(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子とパッケージと支持部材とを含んでなり、
前記支持部材は、片端を前記圧電振動子に固定され、他端を前記パッケージにおける支持部材固定部に固定され、
前記支持部材固定部を囲む所定範囲である支持部材固定部周辺領域は、前記圧電振動子の厚み方向に関し、該支持部材固定部周辺領域を囲む領域における該パッケージの厚みより薄い薄肉部をなし、
前記支持部材は、前記片端側の端面としての第１平面領域と、前記他端側の端面としての第２平面領域とを有し、該第１及び第２の平面領域を圧電振動子およびパッケージにそれぞれ接合することにより該圧電振動子を該パッケージに搭載し、
前記第１及び第２の平面領域を前記圧電振動子および前記パッケージにそれぞれ接合する接合材は、該圧電振動子および該パッケージの何れよりも軟らかく、
前記第２の平面領域が接合される前記パッケージの平面範囲を該パッケージの支持部材接合領域、該支持部材接合領域に対向する側の該パッケージの表面をパッケージ下面、該パッケージ下面にあって該支持部材接合領域に対応する領域を支持部材対応領域とそれぞれ称するとき、
前記パッケージにおける前記支持部材対応領域を含む所定範囲が前記薄肉部をなしている
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【請求項２】
前記薄肉部は、前記所定範囲が前記パッケージ下面側の前記周辺領域より窪んだ凹部をなすことにより形成してあることを特徴とする請求項１に記載の音叉型振動ジャイロ。
【請求項３】
前記薄肉部の厚みは、前記圧電振動子の振動による前記接合材の伸縮の振幅が最小となるときの値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の音叉型振動ジャイロ。
【請求項４】
前記薄肉部の厚みは0.1mmから0.5mmの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３に記載の音叉型振動ジャイロ。
【請求項５】
前記支持部材固定部は、前記圧電振動子の厚み方向に関し、前記薄肉部より厚い厚肉部に凹部又は貫通穴を設けてなり、
前記支持部材の他端部は、前記凹部又は貫通穴に嵌められ、前記厚肉部に固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の音叉型振動ジャイロ。
【請求項６】
前記支持部材の他端部は、前記凹部又は貫通穴の内壁に接着剤で固着されていることを特徴とする請求項５に記載の音叉型振動ジャイロ。
【請求項７】
前記支持部材の他端部は、圧入又は焼嵌めにより前記凹部又は貫通穴に嵌め込まれていることを特徴とする請求項５に記載の音叉型振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持部材の両端面を圧電振動子およびパッケージに接着剤等の軟らかい接合材によりそれぞれ接合することにより、圧電振動子を支持部材で支え、圧電振動子をパッケージに搭載する音叉型振動ジャイロに関し、特に、支持部材を介してパッケージへ漏れる圧電振動子の振動エネルギーの温度依存性を低減することにより、温度変化に伴うバイアス変動を抑制するようにした音叉型振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型振動ジャイロは、一般に圧電材料でなる振動子（圧電振動子）をパッケージに搭載してなる。振動子をパッケージに搭載するために、振動子における比較的振動の小さい領域に支持部材の一端を接合し、支持部材の他端をパッケージに接合する構造が採用される。振動子には６脚型、Ｈ型（４脚型）、３脚型などがある。図９は、特許文献１（特開２００６−２７５６３０）に図１として開示された音叉型振動ジャイロを示す分解斜視図である。図９の音叉型振動ジャイロは、音叉型の６脚型振動子（１）と、支持部材（２）と、パッケージ（３）とを備えてなる。支持部材（２）の下面はパッケージ基板（３０）の上面における支持部材固着領域３０ａに接着剤で固着され、支持部材（２）の上面は振動子（１）の胴部（１０）の底面の支持部材固着領域に接着剤で固着されている。この６脚型振動子（１）は、圧電体からなり、中央の板状の胴部（１０）と、胴部（１０）の一方の端面から延びる駆動脚（１１）と、胴部（１０）の他方の端面から延びる検出脚（１２）とを有している。駆動脚（１１）は、励振用駆動脚（１１ａ，１１ｂ）と非励振用駆動脚（１１ｃ）とでなる。検出脚（１２）は、振動用検出脚（１２ａ，１２ｂ）と非振動用検出脚（１２ｃ）とでなる。図９の６脚型振動子（１）において、主面（図９における上面）に平行な方向の面内振動を励振用駆動脚（１１ａ，１１ｂ）に励起すると、振動用検出脚（１２ａ，１２ｂ）には、非励振用駆動脚（１１ｃ）の長手軸周りの回転の大きさ（角速度）に応じて、主面に垂直な方向の面垂直振動がコリオリ力により励起される。
【０００３】
音叉型振動ジャイロでは、振動子をパッケージに搭載し、角速度を測定しようとする対象物にパッケージを固定する。そこで、パッケージの一部を支点として、振動子を支える何らかの支持手段が必須の構成部材となる。支持手段は、振動子とパッケージの間に設けられる。図９の音叉型振動ジャイロでは、６脚型振動子（１）の重心（胴体部（１０）の中心）に角柱型の支持部材（２）を接着剤等で固着することり、振動子（１）を支持する構造が示されている。この支持部材（２）が前記支持手段である。振動子（１）を支持部材（２）で支持すると、振動子（１）における比較的振動の小さい領域（図９の振動子（１）ではその重心位置）に支持部材（２）の一部を固着したとしても、幾らかの振動エネルギーが支持部材（２）を介してパッケージ（３）に漏れるのは避けがたい。
【０００４】
図１０は、振動子の振動がパッケージに漏れるのを抑制する構造として提案された特許文献２（特許第２５１８６００号公報）に記載の音叉型振動ジャイロ（１０）を示す図（特許文献２における図１）である。この音叉型振動ジャイロ（１０）は、ハウジング（１１）と、両側(double ended)（即ちＨ型）音叉型の振動子(１３)と、回転速度検出回路（２１）とを有する。ハウジング（１１）は、蓋（１２）と、基部（１４）と、取付け構造体（１５）とを有する。振動子(１３)は、圧電材料の単結晶からエッチングされる。この材料は、水晶、ニオブ酸リチウム(Lithium
Niobate) 或いは他の圧電物質でなる。
【０００５】
図１１は、図１０のＨ型の振動子(１３)を示す斜視図（特許文献２における図３）である。図１１の振動子(１３)には、キャビティ（３３）が設けられ、その内側に単一専用取付け基部（５７）が設けられている。取付け基部（５７）は、フレーム（３０）の内周面（１８）から間隔を隔てられ、これで囲まれ、且つその中の中央に配置されている。取付け基部（５７）は、クロスブリッジ（６１），（６２）及びサスペンションブリッジ（６４）乃至（６７）によって形成されたサスペンション装置（５９）によって内周面（１８）に結合されている。取付け基部（５７）の周面（７１）は、本体（１６）の内周面（１８）から、開口（７３）及び（７４）によって間隔を隔てられている。
【０００６】
振動子(１３)は取付け構造体（１５）に取付けられている。取付け基部（５７）の裏面（７０）は、振動子（１３）の単一専用取付面である。この面は、取付け構造体（１５）の取付け面（７６）に固定されている。この固定は、熱可塑性接着剤或いはエポキシ樹脂によって行われる。かくして、振動子(１３)は、単一専用取付面（７０）のところだけでハウジング（１１）に取付けられる。サスペンション装置（５９）が、取付け基部（５７）をフレーム（３０）に結合する。取付け構造体（１５）は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル合金モネル（Monel)４００或いはセラミックスで作られる。
【特許文献１】特開２００６−２７５６３０
【特許文献２】特許第２５１８６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６は、図９の音叉型振動ジャイロ（特許文献１の図１）と同様な構造を有する音叉型振動ジャイロを示す図であり、同図（Ａ）は部分断面図、同図（Ｂ）は下方から見た斜視図である。図６（Ａ）の部分断面図では、パッケージの底板１５が同図（Ｂ）のＣＣ´線矢視断面図で描いてあり、他の部材は同じ方向（ＣＣ´線に直交する矢印方向）から見た正面図で描いてある。なお、図６の各部には、後述する図１の本発明の一実施例の振動ジャイロとの対応関係を明確にするために、図９とは異なる符号を付してあるが、図６の振動ジャイロは実質的に図９のものと同じ構造であり、図６の符号１，３，１５，２０，１２，２２並びにＰ１〜Ｐ１４は、それぞれ図９の符号（１），（２），（３），（１０），（１１），（１２）並びに（３１ａ）〜（３７ａ）及び（３１ｂ）〜（３７ｂ）と実質的に同じものを表している。図６において、１は振動子、２，４は接着剤、３は支持部材、１２は駆動脚、１５はパッケージの底板、２０は胴体部、２２は検出脚、５２はハーメチックシール、Ｐ１〜Ｐ１４はリード端子である。図９には支持部材（２）固着用の接着剤は描かれていないが、前述のとおり、支持部材（２）の上端面と振動子（１）の胴部（１０）の下面、および支持部材（２）の下端面とパッケージ基板（３０）の上面は、接着剤で固着されている。なお、振動ジャイロでは、振動子１を保護するために、振動子１を覆い、底縁を底板１５の縁に溶接等で固着された缶型の蓋（キャップ）を有するが、図６ではその蓋の図示は省略してある。
【０００８】
振動子１には設計寸法からの加工寸法のずれ（寸法誤差）及び質量のアンバランスがあるから、駆動脚が主面に平行な方向の振動（面内振動）をすると、主面に垂直な方向の振動（面垂直振動）も生じる。駆動脚が面内振動をしているときに、非励振用駆動脚の長手軸の回りに回転する角速度が振動子１に入力されると、コリオリ力により検出脚２２が面垂直振動をするので、この面垂直振動を電気信号に変換することにより角速度を表す信号が得られる。加工寸法のずれ（寸法誤差）及び質量のアンバランスに基づく振動も角速度入力に基づく振動も面垂直振動であるから、入力の角速度がゼロでも、検出脚からは信号が出力される。この角速度ゼロのときに検出脚から出力される検出信号はバイアスと称され、誤差成分である。
【０００９】
前述のとおり、振動子の振動エネルギーが支持手段を介してパッケージに漏れることは避けがたい。振動子の振動エネルギーが支持手段経由でパッケージに漏れ、その漏れ量が温度に応じて変動すれば、一定の角速度が振動子に入力されても、振動子の検出脚から出力される信号（検出信号）に含まれるバイアスも温度に応じて変動する。その振動子からパッケージへ漏れる振動エネルギーが温度に応じて一義的に定まれば、そのバイアスは温度の関数となるので、振動子の温度を温度センサで検知し、その温度に応じた補正量をその関数から求め、その補正量による補正を検出信号に施すことにより、検出信号における誤差（バイアス）は除去され、温度に拘わらず正しい角速度が測定できる。
【００１０】
ところが、その振動子からパッケージへ漏れる振動エネルギーの量が温度に応じて一義的に定まらないならば、温度変化のある環境に振動子が置かれる限りは、温度センサで温度を検知したとしても、前記補正量が一義的に定まらないから、検出信号のバイアスを補正することはできず、正確な角速度の測定はできない。
【００１１】
図７は、図６の振動ジャイロが面垂直振動をするときに、支持部材３の両端を振動子１及びパッケージの底板１５に接着する接着剤２，４がどのように変形するかを示す概念図である。図７（Ａ）は、振動子１が駆動脚１２及び検出脚２２を図６の平衡状態における位置より上に曲げられた状態を示す。反対に、図７（Ｂ）は、振動子１が駆動脚１２及び検出脚２２を図６の平衡状態における位置より下に曲げられた状態を示す。図７（Ａ）のように駆動脚１２及び検出脚２２が上に変位するとき、胴体部２０には矢印１０１ａの方向の反力が作用する。その反力は、接着剤２、支持部材３および接着剤４を経由してパッケージの底板１５に伝わる。パッケージの底板１５は、通常１．５ｍｍ程度の厚みを有するコバール（Kovar）でなり、反力に対し十分な剛性を有し、ほとんど変形しない。したがって、支持部材３がパッケージの底板１５の上面に接着される領域を支持部材固着領域と称し、該支持部材固着領域に対向する側の底板１５の表面をパッケージ下面、該パッケージ下面にあって該支持部材固着領域に対応する領域を支持部材対応領域とそれぞれ称するとき、支持部材対応領域は矢印１０２ａの方向には変位しない。そこで、その反力に等しい圧縮応力が接着剤２及び４に加わり、接着剤２及び４は圧迫されて、図７（Ａ）では接着剤２及び４の縁を丸みを持たせて描いてあるように、接着剤２及び４が変形する。
【００１２】
逆に、図７（Ｂ）のように駆動脚１２及び検出脚２２が下に変位するとき、胴体部２０には矢印１０１ｂの方向の反力が作用する。その反力は、接着剤２、支持部材３および接着剤４を経由してパッケージの底板１５に伝わるが、底板１５はほとんど変形せず、支持部材対応領域は矢印１０２ｂの方向には変位しない。そこで、その反力に等しい引っ張り応力が接着剤２及び４に加わり、接着剤２及び４は引っ張られ、図７（Ｂ）では接着剤２及び４の縁を内側に凹ませて描いてあるように、接着剤２及び４が変形する。
【００１３】
このように接着剤２及び４に応力が加わると、接着剤２及び４の形状が変動する。前述のとおり、その弾性率及び形状は、温度に関するヒステリシスを有するから、同一の温度であっても温度の履歴に依存し、温度に応じて一義的には定まらない。したがって、図６の振動ジャイロでは、支持部材３経由でパッケージの底板１５に漏れる振動子１の振動エネルギー（漏れ量）が温度に応じた一義的な値にならないから、検出信号のバイアスが補正できない。
【００１４】
図１０及び図１１に示した音叉型振動ジャイロにおける振動子の支持手段では、振動子の中央部分とその振動子を支持する部分との間に柔軟な梁を構築し、振動子からパッケージに伝わる振動エネルギーを抑制する構造を採用している。図１１の音叉型振動ジャイロでは、クロスブリッジ（６１），（６２）及びサスペンションブリッジ（６４）乃至（６７）によって形成されたサスペンション装置（５９）がその梁である。ところが、その振動ジャイロにおける振動子の支持手段は構造が複雑であり、精度よく加工するのは容易でない。そこで、その構造は、製造歩留まりを低下させ、製造費の増大をもたらす。また、その構造の採用は、圧電特性は優れているがエッチング加工の方法が確立されていないランガサイト等の結晶を振動子として採用することを不可能にする。また、内部キャビティ（３３）内にサスペンション装置（５９）を備える図１１の振動子（１３）は、構造が複雑であるばかりでなく、製造費が高価であり、小型化も難しい。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、振動子の振動エネルギーが漏れるのを抑制することにより、温度変化のある環境においてもバイアスに基づく誤差の補正が可能であり、しかも構造が簡単な音叉型振動ジャイロの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１７】
（１）圧電振動子とパッケージと支持部材とを含んでなり、
前記支持部材は、片端を前記圧電振動子に固定され、他端を前記パッケージにおける支持部材固定部に固定され、
前記支持部材固定部を囲む所定範囲である支持部材固定部周辺領域は、前記圧電振動子の厚み方向に関し、該支持部材固定部周辺領域を囲む領域における該パッケージの厚みより薄い薄肉部をなし、
前記支持部材は、前記片端側の端面としての第１平面領域と、前記他端側の端面としての第２平面領域とを有し、該第１及び第２の平面領域を圧電振動子およびパッケージにそれぞれ接合することにより該圧電振動子を該パッケージに搭載し、
前記第１及び第２の平面領域を前記圧電振動子および前記パッケージにそれぞれ接合する接合材は、該圧電振動子および該パッケージの何れよりも軟らかく、
前記第２の平面領域が接合される前記パッケージの平面範囲を該パッケージの支持部材接合領域、該支持部材接合領域に対向する側の該パッケージの表面をパッケージ下面、該パッケージ下面にあって該支持部材接合領域に対応する領域を支持部材対応領域とそれぞれ称するとき、
前記パッケージにおける前記支持部材対応領域を含む所定範囲が前記薄肉部をなしている
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
【００１８】
（２）前記薄肉部は、前記所定範囲が前記パッケージ下面側の前記周辺領域より窪んだ凹部をなすことにより形成してあることを特徴とする前記（１）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【００１９】
（３）前記薄肉部の厚みは、前記圧電振動子の振動による前記接合材の伸縮の振幅が最小となるときの値であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【００２０】
（４）前記薄肉部の厚みは0.1mmから0.5mmの範囲にあることを特徴とする前記（１）乃至（３）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【００２１】
（５）前記支持部材固定部は、前記圧電振動子の厚み方向に関し、前記薄肉部より厚い厚肉部に凹部又は貫通穴を設けてなり、
前記支持部材の他端部は、前記凹部又は貫通穴に嵌められ、前記厚肉部に固定されている
ことを特徴とする前記（１）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【００２２】
（６）前記支持部材の他端部は、前記凹部又は貫通穴の内壁に接着剤で固着されていることを特徴とする前記（５）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【００２３】
（７）前記支持部材の他端部は、圧入又は焼嵌めにより前記凹部又は貫通穴に嵌め込まれていることを特徴とする前記（５）に記載の音叉型振動ジャイロ。
【発明の効果】
【００２５】
上記本発明によれば、温度変化のある環境においてもバイアスの補正が可能であり、しかも構造が簡単な音叉型振動ジャイロを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明の実施の形態を挙げ、図面を参照し、本発明を一層具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図であり、同図（Ａ）は部分断面図、同図（Ｂ）は下方から見た斜視図である。図２は、図１の振動ジャイロの横断面図、図３は図１の振動ジャイロの分解斜視図である。図１（Ａ）の部分断面図では、パッケージの底板５が図３におけるＢＢ´線矢視断面図で描いてあり、圧電材料でなる振動子１、接着剤２，４及び支持部材３は同じ方向（ＢＢ´線の矢印方向）から見た正面図で描いてある。図２の横断面図は、図３におけるＡＡ´線矢視断面図である。ＡＡ´線及びＢＢ´線はパッケージの底板５の上面にある。図１の振動ジャイロは、従来技術として前に説明した図６の振動ジャイロとはパッケージの底板に薄肉部５１が形成されている点だけで相違し、その他の点では図６の振動ジャイロと同じである。本実施の形態の振動ジャイロは、比較的大型の装置、自動車、建築物等の対象物に固定して、対象物の姿勢や運動を測定する測定装置に用いて好適である。
【００２７】
図１の振動子１は、前述の図９の振動子（特許文献１の図１のもの）と同様な良く知られた６脚型振動子である。図において、１は振動子、２，４は接着剤（前述の接合材に相当）、３は支持部材、５はパッケージの底板、１２は駆動脚、２０は胴体部、２２は検出脚、５０は底板５に設けられた凹部、５１は凹部５０が設けられたことにより厚さが薄くなった底板５の一部分である薄肉部、５２はハーメチックシール、Ｐ１〜Ｐ１４はリード端子である。図１に符合５００で示す２点鎖線の楕円または円は、図６のものと同様に描いてあり、凹部５０が形成される部分を強調するためのものである（図６に符合５００で示した２点鎖線の楕円または円は、図１のものと同様に描いてあり、図１における凹部５０が形成される領域と対比し、図６には凹部５０がないことを強調するためのものである。）。なお、図１〜３に示す振動ジャイロは、振動子１を保護するために、振動子１を覆い、底縁を底板５の縁に溶接等で固着された缶型の蓋（キャップ）を有するが、これら図ではその蓋の図示は省略してある。また、振動子１の電極や、リード端子Ｐ１〜Ｐ１４と振動子１の電極とを接続するボンディングワイヤも図示が省略してある。
【００２８】
振動子１はランガサイトでなり、パッケージの底板５はコバールでなり、支持部材３は水晶でなり、接着剤２，４はシリコーンでなる。パッケージの底板５の寸法は、厚みが１．５ｍｍ、長手方向（ＢＢ´線方向）の長さが２０ｍｍ、短手方向（ＡＡ´線方向）の長さ（幅）が１２ｍｍである。凹部５０の寸法は、深さが１．３ｍｍ、長さ（図３のＢＢ´線方向の長さ）が１０ｍｍ、幅（図３のＡＡ´線方向の長さ）が５ｍｍである。薄肉部５１の厚みは０．２ｍｍである。振動子１の寸法は、厚みが０．４ｍｍ、胴体部２０の長さ及び幅が共に４ｍｍ、駆動脚１１〜１３及び検出脚２１〜２３の長さがいずれも６ｍｍ、それら脚の幅がいずれも０．４ｍｍである。支持部材３の寸法は、厚みが１ｍｍ、長さ（図３のＢＢ´線方向の長さ）が０．６ｍｍ、幅（図３のＡＡ´線方向の長さ）が０．６ｍｍである。接着剤２，４の厚みは約０．１ｍｍである。
【００２９】
厚み１．５ｍｍのコバール製のパッケージの底板５には、凹部５０が形成してある。底板５における凹部５０の底面部分は厚み１．５ｍｍの周辺部分に比べて格段に薄い厚み０．２ｍｍの薄肉部５１をなしている。凹部５０の底面の形すなわち薄肉部５１の形は、図１（Ｂ）によく表されているように、角に丸みを付けた長方形である。薄肉部５１は、エンドミルによる加工を容易にするために角に丸みを付けた形としたが、角の丸みのない単純な長方形であっても差し支えない。支持部材３が接着剤４で接着されている領域を支持部材固着領域（前述の支持部材固定部に対応）と称すると、薄肉部５１の中心は支持部材固着領域の中心にある。支持部材３の平面形は１辺０．６ｍｍの矩形であり、その矩形の各辺はパッケージの底板５の各辺に平行である。薄肉部５１の下面にあって、支持部材固着領域に対応する領域が前述の支持部材対応領域である。
【００３０】
図５は、図１の振動ジャイロが面垂直振動をするときに、支持部材３の両端を振動子１およびパッケージの底板５に接着する接着剤２，４がどのように変形するかを示す概念図である。図５（Ａ）は、振動子１が駆動脚１２及び検出脚２２を図１の平衡状態おける位置より上に曲げられた状態を示す。反対に、図５（Ｂ）は、振動子１が駆動脚１２及び検出脚２２を図１の平衡状態おける位置より下に曲げられた状態を示す。図５（Ａ）のように駆動脚１２及び検出脚２２が上に変位するとき、胴体部２０には矢印１０１ａの方向の反力が作用する。その反力は、接着剤２、支持部材３および接着剤４を経由してパッケージの底板５に伝わる。
【００３１】
本実施の形態では、支持部材固着領域が薄肉部５１の中央に位置するので、その反力は薄肉部５１に作用する。厚み０．２ｍｍの薄肉部５１の弾性率は底板５における厚み１．５ｍｍの周辺領域の弾性率よりはるかに小さいから、図５（Ａ）の如くに矢印１０１ａの方向の反力が薄肉部５１に作用すると、薄肉部５１は矢印１０２ａの方向に変位する。薄肉部５１が矢印１０２ａの方向に変位すると、接着剤２及び４に加わる応力は反力より格段に小さくなる。同様に、図５（Ｂ）のように駆動脚１２及び検出脚２２が下に変位するとき、矢印１０１ｂの方向の反力が薄肉部５１に作用する。このとき、薄肉部５１は矢印１０２ｂの方向に変位するので、接着剤２及び４に加わる応力は反力より格段に小さくなる。接着剤２及び４に加わる圧縮応力又は引っ張り応力が反力よりはるかに小さいことは、図５（Ａ）及び（Ｂ）では、接着剤２及び４の縁を支持部材３の縁に揃えて描くことにより、表してある。このように、本実施の形態では、パッケージの底板５に薄肉部５１が設けてあるので、薄肉部が設けられていない図６の従来の振動ジャイロに比べ、接着剤２及び４に加わる応力が著しく小さくなる。
【００３２】
このように接着剤２及び４に加わる応力が小さいと、接着剤２及び４の変形（振動の振幅）が小さいから、接着剤２及び４の弾性率にヒステリシスあっても、振動子１からパッケージの底板５に漏れる振動エネルギーはほとんど変動しない。振動エネルギーの漏れ量がヒステリシスの影響を受けなければ、検出信号のバイアスは温度に応じた一義的に値をとる関数で表されるから、振動ジャイロが温度変化のある環境下に置かれても、温度に応じて変動する検出信号のバイアスはその関数による補正量で補正できる。
【００３３】
図８は、接着剤のヒステリシスにより検出信号に現れるバイアスを温度に応じた関数に基づく補正量で補正し、補正後の検出信号に残る誤差を補正残差としたときに、図６の従来の振動ジャイロと図１の本実施の形態の振動ジャイロとのそれぞれにおける補正残差を測定して得た測定値を示すグラフである。図８（Ａ）は図６の従来の振動ジャイロにおける補正残差、同図（Ｂ）は図１の本実施の形態の振動ジャイロにおける補正残差を示す。検出信号は角速度を表すから、補正残差の単位は度／秒（°／ｓ）である。図８において、横軸は振動ジャイロの環境の温度［℃］を、縦軸は補正残差［°／ｓ］を表す。同図（Ａ）を見ると温度を次第に上げるときと、温度を次第に下げるときとの補正残差の差が概ね０．５［°／ｓ］である。他方、同図（Ｂ）を見ると温度を次第に上げるときと、温度を次第に下げるときとの補正残差の差が概ね０．０５［°／ｓ］である。この補正残差の差が、接着剤２及び４によるヒステリシスに起因するバイアスに対応しているので、図ではヒステリシスと表記してある。図８から分かるように、図６の従来の振動ジャイロでは、接着剤２及び４のヒステリシスに起因するバイアスが０．５［°／ｓ］であったのに対し、図１の本実施の形態の振動ジャイロでは、接着剤２及び４のヒステリシスに起因するバイアスが０．０５［°／ｓ］、即ち１０分の１に改善されている。
【００３４】
下の表１は、パッケージ底板の薄肉化により、支持部材３の接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスの改善度合を表す図である。
〔表１〕
0005112198.tif 000002
表１に示されているように、薄肉部５１の厚みが１．５ｍｍ、０．３ｍｍ及び０．２ｍｍであるとき、支持部材３の接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスは、それぞれ０．５［°／ｓ］、０．１［°／ｓ］及び０．０５［°／ｓ］と改善される。薄肉部５１の厚みが１．５ｍｍのときとは、図６の従来の振動ジャイロであり、薄肉部５１の厚みが０．２ｍｍのときとは上述の実施の形態の振動ジャイロである。その薄肉部５１の厚みは、接着剤２，４の伸縮の振幅が最小となるときの値（厚み）とすることが、好ましい。尤も、薄肉部５１の厚みが小さいほど接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスが低減するとは言えない。例えば、薄肉部５１の厚みを０．１ｍｍとしたときは、その厚みが０．２ｍｍのときより接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスは増大することが確かめられている。しかしながら、接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスは、薄肉部５１の厚みを０．１ｍｍとしたときの方が、薄肉部５１の厚みを１．５ｍｍとしたとき（即ち、薄肉部５１を設けないとき）より、低減する。また、接着剤２，４のヒステリシスに起因するバイアスは、薄肉部５１の厚みを０．５ｍｍとしたときにも、薄肉部５１を設けないときより低減することが確かめられている。このように、本発明の振動ジャイロでは、薄肉部５１の厚みが０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲で有効であることが確かめられており、パッケージの底板の厚みはほとんど無関係である。薄肉部５１は、支持部材固着領域より広く、支持部材固着領域を内包することが必要である。薄肉部の寸法は、振動子及びパッケージの物性値並びにこれらの形状をパラメータとするシミュレーションを行い、接着剤の振幅が最小となる値を求め、決定した。
【００３５】
上述の実施の形態では、パッケージの底板５における支持部材対応領域を含む所定範囲を薄肉部５１とし、その所定範囲の周辺領域より厚みを薄くすることにより、支持部材３をバネ構造で支えている。このバネ構造をパッケージの底板５に設けたことが、接着剤２，４にかかる応力の軽減、ひいては接着剤２，４の伸縮振動（変形）の抑制を実現している。
【００３６】
以上に詳しく説明したように、本実施の形態の振動ジャイロによれば、温度変化のある環境においてもバイアスに基づく誤差を従来の１０分の１にまで補正できる。また、この実施の形態の振動ジャイロは、従来の図６の振動ジャイロにおけるパッケージの底部に凹部５０を形成することにより、薄肉部５１を形成しただけである。そこで、振動子１および支持部材３は図６の従来のものと全く同じでよく、特に振動子に複雑な梁などを形成する必要がないし、凹部５０は加工の容易なコバール等でなるパッケージの底部に形成するから、本実施の形態の振動ジャイロは構造が簡単で加工が容易であり、ひいては安価に製造できる。また、実施の形態の振動ジャイロは、振動子１及び支持手段（支持部材３、接着剤２，４）の構造が簡単であるから、小型化が容易である。更に、この実施の形態の振動ジャイロにおける振動子は、梁等の微細な構造を要しないので、エッチングに依らずに加工できる。そこで、本実施の形態の振動ジャイロでは、圧電特性は優れているが、エッチング加工の方法が確立されていないランガサイト等の結晶を振動子１として採用することが可能である。
【００３７】
図４は、図１乃至図３に示した本発明の実施の形態の変形例を示す横断面図であり、図２の横断面図に相当する図である。図２との対比でよく分かるように、図４の変形例では、凹部５０の底と側面とが交わる隅部５０ｂに丸みを持たせてある。このように、底の隅部５０ｂに丸みを持たせた凹部５０は、エンドミルにより容易に掘ることができるので、加工が容易であり、また生産数が増えればプレス加工等による形成も可能であるから、振動ジャイロの製造費の低減に寄与する。
【００３８】
図１２は、本発明の第２の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図である。第２の実施形態の構造は、支持部材固定部をパッケージの薄肉部の中央に設けることにより、温度変化のある環境においてもバイアスに基づく誤差の補正を可能にする点では、第１の実施の形態と同様であり、その上に、支持部材とパッケージとの固定を強固するという効果をもたらすものである。図１２の第２の実施形態は、パッケージにおける支持部材固定部の構造および支持部材の長さにおいて、図１乃至図３を参照して説明した第１の実施形態と相違し、その他の点では第１の実施形態と同じである。
【００３９】
図１２（Ａ）は組み立て工程の一つを示す部分断面図、同図（Ｂ）は組み立て後の第２の実施形態を示す部分断面図である。図１２（Ｂ）は、第１の実施の形態における図２に対応する。図１２の実施の形態では、振動子１の厚み方向に関し、薄肉部５１ａより厚い厚肉部５８が薄肉部５１ａの中央に設けてある。支持部材固定部５３は、厚肉部５８に支持部材挿入凹部５４を設けてなる。支持部材挿入凹部５４の内壁である側壁および底面には接着剤４１が０．１ｍｍ程度の厚みで塗布してある。支持部材３ａの下端部を図１２（Ａ）の矢印の方向から支持部材挿入凹部５４に挿入し、接着剤４１が硬化するまで時間が経過すると、支持部材３ａの下端部はその内壁に固着され、図１２（Ｂ）の音叉型振動ジャイロが形成される。
【００４０】
薄肉部５１ａは、図２の薄肉部５１と同じ外縁を有し、薄肉部５１と同じ０．２ｍｍの厚みを有する。凹部５０ａは、図２の凹部５０と同じ外縁を有する。支持部材３ａは、支持部材３と同じく縦横ともに０．６ｍｍであり、支持部材３とは長さだけにおいて相違する。支持部材３の長さは１ｍｍであったが、支持部材３ａの長さは２．２ｍｍである。支持部材３ａの下部１．２ｍｍは支持部材挿入凹部５４内に埋め込まれている。肉厚部５８は、パッケージの底板５となるべきコバールの板材に支持部材挿入凹部５４形成し、更にそのコバールの板材に凹部５０ａを形成し、肉薄部５１ａを設けることにより、自ずと形成される。したがって、肉厚部５８の厚みは、支持部材３ａの長さ方向（振動子１の厚み方向）に関し、パッケージの底板５と同じく１．５ｍｍである。支持部材挿入凹部５４の内法は縦横ともに０．７ｍｍであり、支持部材挿入凹部５４の内壁である側壁および底部の厚みは０．２ｍｍである。
【００４１】
図１乃至図３で示した第１の実施形態では、支持部材３の下端面と薄肉部５１の中央部の支持部材固着領域とを接着剤４で固着した。支持部材３の下端面は、０．６ｍｍの正方形であり、薄肉部５１との接触面が支持する振動子１の大きさに比べ非常に小さい。また、支持部材３の材料である水晶と薄肉部５１の材料であるコバールとの接着剤による接着では、強い接着力を得るのが容易でない。このように第１の実施形態においては、薄肉部５１の表面である支持部材固着領域をもってパッケージにおける支持部材固定部としたので、この支持部材固定部と支持部材３との固定は、構造的に強固とは言えない。その接着力の強化を意図して、支持部材３の下端部の側面と、その下端部の周辺の支持部材固着領域との間にまで接着剤を付着すると、この付着した接着剤が、検出信号のバイアスにおける温度変動を増大させ、検出信号におけるバイアスの補正を困難にする。従って、第１の実施形態における接着力の強化を意図して、支持部材３の下端部の側面とその下端部の周辺の支持部材固着領域との間にまで接着剤を付着することには、問題がある。これに対し、図１２の第２の実施形態では、支持部材固定部は薄肉部５１ａの中央部に厚肉部５８設け、厚肉部５８に支持部材挿入凹部５４を設けた構造であり、支持部材挿入凹部５４に接着剤４１を塗布しておき、支持部材３ａの下端部を支持部材挿入凹部５４に挿入し、支持部材３ａの下端部と支持部材固定部５３とを固定する。この第２の実施形態の構造では、支持部材３ａの下端部と支持部材固定部５３との固定は、図１〜図３の第１の実施形態の構造に比べ、格段に強固である。
【００４２】
図１３は、本発明の第３の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図である。第３の実施形態の構造は、支持部材固定部をパッケージの薄肉部の中央に設けることにより、支持部材とパッケージとの固定を強固するという効果をもたらすという点で、図１２の第２の実施の形態と同様である。図１３の第３の実施形態は、パッケージにおける支持部材固定部と支持部材との固定に圧入という方法を用いる点で図１２の第２の実施形態と相違し、その他の点では図１２の第２の実施形態と同じである。支持部材固定部５３ａは、厚肉部５８に支持部材圧入凹部５５が設けてなる。支持部材圧入凹部５５の内法寸法は、縦横共に支持部材３ａの縦横より僅かに大きいだけであり、図１２における支持部材挿入凹部５４の内法寸法よりやや小さい。支持部材挿入凹部５４の内壁である側壁および底部の厚みは、薄肉部５１ａと同じく、０．２ｍｍである。
【００４３】
図１３（Ａ）に示すように、建物の堅固な床などに固定された支持台６０を厚肉部５８の下面に当て、振動子１に接着された支持部材３ａの下端と支持部材圧入凹部５５の開口との位置を合わせ、矢印方向に強く圧することにより、コバールでなる厚肉部５８の支持部材圧入凹部５５は縦横に拡がり、支持部材３ａの下端は支持部材圧入凹部５５に圧入される。支持部材３ａの下端は、支持部材圧入凹部５５に圧入されると、厚肉部５８の弾力により締め付けられ、支持部材固定部５３ａに強固に緊定される。
【００４４】
図１３の第３の実施の形態は、支持部材３ａと支持部材固定部５３ａとの固定に接着剤を用いないので、振動子１の振動エネルギーがパッケージに漏れる経路において、振動子１及びパッケージより軟らかい接合材は接着剤２だけであり、検出信号のバイアスにおける温度変動を図１２の第２の実施の形態より低減し易いと言える。
【００４５】
図１４は、本発明の第４の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図である。図１４の第４の実施形態は、パッケージにおける支持部材固定部と支持部材との固定に焼嵌めという方法を用いる点で図１３の第３の実施形態と相違し、その他の点では図１３の第３の実施形態と同じであり、図１４（Ｂ）に示すように完成後の構造は図１３（Ｂ）の第３の実施形態と同じ構造である。
【００４６】
図１４（Ａ）に示すように、加熱治具７０を厚肉部５８の下面に当て、厚肉部５８を数百度に加熱し、厚肉部５８を膨張させ、支持部材焼嵌め凹部５６の内法を拡げ、振動子１に接着された支持部材３ａの下端を支持部材焼嵌め凹部５６に挿入し、次に加熱治具７０を厚肉部５８から離し、厚肉部５８を常温に戻す。厚肉部５８が常温に戻ると、支持部材焼嵌め凹部５６の内法が収縮し、厚肉部５８の弾力により締め付けられ、支持部材固定部５３ｂに強固に緊定される。厚肉部５８の熱容量が小さいので、厚肉部５８は加熱治具７０の加熱により容易に加熱され、膨張するので、本実施の形態による焼嵌め工程は容易に行える。
【００４７】
図１５は、本発明の第５の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図である。図１５の第５の実施形態は、支持部材固定部において、図１２の第２の実施形態における支持部材挿入凹部５４に代えて、支持部材挿入貫通穴５７を設けた構造である。図１２における底部５４ａがないので、支持部材３ｂは、図１２における支持部材３ａより０．２ｍｍだけ長い。このように、図１５の第５の実施形態は、厚肉部５８に支持部材挿入貫通穴５７が設けてあり、支持部材挿入貫通穴５７の内壁に接着剤４１を塗布し、支持部材３ａを支持部材挿入貫通穴５７に挿入し、支持部材３ａを支持部材固定部５３ｃに固定するので、図１２の第２の実施形態と同様な効果を期待できる。
【００４８】
図１５の第５の実施の形態では、支持部材３ｂを支持部材固定部５３ｃに固定する手段として、接着剤４１を用いたが、接着剤４１に代えて、図１３の第３の実施の形態における圧入、又は図１４の第４の実施の形態における焼嵌めにより、支持部材と支持部材固定部とを固定しても、本願発明は実施できる。圧入又は焼嵌めにより、接着剤を介することなく支持部材と支持部材固定部とを固定することにより、検出信号におけるバイアスの温度変動を軽減できることは、図１３及び図１４の実施の形態について述べたところと同じである。
【００４９】
上述の実施の形態では、振動子と支持部材との接合およびパッケージと支持部材との接合に用いた接合材は、接着剤であった。しかしながら、この接合材は、振動子をなす圧電結晶材料に比べて軟らかく、変形に対してヒステリシスをもつ超音波接合用の金属（金、アルミ等）のような材料（応力や温度で弾性率が変化し易い材料）であれば、本発明の構造により検出信号におけるバイアスの変動を軽減できる。
【００５０】
上述の実施の形態では、振動子１はランガサイト、パッケージの底板５はコバール、支持部材３，３ａ，３ｂは水晶、接着剤２，４はシリコーンと、それぞれの材料を明示したが、これら部材の材料はこれらに限らない。例えば、振動子は水晶等の他の圧電材料でも差し支えないし、パッケージの底板５はセラミック、鉄ニッケル合金などでも差し支えない。また、支持部材３はガラス、ランガサイト等の硬い物質であって、温度に関する物性のヒステリシスが小さい材料でも差し支えない。さらに、接着剤２，４はエポキシ樹脂、ゴム等でも差し支えない。
【００５１】
また、上述の本発明の実施の形態では、振動子は６脚型としたが、振動子の形式はＨ型など６脚型以外のものであっても本発明は適用できる。更に、本発明の実施の形態では、各部の寸法、形状、材料等を具体的に示したが、これらは一例であって、本発明がこの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態である振動ジャイロを示す図であり、同図（Ａ）は部分断面図、同図（Ｂ）は下方から見た斜視図である。
【図２】図１の振動ジャイロの横断面図である。
【図３】図１の振動ジャイロの分解斜視図である。
【図４】図１乃至図３に示した本発明の実施の形態の変形例を示す横断面図であり、図２の横断面図に相当する図である。
【図５】図１の振動ジャイロが面垂直振動をするときに、支持部材３の両端を振動子１およびパッケージの底板５に接着する接着剤２，４の変形が小さいことを示す概念図である。
【図６】図３の振動子１を従来のパッケージに搭載してなる振動ジャイロを示す図であり、同図（Ａ）は部分断面図、同図（Ｂ）は下方から見た斜視図である。
【図７】図６の振動ジャイロが面垂直振動をするときに、支持部材３の両端を振動子１およびパッケージの底板１５に接着する接着剤２，４がどのように変形するかを示す概念図である。
【図８】接着剤のヒステリシスにより検出信号に現れるバイアスを温度に応じた関数に基づく補正量で補正し、補正後の検出信号に残る誤差を補正残差としたときに、図６の従来の振動ジャイロと図１の本実施の形態の振動ジャイロとのそれぞれにおける補正残差を測定して得た測定値を示すグラフである。
【図９】特許文献１（特開２００６−２７５６３０）に図１として開示された６脚型振動子を示す図である。
【図１０】特許文献２（特許第２５１８６００号公報）に記載の音叉型振動ジャイロを示す図（特許文献２における図１）である。
【図１１】図１０のＨ型の振動子を示す斜視図（特許文献２における図３）である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図であり、（Ａ）は組み立て工程の一つを示す部分断面図、（Ｂ）は組み立て後の第２の実施形態を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図であり、（Ａ）は組み立て工程の一つを示す部分断面図、（Ｂ）は組み立て後の第２の実施形態を示す部分断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図であり、（Ａ）は組み立て工程の一つを示す部分断面図、（Ｂ）は組み立て後の第２の実施形態を示す部分断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態である６脚型の音叉型振動ジャイロを示す図であり、（Ａ）は組み立て工程の一つを示す部分断面図、（Ｂ）は組み立て後の第２の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
〔図１〜図７における符号の説明〕
１    振動子
２，４，４１    接着剤
３，３ａ，３ｂ    支持部材
５，１５    パッケージの底板
１２    駆動脚
２０    胴体部
２２    検出脚
５０，５０ａ    底板５に設けられた凹部
５０ｂ    凹部５０の底における隅部
５１，５１ａ    薄肉部
５２    ハーメチックシール
５３，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ    支持部材固定部
５４    支持部材挿入凹部
５５    支持部材圧入凹部
５６    支持部材焼嵌め凹部
５７    支持部材挿入貫通穴
５８    厚肉部
Ｐ１〜Ｐ１４    リード端子
１０１ａ，１０１ｂ    胴体部２０に作用する反力の方向を示す矢印
１０２ａ，１０２ｂ    パッケージの底板における支持部材３の固着領域の変位方向を示す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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