JP4305623B2 - 振動子および振動型ジャイロスコープ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子および振動型ジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、振動型ジャイロスコープを自動車に搭載し、自動車の車体の方向の制御に使用することが検討されている。例えば自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに振動型ジャイロスコープを使用するときには、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】
車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００４】
本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特許文献１に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００６】
なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減するのと共に、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、駆動振動片、検出振動片、および駆動振動片と検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が１．５以上、２．４以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が１．５以上、３．０以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第二の発明は、駆動振動片、検出振動片、および駆動振動片と検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が０．３以上、０．８以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が０．３以上、０．８以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープに係るものである。
【００１１】
本発明者は、振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキや増大の原因について検討した結果、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５以上，２．４以下とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだし、本発明に到達した。
【００１２】
この理由は明確ではないが、以下のように推定される。即ち、振動片の外形輪郭を形成するためには、例えば圧電性単結晶からなるウエハーをエッチング処理する。エッチング処理の段階では、ウエハーの表面側と裏面側との双方に例えばホトレジストを塗布し、その上にホトマスクを設置し、表面側ホトマスクと裏面側ホトマスクとのアライメントを行う。そして、ホトレジストを露光して硬化させ、ホトマスクを除去し、ホトレジストのパターニングを行う。そしてウエハーをエッチングし、ホトレジストのパターンに対応した輪郭をウエハーに形成する。
【００１３】
ここで、ウエハーの表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生することがある。この場合には、図１に示すように、振動片２の横断面輪郭が平行四辺形となる（破線参照）。この状態で振動片２を矢印Ａ方向に駆動すると、Ｚ方向の不要な振動成分が発生し、検出振動片においてねじれ振動が発生する。そして、このノイズ成分が環境温度に応じて変化することから、ゼロ点温度ドリフトを発生させる。このような振動片２の横断面形状のズレが、ゼロ点温度ドリフトの大きな原因となっているものと思われる。
【００１４】
ここで、本発明者は、図２に示すように、駆動振動片２Ａの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５以上とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだした。これは、ＷＤ／ＴＤを１．５以上とし、つまり幅の広い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できるためと考えられる。
【００１５】
また、ＷＤ／ＴＤが２．４を超えると、即ち幅が広くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が発生し、これよってＺ軸方向の不要な振動成分が顕著となり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＤ／ＴＤを２．４以下とする必要があることも判明した。
【００１６】
また、本発明者は、図４に示すように、駆動振動片２Ａの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．８以下とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだした。これは、ＷＤ／ＴＤを０．８以下とし、つまり幅の狭い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できるためと考えられる。
【００１７】
ただし、ＷＤ／ＴＤが０．３未満になると、即ち幅が狭くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が発生し、これよってＺ軸方向の不要な振動成分が顕著となり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＤ／ＴＤを０．３以上とする必要があることも判明した。
【００１８】
これらのゼロ点温度ドリフト増大作用は、振動片の幅と厚みが近いほど顕著になると考えられる。振動片の幅と厚みが同一の場合、幅方向の屈曲振動と厚み方向の屈曲振動がほぼ同じ固有共振周波数をもつために、モード結合が生じやすく、面内に振動させようとすると、それに伴って大きなＺ方向の振動成分が発生してしまうためである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第一の発明において、ＷＤ／ＴＤは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、１．７以上とすることが更に好ましく、２．０以上とすることが一層好ましい。
【００２０】
第一の発明において、駆動振動片の幅ＷＤは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは２００μｍ以上が好ましい。駆動振動片の厚さＴＤは、感度向上の観点からは１５０μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは５０μｍ以上が好ましい。
【００２１】
第二の発明においては、ＷＤ／ＴＤは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、０．７以下とすることが更に好ましく、０．６以下とすることが一層好ましい。
【００２２】
第二の発明においては、駆動振動片の幅ＷＤは、感度向上の観点からは４０μｍ以上が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以下が好ましい。駆動振動片の厚さＴＤは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１００μｍ以上が好ましい。
【００２３】
好適な実施形態においては、駆動振動片、検出振動片が平板状である。ここで、振動片の動作モードは限定されないが、屈曲振動モードであることが特に好ましい。また、振動片が所定平面に沿って形成されていることが好ましい。ただし、「振動片が所定平面に沿って形成されている」とは、幾何学的に厳密な意味ではなく、製造上の誤差は許容される。この場合には、振動片以外の部分は平板状でなくともよい。ただし、好適な実施形態においては、振動子の全体が平板状である。
【００２４】
好適な実施形態においては、例えば図２において、所定平面（Ｘ−Ｙ平面）が、振動子の表面２ｃ、２ｄに略平行である。
【００２５】
好適な実施形態においては、図３に示すように、検出振動片１１Ａ（１１Ｂ）が、互いに略平行な一対の表面１１ｃ、１１ｄと、一対の側面１１ａ、１１ｂとを備える屈曲振動片である。そして、第一の発明では、検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が１．５以上、３．０以下である。即ち、検出振動片側においても、ねじれ振動成分に起因してゼロ点温度ドリフトが発生しており、本発明によってこのような不要な振動成分を低減できることを見いだした。この観点からは、ＷＴ／ＴＴを１．５以上とし、つまり幅の広い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できる。
【００２６】
また、ＷＴ／ＴＴが３．０を超えると、即ち幅広くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が大きくなり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＴ／ＴＴを３．０以下とすることが更に好ましい。
【００２７】
ＷＴ／ＴＴは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、１．７以上とすることが更に好ましく、２．０以上とすることが一層好ましい。または、２．５以下とすることが更に好ましい
【００２８】
検出振動片の幅ＷＴは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以上が好ましい。検出振動片の厚さＴＴは、感度向上の観点からは１５０μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは５０μｍ以上が好ましい。
【００２９】
また、本発明者は、図５に示すように、ＷＴ／ＴＴを０．８以下とし、つまり幅の狭い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できることを見いだした。
【００３０】
ただし、ＷＴ／ＴＴが０．３未満になると、即ち幅が狭くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が大きくなり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＴ／ＴＴを０．３以上とすることが更に好ましい。ＷＴ／ＴＴは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、０．７以下とすることが更に好ましく、０．６以下とすることが一層好ましい。
【００３１】
本実施形態においては、検出振動片の幅ＷＴは、感度向上の観点からは４０μｍ以上が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以下が好ましい。検出振動片の厚さＴＴは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１００μｍ以上が好ましい。
【００３２】
好適な実施形態においては、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００３３】
特に好ましくは、振動子が、所定平面内に３回回転対称のａ軸を有し、かつ所定平面に垂直な方向にｃ軸を有する圧電性単結晶からなる。これは特に好ましくは水晶である。
【００３４】
本発明の振動子からの出力に基づいたゼロ点温度ドリフトは、振動子がどのような形成方法によって形成されていたとしても、前述したような振動片の横断面形状の影響を受ける。
【００３５】
従って、本発明の振動片および振動子の形成方法は特に限定されず、ウエットエッチング法、ドライエッチング法の他、レーザー光線を使用した成形法でもよい。
【００３６】
ただし、実際の量産という観点からは、ウエットエッチング法が最も好ましい。この場合、エッチャントは限定されないが、以下のものが好ましい。エッチャントは、ふっ酸を含有していることが好ましく、ふっ酸水溶液か、あるいはふっ酸とフッ化アンモニウムとを任意の割合で混合した水溶液が好ましい。エッチャントの濃度は、４０重量％以下が好ましく、エッチャントの温度は、４０〜８０℃が好ましい。
【００３７】
本発明の振動型ジャイロスコープは、前述の振動子を備えている。この振動型ジャイロスコープは、更に駆動手段、検出手段を備えている。駆動手段、検出手段は、一般には振動子上に形成される電極の形態をしている。
【００３８】
好適な実施形態においては、本発明の振動型ジャイロスコープは、振動片が設けられる所定平面ＸＹに対して略垂直な回転軸Ｚの回りの回転角速度を測定するものである。また、好ましくは、各振動片が、所定平面ＸＹに沿って屈曲振動する。また、好適な実施形態においては、振動子が、基部から突出する支持部を備えており、この支持部が駆動振動片を支持している。
【００３９】
図６は、本発明外の参考形態に係る振動子を示す平面図であり、図７は、図６の振動子の斜視図である。
【００４０】
振動子５は、所定平面（ＸＹ平面）に対して略垂直なＺ軸を中心とする回転角速度を測定できるものである。振動子５の固定部４Ｂは、振動子の重心ＧＯを中心として４回対称の正方形をしている。固定部４Ｂの周縁部から細長い支持部６が突出している。各支持部６の先端から、支持部６に直交する方向に一対の駆動振動片２Ａ、２Ｂまたは２Ｃ、２Ｄが延びている。各駆動振動片の付け根部分３０は、各支持部の先端から突出しており、付け根部分３０が各駆動振動片の固定部として機能する。各駆動振動片には、それぞれ駆動電極７が設けられている。
【００４１】
固定部４Ｂの周縁部から、細長い検出振動片１１Ａ、１１Ｂが突出している。各検出振動片には、それぞれ検出電極８が設けられている。検出用の各振動片１１Ａ、１１Ｂの先端にはそれぞれ重量部１０が設けられている。
【００４２】
駆動モードにおいては、各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが、付け根部分３０を中心として、矢印Ａのように屈曲振動する。検出モードにおいては、各支持部６が、固定部４Ｂへの付け根を中心として矢印Ｃのように周方向に屈曲振動する。これに対応して、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂが、矢印Ｂのように屈曲振動する。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂに励起される各検出振動を測定することによって、垂直軸Ｚの周りの回転角速度を測定する。
【００４３】
好適な実施形態においては、各振動片が、その先端に突出する張り出し部を備えており、本発明においては、振動片に溝部を有している。図８は、本発明に係る振動子５Ａを示す平面図であり、図９は、図８の振動子５Ａの斜視図である。
【００４４】
振動子５Ａの形状および動作は、基本的には図６、図７に示した振動子と同様である。ただし、振動子５Ａにおいては、各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの表面２ｃおよび２ｄに、それぞれ細長い溝２０が形成されており、溝２０内に駆動電極が形成されている。また、各検出振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの先端に、それぞれ張り出し部ないし重量部１５が設けられており、張り出し部ないし重量部１５内にそれぞれ貫通孔１７が形成されている。また、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの表面１１ｃおよび１１ｄに、それぞれ細長い溝２１が形成されており、溝２１内に検出電極が形成されている。また、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの先端に、それぞれ張り出し部ないし重量部１６が設けられており、重量部１６内にそれぞれ貫通孔１８が形成されている。
【００４５】
【実施例】
（実験１）
図６、図７に示す振動子および振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、所定の厚さの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。
【００４６】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。
【００４７】
温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子５の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜７、８として形成した。
【００４８】
得られた振動子５の固定部４Ｂの寸法は６．０ｍｍ×６．０ｍｍである。各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの長さは６．０ｍｍである。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの長さは６．０ｍｍである。各検出電極８の長さは２．８ｍｍである。
【００４９】
ここで、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤ、厚さＴＤ、および比率（ＷＤ／ＴＤ）を、表１に示すように変更した。検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴと厚さＴＴの比率（ＷＴ／ＴＴ）を１．９とした。
【００５０】
振動子の固定部４Ｂの中央に０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの正方形の支持孔を形成し、この支持孔に直径０．６ｍｍの金属ピンを通し、金属ピンに対して振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着した。得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。
【００５１】
１０個の振動子を上記のようにして作製し、−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差をゼロ点温度ドリフトとした。そして、ゼロ点温度ドリフトの平均値（ｎ＝１０）を算出し、表１に示した。また、１０個の振動子についての各ゼロ点温度ドリフトの標準偏差を表１に示した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１からわかるように、比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５〜２．４とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを著しく低減できる。
【００５４】
（実験２）
実験１と同様にして振動型ジャイロスコープを製造し、ゼロ点温度ドリフトを測定した。ただし、実験１とは異なり、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を２．０に固定した。これと共に、検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴ、厚さＴＴ、および比率（ＷＴ／ＴＴ）を、表２に示すように変更した。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２からわかるように、比率（ＷＴ／ＴＴ）を１．５〜３．０とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を一層低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを更に低減できる。
【００５７】
（実験３）
図８、図９に示す振動子および振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、所定の厚さの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。
【００５８】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子５Ａの外形を形成した。このウエハーの両面のレジストを除去し、温度８０℃の重フッ化アンモニウムに３０分間ウエハーを浸漬し、ウエハーをハーフエッチングし、振動子５Ａの溝部２０、２１を形成した。
【００５９】
蒸着法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去し、電極膜７、８として形成した。
【００６０】
得られた振動子５Ａの固定部４Ｂの寸法は０．４ｍｍ×０．４ｍｍである。各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの長さは１．０ｍｍである。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの長さは０．８ｍｍである。各検出電極８の長さは０．５ｍｍである。
【００６１】
ここで、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤ、厚さＴＤ、および比率（ＷＤ／ＴＤ）を、表３に示すように変更した。検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴと厚さＴＴの比率（ＷＴ／ＴＴ）を０．５とした。
【００６２】
振動子５の固定は、図１０、図１１に示すようにして行った。即ち、基板２２は平板状であり、一方の対向面１２ａおよび他方の対向面１２ｂを有する。一方の対向面１２ａ上には、ボンディングワイヤ２４によって振動子５、５Ａの下面が支持されている。ボンディングワイヤ２４は、振動子５、５Ａ上の図示しない電極に対して電気的に接続されている。他方の対向面１２ｂ上には、ボンディングワイヤ２５によって半導体集積回路チップ２３が支持されている。振動子５、５Ａ上の電極端子、半導体集積回路チップ２３の端子は、それぞれボンディングワイヤを介して、基板１２上の電極に接続されている。本例では、振動子５、５Ａと半導体集積回路チップ２３とが、基板１２の厚さ方向に投影したときに互いに重複する位置に設置されている。本例の基板１２はフレキシブル基板である。
【００６３】
得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。
１０個の振動子を上記のようにして作製し、−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差をゼロ点温度ドリフトとした。そして、ゼロ点温度ドリフトの平均値（ｎ＝１０）を算出し、表３に示した。また、１０個の振動子についての各ゼロ点温度ドリフトの標準偏差を表３に示した。
【００６４】
【表３】
【００６５】
表３からわかるように、比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．３〜０．８とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを著しく低減できる。
【００６６】
（実験４）
実験３と同様にして振動型ジャイロスコープを製造し、ゼロ点温度ドリフトを測定した。ただし、実験３とは異なり、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．５に固定した。これと共に、検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴ、厚さＴＴ、および比率（ＷＴ／ＴＴ）を、表４に示すように変更した。
【００６７】
【表４】
【００６８】
表４からわかるように、比率（ＷＴ／ＴＴ）を０．３〜０．８とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を一層低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを更に低減できる。
【００６９】
（実験５）
実験１と同様の設定の振動子について、駆動振動片の幅／厚みの比率を種々変更し、Ｚ方向への変位をシミュレートし、この結果を図１２に示す。縦軸はＺ方向の変位（不要な変位）であり、横軸は駆動振動片の幅／厚み比率である。駆動周波数は４５ｋＨｚに設定し、印加電圧を１Ｖに設定した。この結果、本発明の範囲内において、Ｚ方向の変位が著しく縮小することが判明した。これがゼロ点温度ドリフトの低減に寄与しているものと考えられる。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減するのと共に、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 駆動振動片における不要な振動成分の発生プロセスを説明するための模式図である。
【図２】 第一の発明に係る駆動振動片の形態を示す図である。
【図３】 検出振動片の形態を示す図である。
【図４】 第二の発明に係る駆動振動片の形態を示す図である。
【図５】 検出振動片の形態を示す図である。
【図６】 本発明外の参考形態に係る振動子５の平面図である。
【図７】 図６の振動子５の斜視図である。
【図８】 本発明の一実施形態に係る振動子５Ａの平面図である。
【図９】 図８の振動子５Ａの斜視図である。
【図１０】 振動子およびチップ２３を搭載した基板を示す斜視図である。
【図１１】 （ａ）は、振動子およびチップ２３を搭載した基板を示す正面図であり、（ｂ）は同じく平面図である。
【図１２】 屈曲振動片のＺ変位（不要な変位）と幅／厚み比率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 駆動振動片 ２ａ、２ｂ 駆動振動片の一対の側面 ２ｃ、２ｄ 駆動振動片の一対の表面 ４Ｂ 基部 ５、５Ａ 振動子 ６ 支持部 ７ 駆動手段 ８ 検出手段 １１Ａ、１１Ｂ 検出振動片 １１ａ、１１ｂ 検出振動片の一対の側面 １１ｃ、１１ｄ 検出振動片の一対の表面 Ａ 駆動振動 Ｂ 検出振動 Ｃ 支持部に励振される周方向振動 ＴＤ 駆動振動片の厚さ ＷＤ 駆動振動片の幅 ＴＴ 検出振動片の厚さ ＷＴ 検出振動片の幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子および振動型ジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、振動型ジャイロスコープを自動車に搭載し、自動車の車体の方向の制御に使用することが検討されている。例えば自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに振動型ジャイロスコープを使用するときには、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】
車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００４】
本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特許文献１に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００６】
なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減するのと共に、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、駆動振動片、検出振動片、および駆動振動片と検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が１．５以上、２．４以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が１．５以上、３．０以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第二の発明は、駆動振動片、検出振動片、および駆動振動片と検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が０．３以上、０．８以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が０．３以上、０．８以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープに係るものである。
【００１１】
本発明者は、振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキや増大の原因について検討した結果、駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５以上，２．４以下とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだし、本発明に到達した。
【００１２】
この理由は明確ではないが、以下のように推定される。即ち、振動片の外形輪郭を形成するためには、例えば圧電性単結晶からなるウエハーをエッチング処理する。エッチング処理の段階では、ウエハーの表面側と裏面側との双方に例えばホトレジストを塗布し、その上にホトマスクを設置し、表面側ホトマスクと裏面側ホトマスクとのアライメントを行う。そして、ホトレジストを露光して硬化させ、ホトマスクを除去し、ホトレジストのパターニングを行う。そしてウエハーをエッチングし、ホトレジストのパターンに対応した輪郭をウエハーに形成する。
【００１３】
ここで、ウエハーの表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生することがある。この場合には、図１に示すように、振動片２の横断面輪郭が平行四辺形となる（破線参照）。この状態で振動片２を矢印Ａ方向に駆動すると、Ｚ方向の不要な振動成分が発生し、検出振動片においてねじれ振動が発生する。そして、このノイズ成分が環境温度に応じて変化することから、ゼロ点温度ドリフトを発生させる。このような振動片２の横断面形状のズレが、ゼロ点温度ドリフトの大きな原因となっているものと思われる。
【００１４】
ここで、本発明者は、図２に示すように、駆動振動片２Ａの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５以上とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだした。これは、ＷＤ／ＴＤを１．５以上とし、つまり幅の広い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できるためと考えられる。
【００１５】
また、ＷＤ／ＴＤが２．４を超えると、即ち幅が広くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が発生し、これよってＺ軸方向の不要な振動成分が顕著となり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＤ／ＴＤを２．４以下とする必要があることも判明した。
【００１６】
また、本発明者は、図４に示すように、駆動振動片２Ａの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．８以下とすることによって、ゼロ点温度ドリフトを低減し、かつ振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できることを見いだした。これは、ＷＤ／ＴＤを０．８以下とし、つまり幅の狭い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できるためと考えられる。
【００１７】
ただし、ＷＤ／ＴＤが０．３未満になると、即ち幅が狭くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が発生し、これよってＺ軸方向の不要な振動成分が顕著となり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＤ／ＴＤを０．３以上とする必要があることも判明した。
【００１８】
これらのゼロ点温度ドリフト増大作用は、振動片の幅と厚みが近いほど顕著になると考えられる。振動片の幅と厚みが同一の場合、幅方向の屈曲振動と厚み方向の屈曲振動がほぼ同じ固有共振周波数をもつために、モード結合が生じやすく、面内に振動させようとすると、それに伴って大きなＺ方向の振動成分が発生してしまうためである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第一の発明において、ＷＤ／ＴＤは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、１．７以上とすることが更に好ましく、２．０以上とすることが一層好ましい。
【００２０】
第一の発明において、駆動振動片の幅ＷＤは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは２００μｍ以上が好ましい。駆動振動片の厚さＴＤは、感度向上の観点からは１５０μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは５０μｍ以上が好ましい。
【００２１】
第二の発明においては、ＷＤ／ＴＤは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、０．７以下とすることが更に好ましく、０．６以下とすることが一層好ましい。
【００２２】
第二の発明においては、駆動振動片の幅ＷＤは、感度向上の観点からは４０μｍ以上が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以下が好ましい。駆動振動片の厚さＴＤは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１００μｍ以上が好ましい。
【００２３】
好適な実施形態においては、駆動振動片、検出振動片が平板状である。ここで、振動片の動作モードは限定されないが、屈曲振動モードであることが特に好ましい。また、振動片が所定平面に沿って形成されていることが好ましい。ただし、「振動片が所定平面に沿って形成されている」とは、幾何学的に厳密な意味ではなく、製造上の誤差は許容される。この場合には、振動片以外の部分は平板状でなくともよい。ただし、好適な実施形態においては、振動子の全体が平板状である。
【００２４】
好適な実施形態においては、例えば図２において、所定平面（Ｘ−Ｙ平面）が、振動子の表面２ｃ、２ｄに略平行である。
【００２５】
好適な実施形態においては、図３に示すように、検出振動片１１Ａ（１１Ｂ）が、互いに略平行な一対の表面１１ｃ、１１ｄと、一対の側面１１ａ、１１ｂとを備える屈曲振動片である。そして、第一の発明では、検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が１．５以上、３．０以下である。即ち、検出振動片側においても、ねじれ振動成分に起因してゼロ点温度ドリフトが発生しており、本発明によってこのような不要な振動成分を低減できることを見いだした。この観点からは、ＷＴ／ＴＴを１．５以上とし、つまり幅の広い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できる。
【００２６】
また、ＷＴ／ＴＴが３．０を超えると、即ち幅広くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が大きくなり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＴ／ＴＴを３．０以下とすることが更に好ましい。
【００２７】
ＷＴ／ＴＴは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、１．７以上とすることが更に好ましく、２．０以上とすることが一層好ましい。または、２．５以下とすることが更に好ましい
【００２８】
検出振動片の幅ＷＴは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以上が好ましい。検出振動片の厚さＴＴは、感度向上の観点からは１５０μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは５０μｍ以上が好ましい。
【００２９】
また、本発明者は、図５に示すように、ＷＴ／ＴＴを０．８以下とし、つまり幅の狭い形状とすることによって、不要なＺ軸方向の振動成分を低減できることを見いだした。
【００３０】
ただし、ＷＴ／ＴＴが０．３未満になると、即ち幅が狭くなりすぎると、今度はねじれ振動成分が大きくなり、かえってゼロ点温度ドリフトが増大する。従って、ＷＴ／ＴＴを０．３以上とすることが更に好ましい。ＷＴ／ＴＴは、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減するという観点からは、０．７以下とすることが更に好ましく、０．６以下とすることが一層好ましい。
【００３１】
本実施形態においては、検出振動片の幅ＷＴは、感度向上の観点からは４０μｍ以上が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１５０μｍ以下が好ましい。検出振動片の厚さＴＴは、感度向上の観点からは３００μｍ以下が好ましい。しかし、不要な振動成分を抑制するという観点からは１００μｍ以上が好ましい。
【００３２】
好適な実施形態においては、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００３３】
特に好ましくは、振動子が、所定平面内に３回回転対称のａ軸を有し、かつ所定平面に垂直な方向にｃ軸を有する圧電性単結晶からなる。これは特に好ましくは水晶である。
【００３４】
本発明の振動子からの出力に基づいたゼロ点温度ドリフトは、振動子がどのような形成方法によって形成されていたとしても、前述したような振動片の横断面形状の影響を受ける。
【００３５】
従って、本発明の振動片および振動子の形成方法は特に限定されず、ウエットエッチング法、ドライエッチング法の他、レーザー光線を使用した成形法でもよい。
【００３６】
ただし、実際の量産という観点からは、ウエットエッチング法が最も好ましい。この場合、エッチャントは限定されないが、以下のものが好ましい。エッチャントは、ふっ酸を含有していることが好ましく、ふっ酸水溶液か、あるいはふっ酸とフッ化アンモニウムとを任意の割合で混合した水溶液が好ましい。エッチャントの濃度は、４０重量％以下が好ましく、エッチャントの温度は、４０〜８０℃が好ましい。
【００３７】
本発明の振動型ジャイロスコープは、前述の振動子を備えている。この振動型ジャイロスコープは、更に駆動手段、検出手段を備えている。駆動手段、検出手段は、一般には振動子上に形成される電極の形態をしている。
【００３８】
好適な実施形態においては、本発明の振動型ジャイロスコープは、振動片が設けられる所定平面ＸＹに対して略垂直な回転軸Ｚの回りの回転角速度を測定するものである。また、好ましくは、各振動片が、所定平面ＸＹに沿って屈曲振動する。また、好適な実施形態においては、振動子が、基部から突出する支持部を備えており、この支持部が駆動振動片を支持している。
【００３９】
図６は、本発明外の参考形態に係る振動子を示す平面図であり、図７は、図６の振動子の斜視図である。
【００４０】
振動子５は、所定平面（ＸＹ平面）に対して略垂直なＺ軸を中心とする回転角速度を測定できるものである。振動子５の固定部４Ｂは、振動子の重心ＧＯを中心として４回対称の正方形をしている。固定部４Ｂの周縁部から細長い支持部６が突出している。各支持部６の先端から、支持部６に直交する方向に一対の駆動振動片２Ａ、２Ｂまたは２Ｃ、２Ｄが延びている。各駆動振動片の付け根部分３０は、各支持部の先端から突出しており、付け根部分３０が各駆動振動片の固定部として機能する。各駆動振動片には、それぞれ駆動電極７が設けられている。
【００４１】
固定部４Ｂの周縁部から、細長い検出振動片１１Ａ、１１Ｂが突出している。各検出振動片には、それぞれ検出電極８が設けられている。検出用の各振動片１１Ａ、１１Ｂの先端にはそれぞれ重量部１０が設けられている。
【００４２】
駆動モードにおいては、各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが、付け根部分３０を中心として、矢印Ａのように屈曲振動する。検出モードにおいては、各支持部６が、固定部４Ｂへの付け根を中心として矢印Ｃのように周方向に屈曲振動する。これに対応して、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂが、矢印Ｂのように屈曲振動する。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂに励起される各検出振動を測定することによって、垂直軸Ｚの周りの回転角速度を測定する。
【００４３】
好適な実施形態においては、各振動片が、その先端に突出する張り出し部を備えており、本発明においては、振動片に溝部を有している。図８は、本発明に係る振動子５Ａを示す平面図であり、図９は、図８の振動子５Ａの斜視図である。
【００４４】
振動子５Ａの形状および動作は、基本的には図６、図７に示した振動子と同様である。ただし、振動子５Ａにおいては、各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの表面２ｃおよび２ｄに、それぞれ細長い溝２０が形成されており、溝２０内に駆動電極が形成されている。また、各検出振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの先端に、それぞれ張り出し部ないし重量部１５が設けられており、張り出し部ないし重量部１５内にそれぞれ貫通孔１７が形成されている。また、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの表面１１ｃおよび１１ｄに、それぞれ細長い溝２１が形成されており、溝２１内に検出電極が形成されている。また、各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの先端に、それぞれ張り出し部ないし重量部１６が設けられており、重量部１６内にそれぞれ貫通孔１８が形成されている。
【００４５】
【実施例】
（実験１）
図６、図７に示す振動子および振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、所定の厚さの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。
【００４６】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。
【００４７】
温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子５の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜７、８として形成した。
【００４８】
得られた振動子５の固定部４Ｂの寸法は６．０ｍｍ×６．０ｍｍである。各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの長さは６．０ｍｍである。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの長さは６．０ｍｍである。各検出電極８の長さは２．８ｍｍである。
【００４９】
ここで、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤ、厚さＴＤ、および比率（ＷＤ／ＴＤ）を、表１に示すように変更した。検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴと厚さＴＴの比率（ＷＴ／ＴＴ）を１．９とした。
【００５０】
振動子の固定部４Ｂの中央に０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの正方形の支持孔を形成し、この支持孔に直径０．６ｍｍの金属ピンを通し、金属ピンに対して振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着した。得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。
【００５１】
１０個の振動子を上記のようにして作製し、−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差をゼロ点温度ドリフトとした。そして、ゼロ点温度ドリフトの平均値（ｎ＝１０）を算出し、表１に示した。また、１０個の振動子についての各ゼロ点温度ドリフトの標準偏差を表１に示した。
【００５２】
【表１】
表１からわかるように、比率（ＷＤ／ＴＤ）を１．５〜２．４とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを著しく低減できる。
【００５４】
（実験２）
実験１と同様にして振動型ジャイロスコープを製造し、ゼロ点温度ドリフトを測定した。ただし、実験１とは異なり、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を２．０に固定した。これと共に、検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴ、厚さＴＴ、および比率（ＷＴ／ＴＴ）を、表２に示すように変更した。
【００５５】
【表２】
表２からわかるように、比率（ＷＴ／ＴＴ）を１．５〜３．０とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を一層低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを更に低減できる。
【００５７】
（実験３）
図８、図９に示す振動子および振動型ジャイロスコープを作製した。具体的には、所定の厚さの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。
【００５８】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子５Ａの外形を形成した。このウエハーの両面のレジストを除去し、温度８０℃の重フッ化アンモニウムに３０分間ウエハーを浸漬し、ウエハーをハーフエッチングし、振動子５Ａの溝部２０、２１を形成した。
【００５９】
蒸着法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去し、電極膜７、８として形成した。
【００６０】
得られた振動子５Ａの固定部４Ｂの寸法は０．４ｍｍ×０．４ｍｍである。各駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの長さは１．０ｍｍである。各検出振動片１１Ａ、１１Ｂの長さは０．８ｍｍである。各検出電極８の長さは０．５ｍｍである。
【００６１】
ここで、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤ、厚さＴＤ、および比率（ＷＤ／ＴＤ）を、表３に示すように変更した。検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴと厚さＴＴの比率（ＷＴ／ＴＴ）を０．５とした。
【００６２】
振動子５の固定は、図１０、図１１に示すようにして行った。即ち、基板２２は平板状であり、一方の対向面１２ａおよび他方の対向面１２ｂを有する。一方の対向面１２ａ上には、ボンディングワイヤ２４によって振動子５、５Ａの下面が支持されている。ボンディングワイヤ２４は、振動子５、５Ａ上の図示しない電極に対して電気的に接続されている。他方の対向面１２ｂ上には、ボンディングワイヤ２５によって半導体集積回路チップ２３が支持されている。振動子５、５Ａ上の電極端子、半導体集積回路チップ２３の端子は、それぞれボンディングワイヤを介して、基板１２上の電極に接続されている。本例では、振動子５、５Ａと半導体集積回路チップ２３とが、基板１２の厚さ方向に投影したときに互いに重複する位置に設置されている。本例の基板１２はフレキシブル基板である。
【００６３】
得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定した。
１０個の振動子を上記のようにして作製し、−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差をゼロ点温度ドリフトとした。そして、ゼロ点温度ドリフトの平均値（ｎ＝１０）を算出し、表３に示した。また、１０個の振動子についての各ゼロ点温度ドリフトの標準偏差を表３に示した。
【００６４】
【表３】
表３からわかるように、比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．３〜０．８とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを著しく低減できる。
【００６６】
（実験４）
実験３と同様にして振動型ジャイロスコープを製造し、ゼロ点温度ドリフトを測定した。ただし、実験３とは異なり、駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）を０．５に固定した。これと共に、検出振動片１１Ａ、１１Ｂの幅ＷＴ、厚さＴＴ、および比率（ＷＴ／ＴＴ）を、表４に示すように変更した。
【００６７】
【表４】
表４からわかるように、比率（ＷＴ／ＴＴ）を０．３〜０．８とすることによって、ゼロ点温度ドリフトの平均値を一層低減できるのと共に、ゼロ点温度ドリフトのバラツキを更に低減できる。
【００６９】
（実験５）
実験１と同様の設定の振動子について、駆動振動片の幅／厚みの比率を種々変更し、Ｚ方向への変位をシミュレートし、この結果を図１２に示す。縦軸はＺ方向の変位（不要な変位）であり、横軸は駆動振動片の幅／厚み比率である。駆動周波数は４５ｋＨｚに設定し、印加電圧を１Ｖに設定した。この結果、本発明の範囲内において、Ｚ方向の変位が著しく縮小することが判明した。これがゼロ点温度ドリフトの低減に寄与しているものと考えられる。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減するのと共に、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 駆動振動片における不要な振動成分の発生プロセスを説明するための模式図である。
【図２】 第一の発明に係る駆動振動片の形態を示す図である。
【図３】 検出振動片の形態を示す図である。
【図４】 第二の発明に係る駆動振動片の形態を示す図である。
【図５】 検出振動片の形態を示す図である。
【図６】 本発明外の参考形態に係る振動子５の平面図である。
【図７】 図６の振動子５の斜視図である。
【図８】 本発明の一実施形態に係る振動子５Ａの平面図である。
【図９】 図８の振動子５Ａの斜視図である。
【図１０】 振動子およびチップ２３を搭載した基板を示す斜視図である。
【図１１】 （ａ）は、振動子およびチップ２３を搭載した基板を示す正面図であり、（ｂ）は同じく平面図である。
【図１２】 屈曲振動片のＺ変位（不要な変位）と幅／厚み比率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 駆動振動片 ２ａ、２ｂ 駆動振動片の一対の側面 ２ｃ、２ｄ 駆動振動片の一対の表面 ４Ｂ 基部 ５、５Ａ 振動子 ６ 支持部 ７ 駆動手段 ８ 検出手段 １１Ａ、１１Ｂ 検出振動片 １１ａ、１１ｂ 検出振動片の一対の側面 １１ｃ、１１ｄ 検出振動片の一対の表面 Ａ 駆動振動 Ｂ 検出振動 Ｃ 支持部に励振される周方向振動 ＴＤ 駆動振動片の厚さ ＷＤ 駆動振動片の幅 ＴＴ 検出振動片の厚さ ＷＴ 検出振動片の幅
Claims (11)
- 駆動振動片、検出振動片、および前記駆動振動片と前記検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、
前記駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が１．５以上、２．４以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が１．５以上、３．０以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする、振動子。 - 駆動振動片、検出振動片、および前記駆動振動片と前記検出振動片とを連結している基部を備えている振動子であって、
前記駆動振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記駆動振動片の幅ＷＤと厚さＴＤとの比率（ＷＤ／ＴＤ）が０．３以上、０．８以下であり、前記検出振動片が、互いに略平行な一対の表面と、一対の側面とを備える屈曲振動片であり、前記検出振動片の幅ＷＴと厚さＴＴとの比率（ＷＴ／ＴＴ）が０．３以上、０．８以下であり、前記駆動振動片および前記検出振動片にそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする、振動子。 - 前記駆動振動片および前記検出振動片がそれぞれ所定平面に沿って屈曲振動することを特徴とする、請求項１または２記載の振動子。
- 前記所定平面が前記表面に略平行であることを特徴とする、請求項３記載の振動子。
- 前記基部から突出する支持部を備えており、この支持部が前記駆動振動片を支持することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
- 前記駆動振動片には検出手段が設けられていないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
- 圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
- 前記圧電性単結晶が水晶であることを特徴とする、請求項７記載の振動子。
- エッチングによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
- 請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
- 検出回転軸が前記表面に垂直な軸であることを特徴とする、請求項１０記載の振動型ジャイロスコープ。
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