ部２１５は、図８乃至図１３において共通している。また、図示しないが、リング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）は、第１の実施形態のリング状振動ジャイロ１００の支柱１９と同じ支柱によって支持されている。
【００４６】
また、本実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）において、第１の実施形態と同じ構成部分及び機能に関する説明は、図示しない箇所を含め、重複するため省略され得る。また、リング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）の振動モードも、第１の実施形態の同様に、ｃｏｓ２θの振動モードである。加えて、本実施形態におけるリング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群の製造方法は、第１の実施形態と実質的に同じ製造方法であるため、その説明は省略される。なお、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）においては、リング状振動体１１の外縁近傍上及び内縁近傍上のいずれにも同じ機能を有する電極（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）が配置されることにより、各検出電極１３ｂ，１３ｄから得られる信号の差分を算出すことによる検出等の感度の向上が図られている。
【００４７】
本実施形態のリング状振動ジャイロ２００のレッグ部２１５は、図６及び図７に示すように、形状及び数の観点で、第１の実施形態のレッグ部１５と異なっている。具体的には、本実施形態のレッグ部２１５は、直線部２１５ａと屈曲部２１５ｂとを備えた線対称の配置となる２つのレッグ部２１５を１つの単位として、計８単位を有している。
【００４８】
加えて、本実施形態のリング状振動ジャイロ２００は、上述のレッグ部２１５の直線部２１５ａをまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。なお、本実施形態においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００４９】
＜第２の実施形態の変形例（１）＞
本変形例は、図８に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ａは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をもまたぐように配置されている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５０】
＜第２の実施形態の変形例（２）＞
本変形例は、図９に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｂは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をもまたぐように配置されている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５１】
＜第２の実施形態の変形例（３）＞
本変形例は、図１０に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｃは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をまたがないように配置されている。また、本変形例の線状部材７４は、正面視において、それぞれが点対称（本実施形態では、９０°ごと）となる位置に設けられている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５２】
＜第２の実施形態の変形例（４）＞
本変形例は、図１１に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｄは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をまたがないように配置されている。また、本変形例の線状部材７４は、正面視において、それぞれが点対称（本実施形態では、９０°ごと）となる位置に設けられている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５３】
＜第２の実施形態の変形例（５）＞
本変形例は、図１２に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｅは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をまたがないように配置されている。また、本変形例の線状部材７４は、正面視において、それぞれが線対称となる位置に設けられている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５４】
＜第２の実施形態の変形例（６）＞
本変形例は、図１３に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｆは、上述のレッグ部２１５の屈曲部２１５ｂ及びリング状振動体１１をまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。さらに厳密に言えば、本変形例の線状部材７４は、レッグ部２１５の直線部２１５ａの、支柱から離れる方向への延長線（仮想の線）をまたがないように配置されている。また、本変形例の線状部材７４は、正面視において、それぞれが線対称となる位置に設けられている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節の位置及び／又はその近傍に配置されている。
【００５５】
＜第２の実施形態の変形例（７）＞
本変形例は、図１４に示すように、ワイヤーパッド７２及び線状部材７４の配置が、第２の実施形態と異なっている。具体的には、本変形例のリング状振動ジャイロ２００ｇは、上述のレッグ部２１５の直線部２１５ａをまたぐように、８か所のワイヤーパッド７２と、４か所の線状部材７４とを備えている。また、本変形例の線状部材７４は、正面視において、それぞれが線対称となる位置に設けられている。なお、本変形例においては、線状部材７４は、振動体であるリング状振動体１１及びレッグ部２１５の振動の節とは異なる位置に配置されている。このような線状部材７４の配置であっても、振動体の過剰な振動に対する抑制又は防止効果が奏され得る。
【００５６】
上述のリング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）についても、第１の実施形態と同様に、物理的衝撃に代表される外的作用のうち、以下の（１）〜（４）の変位に対する耐性が調べられた。
（１）リング状振動体１１又はレッグ部２１５の周方向の変位
（２）リング状振動体１１又はレッグ部２１５の水平方向（すなわち、リング状振動体１１又はレッグ部２１５が形成される面内方向）の変位
（３）リング状振動体１１又はレッグ部２１５のロッキングモードに関する変位
（４）リング状振動体１１又はレッグ部２１５のバウンスモードに関する変位
その結果、以下の表１に示す結果が得られた。なお、表１における丸印は、（１）〜（４）の各変位を生じされる外的作用に対する耐性が良好であることを示す。また、「効果小」の記載は、前述の外的作用に対する耐性が小さいことを示す。
【００５７】
【表１】
2014163829.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、リング状振動ジャイロ２００及びそのバリエーション群（２００ａ〜２００ｇ）のいずれにおいても、線状部材７４による過剰な振動に対する抑制又は防止効果が確認できた。この振動の抑制又は防止効果は、例えば、故意にリング状振動ジャイロを収容するパッケージ部を落下させたり、そのパッケージ部に対して強い物理的衝撃を与えたりすることによって生じる、過剰過ぎるともいえる外的作用に対しても耐性を確保することができるという、極めて高い水準の耐性を意味する。特に、リング状振動ジャイロ２００並びにそのバリエーション群の内のリング状振動ジャイロ２００ａ、リング状振動ジャイロ２００ｂ、及びリング状振動ジャイロ２００ｅ〜２００ｇについては、リング状振動体１１又はレッグ部２１５の周方向の変位に対しる過剰な振動に対しても、高い抑制又は防止効果が得られることが確認できた。
【００５９】
＜その他の実施形態（１）＞
上述の各実施形態においては、レッグ部１５，２１５及びリング状振動体１１をまたぐように線状部材７４が配置される例が示されているが、線状部材７４の配置される箇所はそれに限定されない。図１５は、上述の各実施形態の変形例を示す、図４に相当する断面図である。図１５に示す振動体３００のように、ワイヤーパッド７２の一部がレッグ部１５，２１５とリング状振動体１１との間に配置されることによって、線状部材７４が、リング状振動体１１のみをまたぐように設けられることも採用し得る他の一態様である。このような線状部材７４の配置であっても、実質的にリング状振動体１１のみならず、レッグ部１５,２１５の過剰な振動に対する抑制又は防止効果を発揮することが可能である。
【００６０】
＜その他の実施形態（２）＞
また、上述の各実施形態においては、振動体の例として、リング状振動体１１及びレッグ部１５，２１５を示したが、振動体の例は、それらに限定されない。例えば、いわゆる片持ち梁型の振動体を備えるセンサーに対しても本発明を適用することが可能である。図１６は、本実施形態の振動体４００における線状部材の配置例を示す斜視図である。図１６に示すように、振動体である片持ち梁４１１は、その梁を撓み振動（代表的には、図１６におけるＶ−Ｖ方向の振動）の節となる位置で、支持台４８０上の支持部４１３によって支持されている。
【００６１】
ここで、本実施形態においては、物理的衝撃に代表される外的作用によって、その梁の過剰な振動を抑制又は防止するために、片持ち梁４１１の振動の節の位置及び／又はその近傍に線状部材７４（及び、それを実現するためにワイヤーパッド７２）が配置される。その結果、より確度高く、片持ち梁４１１が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける片持ち梁４１１の過剰な振動を抑制又は防止し得る。なお、本実施形態においても、上述の各実施形態と同様に、片持ち梁４１１の振動の節の位置及び／又はその近傍とは別の箇所に線状部材７４が配置される場合も採用し得る。しかしながら、片持ち梁４１１の振動の節の位置及び／又はその近傍に線状部材７４が配置されることが、過剰な振動を抑制又は防止の確度を高めることになる。
【００６２】
＜その他の実施形態（３）＞
また、上述のその他の実施形態２のバリエーションとして、図１７に示す振動体５００も、採用し得る他の一態様である。図１７は、本実施形態の振動体５００における線状部材の配置例を示す斜視図である。図１７に示すように、振動体である片持ち梁４１１が最も振動する領域及び／又はその近傍において線状部材７４が配置されることは、片持ち梁４１１たる振動体５００が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、振動体５００の過剰な振動を抑制又は防止し得る。なお、本実施形態において、上述のその他の実施形態２の説明と重複する説明は省略される。
【００６３】
ところで、上述の各実施形態においては、振動抑制の対象となる振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、所定の領域（範囲）内に線状部材７４を備えている。既に述べたとおり、所定の領域とは、その振動体の振動変位の最大値を始点とすると、その始点以上であって、その振動体の弾性限界を超えない変位までのその振動体の可動変位間を意味する。従って、線状部材７４の存在により、仮に、各振動体の振動変位の最大値を超えさせるような何らかの物理的衝撃等がその振動体に与えられたとしても、線状部材７４が各振動体と接触することにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおいて、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。換言すれば、例えばセンサーとして機能させるための通常の励振を許容した上で、その振動体の塑性変形が生じる前に、線状部材７４を振動体に接触させることにより、その振動体が形成される面内、及びその面に垂直な方向のそれぞれにおける、その振動体の過剰な振動を抑制又は防止し得る。
【００６４】
また、上述の各実施形態における振動体は、加速度センサー、角速度センサー、圧力センサー等、各種の物理量を検出するセンサーとして広範に適用できる。
【００６５】
上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、自動車分野、航空分野、宇宙分野、産業機器分野、電子機器分野、情報通信分野、及び医療分野等、振動体を用いる各種デバイスの要素技術又は最終製品として広範に適用され得る。
【符号の説明】
【００６７】
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            第１検出電極
１３ｃ            モニタ電極
１３ｄ            第２検出電極
１４              引き出し電極
１５，２１５      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              演算回路
７２              ワイヤーパッド
７４              線状部材
８０              支持台
１００，２００，２００ａ〜２００ｇ      リング状振動ジャイロ
２１５ａ          直線部
２１５ｂ          屈曲部
３００，４００，５００    振動体
４１１            片持ち梁
４１３            支持部
４８０            支持台
【図１】
2014163829.tif 000004
【図２】
2014163829.tif 000005
【図３】
2014163829.tif 000006
【図４】
2014163829.tif 000007
【図５】
2014163829.tif 000008
【図６】
2014163829.tif 000009
【図７】
2014163829.tif 000010
【図８】
2014163829.tif 000011
【図９】
2014163829.tif 000012
【図１０】
2014163829.tif 000013
【図１１】
2014163829.tif 000014
【図１２】
2014163829.tif 000015
【図１３】
2014163829.tif 000016
【図１４】
2014163829.tif 000017
【図１５】
2014163829.tif 000018
【図１６】
2014163829.tif 000019
【図１７】
2014163829.tif 000020