JP2006105614A - 振動型ジャイロスコープ、及び振動型ジャイロスコープの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 質量の除去装置を用いて除去できる最低除去量を可変し、それぞれの固有共振周波数の粗調整と微調整を行うことができる、振動型ジャイロスコープ、及び振動型ジャイロスコープの製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の振動型ジャイロスコープの圧電振動片１０は、基部１２から相反する方向に延出された連結アーム１３，１４と、連結アーム１３，１４のそれぞれの先端に連結アーム１３，１４と直交する方向に延出された駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと、基部１２から連結アーム１３，１４と直交する方向に延出された検出アーム１６Ａ，１６Ｂとが形成されている。駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ、及び検出アーム１６Ａ，１６Ｂのそれぞれの先端部には，錘層１８，２０と電極膜１７とから形成された質量調整用の調整部である第一錘部１９と第二錘部２３とが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動片を搭載し、この圧電振動片に加えられている回転の回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープ、及び振動型ジャイロスコープの製造方法に関する。

従来から、回転角速度を検出するための角速度センサとして、圧電振動片を用いた振動型ジャイロスコープが、ＶＴＲ、スチールカメラの手振れの検出などに用いられている。この振動型ジャイロスコープの一例を図面を用いて説明する。図８は、従来の振動型ジャイロスコープの圧電振動片の一例を示す平面図である。図８に示すように、圧電振動片１００の主アーム１０２においては、基部１０３が固定部１０１から垂直に延びており、基部１０３の一方の端部１０３ａが固定部１０１に固定されている。基部１０３には、検出部１０５ａ，１０５ｂが設けられている。基部１０３の他方の端部１０３ｂ側には、基部１０３に対して垂直方向に延びる２本の駆動部である屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂが設けられている。屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂには、励振部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄが設けられている（例えば、特許文献１）。

圧電振動片１００の動作について説明する。励振部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄに対して駆動電圧を印加すると、屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂは、それぞれ矢印Ａ、矢印Ｂの方向に屈曲振動する。このとき圧電振動片１００がＸ−Ｙ平面内で矢印ωの方向に回転すると各圧電振動片１０４ａ，１０４ｂにコリオリ力が加わり、そのコリオリ力が基部１０３に伝わる。これによって、基部１０３が接続部分１２６を中心として矢印Ｄの方向に屈曲振動する。この基部１０３の屈曲振動を検出部１０５ａ，１０５ｂで検出し、検出した屈曲振動に応じた信号を出力すことで回転各速度を検出する。

また、振動型ジャイロスコープでは、測定感度を良好にするために屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの固有共振周波数と検出部である基部１０３の固有共振周波数との間に一定の振動周波数差（以下、「離調周波数」という）を持つことが要求されている。さらに、振動型ジャイロスコープでは、それぞれの屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの固有共振周波数の違い（アンバランス）によって生ずる屈曲振動の基部への漏れ伝播を防止するために屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの固有共振周波数を合わせる。これらの固有共振周波数の調整は、基部１０３、及び屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの質量を変化させることによって行う。

例えば、図８に示す圧電振動片１００では、基部１０３の他方の端部１０３ｂ側に、屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂから突出する突出部１３５が設けられている。そして、突出部１３５の一部分１３７から質量を除去する加工を施すことによって、基部１０３の固有共振周波数を変化させる。また、それぞれの屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの各先端側の一部分１３６Ａ，１３６Ｂから質量を除去する加工を施すことによって、それぞれの屈曲振動片１０４ａ，１０４ｂの固有共振周波数を、それぞれ独立して変化させる。これらの質量の除去加工は、例えば、圧電振動片１００の表面に形成された薄膜をレーザの照射によって除去するなどで行われる。

特開平１１−７２３３４号公報

しかしながら、前述のような質量の除去加工では、圧電振動片１００の表面に形成された薄膜の厚みがほぼ均一に形成されていること、またレーザ照射径も均一であることから１発のレーザ照射により除去される薄膜の質量は、ほぼ一定となる。ここで必要とされる質量の変化量は、圧電振動片の製造のバラツキなどによって圧電振動片毎に違っており、大きな質量変化が必要とされることも多い。このように、大きな質量変化を所望する場合には、大きな面積の薄膜を除去すれば可能であるが、大きな面積を加工するため加工時間が長くなる、或いは、大きな加工面積が必要となることから圧電振動片の小型化を阻害する。これらに対応するため、除去部の薄膜の厚さを厚くして、１発のレーザ照射による除去量を多くすることが用いられるが、反面、レーザ照射１発の質量除去量以下の微細な質量の除去は不可能となり、最終的に必要となる微調整が困難であった。換言すれば、大きな固有共振周波数の調整と微細な固有共振周波数の調整を同時に行うことが困難であるという問題を有していた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、質量の除去装置を用いて除去できる最低除去量を可変し、それぞれの固有共振周波数の粗調整と微調整を行うことができる振動型ジャイロスコープ、及び振動型ジャイロスコープの製造方法を提供することにある。

かかる問題を解決するために、本発明の振動型ジャイロスコープは、圧電振動片に加えられる回転の回転角速度を検出する振動型ジャイロスコープであって、前記圧電振動片は、基部と、前記基部から延出された支持梁を介して設けられ、所定の振動を行う駆動部と、前記基部から前記駆動部と同一平面内に延出され、前記駆動部の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出する検出部と、前記駆動部の略先端部分に形成された前記圧電振動片の特性調整用の第一錘部と、前記検出部の略先端部分に形成された前記圧電振動片の特性調整用の第二錘部と、を有し、前記第一錘部及び第二錘部の少なくとも一方が、単位面積当たりの質量の異なる複数の調整部で形成されていることを特徴とする。

本発明の振動型ジャイロスコープによれば、第一錘部と第二錘部の少なくとも一方に、単位面積当たりの質量の異なる少なくとも２つの調整部が形成されている。これにより、質量を大きく変化させたい場合（粗調）は、単位面積当たりの質量が大きな調整部を除去し、微細な変化を所望する場合（微調）は、単位面積当たりの質量が小さな調整部を除去することができる。即ち、質量の調整は、先ず、単位面積当たりの質量が大きい調整部で短時間で大きな質量変化を行い、続いて単位面積当たりの質量が小さい調整部で微細な最終合わせ込みを行うことが可能となる。従って、調整部の面積を大きくすることなく、また加工時間を長くすることなく、一つの錘部の中で粗調整と微調整を行うことが可能となる。換言すれば、それぞれの固有共振周波数の粗調整と微調整を一つの比較的小さな面積の調整部で簡単に行うことができる、振動型ジャイロスコープを提供することが可能となる。

また、前記第一錘部の質量は、前記第二錘部の質量より小さく設定されていることが望ましい。

このようにすれば、比較的大きな質量の調整が必要な検出部の調整は、単位面積当たりの質量が大きな調整部で行い、比較的小さな質量の調整が必要な駆動部の調整は、単位面積当たりの質量が小さな調整部で行うことが可能となる。即ち、調整に要する時間を少なくすることができ、より効率的な質量調整を行うことが可能となる。

また、前記調整部は、前記駆動部及び前記検出部のうち該調整部が形成されたものに対し、前記駆動部にあっては該駆動部の延出方向と略直交する方向の全ての領域にわたって形成され、前記検出部にあっては該検出部の延出方向と略直交する方向のすべての領域にわたって形成されていることが望ましい。

このようにすれば、調整部を形成する際に生じる駆動部と検出部とのそれぞれの先端に向かう方向と略直交する方向（以下、「幅方向」という。）の形成位置のずれを考慮し、調整部の大きさを設定することができる。即ち、調整部の幅寸法を駆動部と検出部の幅方向寸法より大きく設定することにより、形成の位置ずれが発生しても、調整部は、常に駆動部、又は検出部の幅方向の全領域にかかり形成される。このことにより、調整部の形成の位置ずれにより、調整部の一方端が駆動部又は検出部の幅方向からはずれたり、他の端が駆動部又は検出部の内側に入ることによる調整部の質量のばらつきを防止することが可能となる。換言すれば、調整部及び駆動部の固有共振周波数のばらつきを小さくすることが可能となる。

また、前記第一錘部、及び第二錘部の少なくとも一方が、厚さの異なる複数の調整部で形成されていることが望ましい。

このようにすれば、第一錘部と第二錘部の少なくとも一方に、厚さの異なる少なくとも２つの調整部が形成されている。これにより、質量を大きく変化させたい場合（粗調整）は、厚さの大きな調整部を除去し、微細な変化を所望する場合（微調整）は、厚さの小さな調整部を除去することができる。即ち、質量の調整は、厚さの大きい調整部で短時間で大きな質量変化を成し、続いて厚さの小さい調整部で微細な最終合わせ込みを行うことが可能となる。従って、調整部の面積を大きくすることなく、また加工時間を長くすることなく、一つの錘部の中で粗調整と微調整を行うことが可能となる。

また、前記第一錘部の調整部と、前記第二錘部の調整部とが、同じ金属を用い、同じ厚さで形成されていることが望ましい。

このようにすれば、第一錘部の調整部と第二錘部の調整部とを同じ形成工程によって形成することができる。換言すれば、第一錘部の調整部と第二錘部の調整部の形成を効率的に行うことが可能となり、より低い製造コストの振動型ジャイロスコープを提供することが可能となる。

また、前記厚さの異なる複数の調整部は、前記駆動部、又は前記検出部の先端に近い側の前記調整部の厚さが、他の調整部の厚さより厚く形成されていることが望ましい。

このようにすれば、質量変化の影響を受け易い略先端部分の調整部の厚さが厚いことから粗調整をより効率的に行うことが可能となる。また。比較的質量変化の影響を受け難い他の部分に厚さの小さな調整部を形成することで、微調整を行い易くすることが可能となる。

また、保持器と、前記保持器に実装された前述の圧電振動片とを有することを特徴とする振動型ジャイロスコープを提供することが可能となる。

また、保持器と、前記保持器に実装された前述の圧電振動片と、前記保持器に実装され、少なくとも前記圧電振動片を駆動する回路を有する回路素子とを有することを特徴とする振動型ジャイロスコープを提供することも可能となる。

本発明の振動型ジャイロスコープの製造方法は、基部と、前記基部から同一平面内に延出された支持梁を介して設けられ、所定の振動を行う駆動部と、前記基部から同一平面内に延出され、前記駆動部の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出する検出部とを有する圧電振動片を備えた振動型ジャイロスコープの製造方法であって、外形形状が形成された前記圧電振動片の表面に電極膜を形成する工程と、前記検出部の略先端部分に形成された前記電極膜の表面、及び前記駆動部の略先端部分に形成された前記電極膜の表面の一部、に調整部としての錘層を形成する工程と、前記検出部の略先端部分に形成された少なくとも前記錘層を除去して前記検出部の固有共振周波数を調整する工程と、前記駆動部の略先端部分に形成された前記錘層を除去して前記駆動部の固有共振周波数の粗調整を行い、前記駆動部の略先端部の前記電極膜を除去して前記駆動部の固有共振周波数の微調整を行う工程と、を有することを特徴とする。

本発明の振動型ジャイロスコープの製造方法によれば、第一錘部と第二錘部の錘層を同時に形成することができることから、錘層を形成する工程を減らすことが可能となり、製造工数を少なくすることができる。また、大きな固有共振周波数の調整が必要な検出部は、錘部を除去することによって短時間で調整し、微調整が必要な駆動部は、錘部を除去することによる粗調整と電極膜を除去することによる微調整を順次行うことにより、短時間で、微細な調整を行い、所望の固有共振周波数に合わせることが可能となる。即ち、精度のよい振動型ジャイロスコープを低コストで提供することが可能となる。

本発明に係る振動型ジャイロスコープの最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に限定されるものではない。

（第一実施形態）
図１は、本発明に係る第一実施形態の振動型ジャイロスコープの圧電振動片の概略を示す平面図である。

図１に示すように、圧電振動片１０は、ＸＹ平面内に形成される。第一実施形態では、圧電振動片１０は、水晶で形成され、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸の、Ｘ軸とＹ軸の平面方向に切り出されたＺカットの水晶基板である。圧電振動片１０は、所定の厚みの水晶基板で形成されている。圧電振動片１０の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてＸＹ平面に展開され、中心点Ｇに対して１８０°点対称の形状をしている。中心点Ｇは圧電振動片１０の重心位置である。また、図１では図示していないが、圧電振動片１０の表面には所定の電極が形成されている。

圧電振動片１０には、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ平行な端面をもつ矩形状の基部１
２が形成されている。基部１２には、基部１２のＹ軸に平行な２端面の中央からＸ軸に平行な方向に延出される支持梁としての二つの連結アーム１３，１４が形成されている。さらに、基部１２には、基部１２のＸ軸に平行な２端面の中央からＹ軸に平行な方向に延出される検出部として、Ｙ軸プラス方向に検出アーム１６ＡとＹ軸マイナス方向に検出アーム１６Ｂとが形成されている。連結アーム１３，１４のそれぞれの先端には、連結アーム１３に直交する方向に延出する１対の駆動アームが形成されている。連結アーム１３の先端には、Ｙ軸プラス方向に駆動アーム１５ＡとＹ軸マイナス方向に駆動アーム１５Ｂが延出されている。さらに、連結アーム１４の先端には、Ｙ軸プラス方向に駆動アーム１５ＣとＹ軸マイナス方向に駆動アーム１５Ｄが延出されている。

駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの先端部には、幅広形状の第一錘部１９が形成されている。第一錘部１９には、調整部としての電極膜１７と、電極膜１７の表面に形成された錘層１８が形成されている。なお、錘層１８は、電極膜１７と比較して厚さが厚くなるように形成されている。また、錘層１８は、第一錘部１９の幅方向（Ｘ方向）に幅いっぱいに設けられており、本例では、第一錘部１９の先端側のほぼ半分の領域に形成されている。従って、第一錘部１９は、面積のほぼ半分を電極膜１７が占め、残り半分を錘層１８が占めていることになる。また、錘層１８は、例えば金、銀などの金属を真空蒸着法などを用いて形成することができる。

検出アーム１６Ａ，１６Ｂの先端部には、第一錘部１９より幅が広く設定された幅広形状の第二錘部２３が形成されている。幅を広くすることにより、第二錘部２３の面積を広くすることができ、除去することができる質量を大きくすることが可能となる。第二錘部２３には、調整部としての電極膜１７と、電極膜１７の表面に形成された錘層２０が形成されている。錘層２０は、電極膜１７と比較して厚さが厚くなるように形成されている。また、錘層２０は、第二錘部２３の幅方向（Ｘ方向）に幅いっぱいに設けられており、本例では、第二錘部２３の大部分の領域を占めるように形成されている。従って、第二錘部２３は、面積のほぼすべての領域を錘層２０が占め、残りの僅かな部分を電極膜１７が占めている。なお、錘層２０は、第一錘層と同じように、例えば金、銀などの金属を真空蒸着法などを用いて形成することができる。

駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、所定の共振周波数の駆動振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。また、検出アーム１６Ａ，１６Ｂ、及び連結アーム１３，１４は、所定の共振周波数の検出振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。

続いて、圧電振動片１０の振動動作について説明する。図２及び図３は、本第一実施形態の圧電振動片１０の動作を模式的に説明するための平面図である。図２、図３においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表している。図１と同じ構成部分を同じ符号で示し、説明を省略する。

図２は、駆動振動を説明する図である。図２において、駆動振動は、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが矢印Ａ方向に振動する屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂと駆動アーム１５Ｃ，１５Ｄとが、重心位置Ｇを通るＹ軸で線対称の振動を行っているので、基部１２、連結アーム１３，１４及び検出アーム１６Ａ，１６Ｂは、とんど振動しない。

図３は、検出振動を説明する図である。図３において、検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を、前記駆動振動の周波数で繰り返している。検出振動は、圧電振動片１０が図２に示した駆動振動を行っている状態で、圧電振動片１０にＺ軸周りの回転角速度ωが加わった時、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ及び１５Ｃ，１５Ｄに矢印Ｂで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。

このことより、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが、矢印Ｂで示す振動を行う。矢印Ｂで示した振動は、重心位置Ｇに対して周方向の振動である。また同時に、検出アーム１６Ａ，１６Ｂは、矢印Ｃに示すように、矢印Ｂの振動に呼応して矢印Ｂとは周方向反対向きの振動を行う。

このとき、基部１２の周縁部は、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと検出アーム１６Ａ，１６Ｂとが図２で示したような振動をしたとき振動系としては釣り合いが取れた状態であるため振動しない。従って、この基部１２に圧電振動片１０を支持するリード部材を接続しても圧電振動片１０の振動に影響を与えることはない。

次に、圧電振動片の特性調整について、図１を参照しながら説明する。図１に示す圧電振動片１０は、その測定感度を良好にするために駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数と検出アーム１６Ａ，１６Ｂの固有共振周波数との間に一定の振動周波数差（以下、「離調周波数」という）を持つことが要求されている。この離調周波数を合わせ込むために検出アーム１６Ａ，１６Ｂに形成されている第二錘部２３の錘層２０及び電極膜１７から質量を除去する加工を行い、検出アーム１６Ａ，１６Ｂの固有共振周波数を変化させる。離調周波数の調整は、調整量を多く取ることが必要なため、第二錘部２３に占める錘層２０の領域を大きくすることによって、調整量を多く取ることを可能としている。なお、錘層２０及び電極膜１７から質量を除去する加工は、錘層２０及び電極膜１７のどちらか一方を加工する、または、双方を加工することによって行う。

さらに、図１に示す圧電振動片１０は、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数を一致させることが要求されている。これは、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの屈曲振動が連結アーム１３，１４を通り検出アーム１６Ａ，１６Ｂへ伝播する、所謂、振動漏れを防止するためである。振動漏れは、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数の違い（アンバランス）によって生じる。この固有共振周波数の違いを解消するため、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数を変化させ、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数を一致させるように合わせ込みを行なう。駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数の調整は、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの先端部に形成されている第一錘部１９の錘層１８及び電極膜１７から質量を除去する加工によって行う。錘層１８と電極膜１７とは第一錘部１９に概ね半分ずつ設けられており、錘層１８を除去することによって粗調整を行い、電極膜１７を除去することによって微調整を行う。なお、錘層１８及び電極膜１７から質量を除去する加工は、錘層１８及び電極膜１７のどちらか一方を加工する、または、双方を加工することによって行う。

なお、本例では、錘層１８，２０及び電極膜１７から質量を除去する加工は、一例としてレーザを照射することによって錘層１８，２０及び電極膜１７を溶融、蒸発させる方法を用いている。図４のレーザ加工を示す模式図に示すように、レーザ２２を照射しながらレーザと駆動アーム１５Ａを相対的に移動することによって連続又は単発に錘層１８を除去する。図４では、レーザ２２が照射され、そこから連続して矢印の方向に除去する例を示しており、順次次列を繰り返して加工する、或いは往復して加工を行う。電極膜１７の除去加工も錘層１８と同様に行われる。

第一実施形態に示す振動型ジャイロスコープの圧電振動片１０によれば、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄには、調整部としての第一錘部１９が錘層１８と電極膜１７とで形成され、検出アーム１６Ａ，１６Ｂには、調整部としての第二錘部２３が錘層２０と電極膜１７とにより形成されている。錘層１８，２０と電極膜１７とは、厚さが異なっているいることから、同面積のレーザ照射で除去できる質量が異なる。即ち、厚さの大きな錘層１８，２０は大きな質量変化をさせることができ、厚さの薄い電極膜１７は小さな質量変化をさせることができる。従って、質量の調整は、厚さの大きい錘層１８，２０で短時間で大きな質量変化（粗調整）を行い、厚さの薄い電極膜１７で微細な質量変化（微調整）を行うことで可能となる。これらにより、それぞれの固有共振周波数の粗調整と微調整を、比較的小さな面積の調整部で短時間に行うことができるようになり、安価で小型な振動型ジャイロスコープを提供することが可能となる。

なお、第一実施形態において錘層の形状は、図１に示すＸ方向に長辺を有する形状を例示して説明したが、これに限らず、所定の面積が確保されていれば形状は問わない。例えば、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すような形状でもよい。図５（ａ）には、表面に電極膜１７が形成された駆動アーム１５Ａの先端部分に円形の錘層１８が形成されている。また、図５（ｂ）には、表面に電極膜１７が形成された駆動アーム１５Ａの先端部分の表面に電極膜１７が形成された駆動アーム１５Ａの先端部分に第一実施形態で示した錘層と直交する方向に長辺を有する矩形形状の錘層１８が形成されている。また、図５（ｃ）には、表面に電極膜１７が形成された駆動アーム１５Ａの先端部分に第一実施形態で示した錘層と直交する方向に長辺を有する矩形形状の二つの錘層１８ａ，１８ｂが形成されている。

また、第一錘部１９及び第二錘部２３の錘層１８，２０及び電極膜１７の除去を行う加工は、錘層１８と電極膜１７、及び錘層２０と電極膜１７のすべてを加工することは必要としない。所望する質量の調整ができれば、どの部分が加工されていてもよく、一例として第一錘部１９で説明すれば、錘層１８のみ加工されている、或いは電極膜１７のみ加工されている、或いは錘層１８と電極膜１７の双方が加工されている、パターンがあり、この内のどのパターンであってもよい。

（第二実施形態）
図６に沿って第二実施形態について説明する。図６は、本発明に係る振動型ジャイロスコープの概略構造を示す正断面図である。

図６に示すように、本発明の振動型ジャイロスコープ３０は、圧電振動片１０、保持器としてのパッケージ３１の凹部の内に収納された、回路素子３２、支持基板３４、支持部３５、蓋体３７などから構成されている。

例えば、セラミックによって形成されたパッケージ３１は、凹部が３段構造に形成されている。回路素子３２は、パッケージ３１の最下段に導電性接着剤（図示せず）等で固着されており、パッケージ３１の中段に形成された接続配線部（図示せず）とワイヤーボンディングによる金属細線（ボンディングワイヤ）３３により接続されている。回路素子３２は、少なくとも圧電振動片１０を駆動させ、回転角速度を検出する機能を有している。支持基板３４は、一方端がパッケージ３１の上段に接続固着されており、その表面には、一方の端部に前述の第一実施形態で詳述した圧電振動片１０が接続された支持部３５が接続されている。支持部３５は、可撓性を有する金属薄板などにより複数の細長形状に形成されており、支持基板３４と圧電振動片１０との接触を防止するため、支持基板３４から突出した部分で上方に折り曲げられた形状となっている。その折り曲げられた方向の端部に圧電振動片１０が接続されている。パッケージ３１の開口部は、接続部３６を介し、例えばシーム溶接、金属加熱融着などを用いて蓋体３７により封止されている。

第二実施形態によれば、パッケージ内に、第一実施形態で詳述した圧電振動片１０を実装し、収納している。圧電振動片１０は、特性の調整を効率よく行うことができるため安価であり、且つ、特性調整用の錘部を小さくできることから小型である。従って、本例によれば、小型で安価な振動型ジャイロスコープ３０を提供することが可能となる。

なお、前述の第二実施形態では、パッケージ３１内に、回路素子３２を収納する構成を一例として説明したが、回路素子３２は、パッケージ３１内に収納しない構成でもよく、第二実施形態と同様な効果を有している。例えば、回路素子３２は、振動型ジャイロスコープ３０を実装する基板（図示せず）などに実装され、パッケージ内には、圧電振動片１０、圧電振動片１０を支持する支持部３５、及び支持部３５が接続された支持基板３４が収納される構成でもよい。なお、この構成では、パッケージ３１の凹部に形成されている段差は、２段構造でよい。

また、前述のパッケージ３１は、凹部が３段または２段構造の例を示して説明したが、段数はこれに限らず、一段構造、或いは４段以上の構造であってもよい。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態として、本発明に係る振動型ジャイロスコープの圧電振動片の製造方法について図面を参照しながら説明する。図７（ａ）〜（ｆ）は、先述した図１に示す第一実施形態の振動型ジャイロスコープの圧電振動片１０における概略の製造工程を示す工程説明図である。図７は、圧電振動片１０を図１に示すＰの方向から見た図であり、左列に駆動アーム１５Ａの先端付近を示し、右列に検出アーム１６Ａの先端付近を示している。

先ず、図７（ａ）に示すように、図１に示す駆動部としての駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ、及び検出部としての検出アーム１６Ａ，１６Ｂなどの外形形状を有する、例えば水晶板からなる圧電振動片１０を用意する。以下、圧電振動片１０の製造工程を、駆動アーム１５Ａ、及び検出アーム１６Ａを代表として示して順次説明するが、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ及び検出アーム１６Ａ，１６Ｂは、必要に応じてそれぞれ同じ工程で同じ加工を施すことになる。

次に、図７（ｂ）に示すように、圧電振動片１０の表面に電極膜１７を形成する。電極膜１７は、例えば、水晶との密着性を向上させるためにクロム（Ｃｒ）などの下地金属層を形成し、その表面に金（Ａｕ）層を形成した構成となっている。電極膜１７の形成は、蒸着法やスパッタリング法などを用いて成膜することができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、駆動アーム１５Ａの先端部分の第一錘部１９と検出アーム１６Ａの先端部分の第二錘部２３とに、それぞれ調整部としての錘層１８，２０を形成する。錘層１８，２０は、例えば、金属マスクなどを介した蒸着法やスパッタリング法などにより、金（Ａｕ）などの金属層を形成し、その層の厚さは、電極膜１７よりも厚く形成する。錘層１８は、第一錘部１９のほぼ半分の領域に形成し、錘層２０は、第二錘部２３のほぼ全領域に形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、検出アーム１６Ａの質量調整を行い、検出アーム１６Ａの固有共振周波数を所望の周波数に合わせ込みを行う。この質量調整は、第一実施形態で説明した、離調周波数の調整のために行うものであり、例えば、集束されたレーザＬ０を照射することによって、検出アーム１６Ａに形成された錘層２０を溶融、蒸発させて除去することによって行う。なお、必要であれば、電極膜１７を溶融、蒸発させて除去することもある。

次に、図７（ｅ）、及び図７（ｆ）に示す、駆動アーム１５Ａの質量調整を行い、駆動アーム１５Ａの固有共振周波数を所望の周波数に合わせ込みを行う。この質量調整は、第一実施形態で説明した、駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの屈曲振動が連結アーム１３，１４を通り検出アーム１６Ａ，１６Ｂへ伝播する、所謂、振動漏れを防止するために行う。それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数を変化させ、それぞれの駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの固有共振周波数を一致させるように合わせ込みを行なう。この質量調整は、例えば、集光されたレーザＬ１、及びレーザＬ２を照射することによって、駆動アーム１５Ａに形成された錘層１８と電極膜１７とを溶融、蒸発させて除去することによって行う。

駆動アーム１５Ａの質量調整は、先ず、図７（ｅ）に示すように、駆動アーム１５Ａに形成されている錘層１８に対し、レーザＬ１を照射し、錘層１８を除去する。錘層１８は、厚さが大きいため１発のレーザで除去できる質量が大きく、換言すれば、大きな質量変化を発生することができることを利用して、大まかに固有共振周波数を合わせ込む、所謂、粗調整を行う。

続いて、図７（ｆ）に示すように、駆動アーム１５Ａの第一錘部１９の部分の電極膜１７にレーザＬ２を照射し電極膜１７を除去する。電極膜１７は、膜厚が小さいため、１発のレーザで除去できる質量が小さく、微細な質量の合わせ込みができる。従って、電極膜１７の質量の除去により、所謂、微調整を行う。

上述した第三実施形態に示す振動型ジャイロスコープの圧電振動片の製造方法によれば、第一錘部１９と第二錘部２３の錘層１８，２０を同時に形成することができることから、錘層１８，２０を形成する製造工数を少なくすることができる。さらに、本例によれば、粗調整と微調整を組合わせることにより効率のよい調整を行うことが可能となる。即ち、大きな固有共振周波数の調整を行う必要のある検出アーム１６Ａ，１６Ｂは、錘層２０を除去することによって短時間で調整することが可能となる。続いて微調整の必要な駆動アーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、錘層１８を除去することによる粗調整と、電極膜１７を除去することによる微調整を順次行うことにより、短時間で微細な調整までを行うことが可能となる。即ち、精度のよい振動型ジャイロスコープを効率よく製造することが可能となることから低コストで提供することが可能となる。

錘層１８及び錘層２０が除去された部分は、図７（ｅ）、及び図７（ｆ）に示すように凹部２１ｂ，２１ａとなる。この凹部２１ｂ，２１ａの底面は、図７（ｅ）、及び図７（ｆ）に示すように錘層１８，２０中にあってもよく、或いは、錘層１８，２０と錘層１８，２０の下に形成されている電極膜１７との両方を除去し、水晶面が底面となっていてもよい。なお、図７（ｅ）では、錘層２０が除去された凹部２１ａを３つに区分して示し、図７（ｆ）では、錘層１８が除去された凹部２１ｂを２つに区分して示してあるが、これに限らず、連続して除去することにより、まとまった一つの凹部としてもよい。

また、前述の説明では、錘層１８，２０、及び電極膜１７の除去は、駆動アーム１５Ａ、及び検出アーム１６Ａの一面を除去加工する例で説明したがこれに限らず、両面に形成された錘層１８，２０、及び電極膜１７を除去加工することもできる。

また、前述では駆動アーム１５Ａの質量調整を錘層１８と電極膜１７とを用いて行うことで説明したが、質量の調整量によっては、錘層１８のみの除去を行って質量を調整し電極膜１７の除去は行わない場合、あるいは、電極膜１７のみの除去を行って質量を調整し錘層１８の除去は行わない場合もある。

また、錘層１８，２０を形成する材質を電極膜１７を形成する材質より比重の大きな材質、例えば、錘層１８，２０を金で形成し、電極膜１７をアルミニウムで形成するなどしても同等な効果を有する。

また、錘層１８，２０は、第一錘部１９と第二錘部２３にそれぞれ一つずつ設けることで説明したがこれに限らず、第一錘部１９と第二錘部２３のうちに、厚みの異なる錘層を複数形成してもよい。

第一実施形態の振動型ジャイロスコープの圧電振動片の概略を示す平面図。 圧電振動片の駆動振動を模式的に説明するための平面図。 圧電振動片の検出振動を模式的に説明するための平面図。 調整部のレーザ加工を示す模式的な平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、錘層の変形例を示す平面図。 第二実施形態の振動型ジャイロスコープの概略を示す正断面図。 （ａ）〜（ｆ）は、第三実施形態の振動型ジャイロスコープの圧電振動片の概略の製造工程を示す工程説明図であり、左列は、駆動アームの先端付近の正面図、右列は、検出アームの先端付近の正面図。 従来の振動型ジャイロスコープの圧電振動片を示す平面図。

符号の説明

１０…圧電振動片、１２…基部、１３，１４…支持梁としての支持アーム、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…駆動部としての駆動アーム、１６Ａ，１６Ｂ…検出部としての検出アーム、１７…電極膜、１８，２０…錘層、１９…第一錘部、２１ａ，２１ｂ…凹部、２２…レーザ、２３…第二錘部、３０…振動型ジャイロスコープ、３１…保持器としてのパッケージ、３２…回路素子、３３…金属細線（ボンディングワイヤ）、３４…支持基板、３５…支持部、３６…接続部、３７…蓋体。

Claims (9)

1. 圧電振動片に加えられる回転の回転角速度を検出する振動型ジャイロスコープであって、
   前記圧電振動片は、
   基部と、
   前記基部から延出された支持梁を介して設けられ、所定の振動を行う駆動部と、
   前記基部から前記駆動部と同一平面内に延出され、前記駆動部の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出する検出部と、
   前記駆動部の略先端部分に形成された前記圧電振動片の特性調整用の第一錘部と、
   前記検出部の略先端部分に形成された前記圧電振動片の特性調整用の第二錘部と、を有し、
   前記第一錘部及び第二錘部の少なくとも一方が、単位面積当たりの質量の異なる複数の調整部で形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
2. 請求項１に記載の振動型ジャイロスコープにおいて、
   前記第一錘部の質量は、前記第二錘部の質量より小さく設定されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の振動型ジャイロスコープにおいて、
   前記調整部は、前記駆動部及び前記検出部のうち該調整部が形成されたものに対し、前記駆動部にあっては該駆動部の延出方向と略直交する方向の全ての領域にわたって形成され、前記検出部にあっては該検出部の延出方向と略直交する方向のすべての領域にわたって形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の振動型ジャイロスコープにおいて、
   前記第一錘部、及び第二錘部の少なくとも一方が、厚さの異なる複数の調整部で形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
5. 請求項４に記載の振動型ジャイロスコープにおいて、
   前記第一錘部の調整部と、前記第二錘部の調整部とが、同じ金属を用い、同じ厚さで形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
6. 請求項４又は請求項５に記載の振動型ジャイロスコープにおいて、
   前記厚さの異なる複数の調整部は、前記駆動部、又は前記検出部の先端に近い側の前記調整部の厚さが、他の調整部の厚さより厚く形成されていることを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
7. 保持器と、
   前記保持器に実装された請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
   を有することを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
8. 保持器と、
   前記保持器に実装された請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
   前記保持器に実装され、少なくとも前記圧電振動片を駆動する回路を有する回路素子とを有することを特徴とする振動型ジャイロスコープ。
9. 基部と、前記基部から同一平面内に延出された支持梁を介して設けられ、所定の振動を行う駆動部と、前記基部から同一平面内に延出され、前記駆動部の回転に伴うコリオリ力によって生じた検出振動を検出する検出部とを有する圧電振動片を備えた振動型ジャイロスコープの製造方法であって、
   外形形状が形成された前記圧電振動片の表面に電極膜を形成する工程と、
   前記検出部の略先端部分に形成された前記電極膜の表面、及び前記駆動部の略先端部分に形成された前記電極膜の表面の一部、に調整部としての錘層を形成する工程と、
   前記検出部の略先端部分に形成された少なくとも前記錘層を除去して前記検出部の固有共振周波数を調整する工程と、
   前記駆動部の略先端部分に形成された前記錘層を除去して前記駆動部の固有共振周波数の粗調整を行い、前記駆動部の略先端部の前記電極膜を除去して前記駆動部の固有共振周波数の微調整を行う工程と、を有することを特徴とする振動型ジャイロスコープの製造方法。
   

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