JP2010048688A - ジャイロ振動子及びジャイロ振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気中で行われるジャイロ素子の駆動用振動腕部のバランスチューニングにおける、空気抵抗の影響を低減する構成のジャイロ振動子及びジャイロ振動子の製造方法の提供。
【解決手段】基部１１と、基部１１から延設されている駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと、基部１１から延設されている検出用振動腕部１２ａ，１２ｂとを有し、平板状に形成されたジャイロ素子１０と、ジャイロ素子１０を搭載するベース部２１を有し、ジャイロ素子１０を収納する内部が真空封止されているパッケージ２０とを備え、パッケージ２０のベース部２１とジャイロ素子１０との間に、第１の空隙Ｌ１と第２の空隙Ｌ２とを有し、第１の空隙Ｌ１は、第２の空隙Ｌ２より大きく、第１の空隙Ｌ１が、ベース部２１とジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとの間に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロ素子をパッケージ内に搭載するジャイロ振動子及びジャイロ振動子の製造方法に関する。

角速度を検出する角速度センサ（以下、ジャイロセンサという）として、振動体（以下、ジャイロ素子という）と、該ジャイロ素子を一定の方向に振動させる駆動手段とコリオリ力に基づくジャイロ素子の振動を検出する検出手段とを備えているジャイロセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このジャイロセンサでは、ジャイロ素子の可動部（以下、振動腕部という）とジャイロ素子が搭載されている配線基板（以下、ベース部という）との間にジャイロ素子の厚みより大きな高さを有する空隙が形成されている。

特開２０００−９７７０９号公報

上記のジャイロセンサと同様に、ジャイロ素子をパッケージのベース部に搭載するジャイロ振動子においては、搭載される電子機器などの小型化に伴い、小型化、薄型化（低背化）が推進されている。なお、上記のジャイロ振動子は、ジャイロ素子の安定した振動を得るために、パッケージ内部が空気抵抗の影響がない真空状態で封止されている。

ジャイロ振動子は、各振動腕部を振動させて、各振動腕部の質量のバランスを調整するバランスチューニングを行う。そして、バランスチューニング工程を大気中で行う際、ベース部との空隙量が多い振動腕部は、空気抵抗が小さいことから振動しやすく、ベース部との空隙量が少ない振動腕部は、空気抵抗が大きいことから振動しにくい。
ジャイロ振動子を小型化、薄型化すると、ベース部と振動腕部との空隙は小さくなり、振動腕部の振動のしやすさへの空気抵抗の影響が大きい。
また、製造ばらつきによって、ジャイロ素子はベース部に傾いて搭載されるため、相対的にベース部との空隙が大きい振動腕部と、ベース部との空隙が小さい振動腕部とがある。

これらのことから、ジャイロ振動子は、空気抵抗の影響がある大気中で各振動腕部の振動状態に基づきバランスチューニングした各振動腕部のバランスが、パッケージ内部を空気抵抗の影響がない真空状態で封止することで、各振動腕部の振動状態が変化して、アンバランス状態になるという問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるジャイロ振動子は、基部と、前記基部から延設されている駆動用振動腕部と、前記基部から延設されている検出用振動腕部とを有し、平板状に形成されたジャイロ素子と、前記ジャイロ素子を搭載するベース部を有し、前記ジャイロ素子を収納する内部が真空封止されているパッケージとを備え、前記パッケージの前記ベース部と前記ジャイロ素子との間に、第１の空隙と第２の空隙とを有し、前記第１の空隙は、前記第２の空隙より大きく、前記第１の空隙が、前記ベース部と前記駆動用振動腕部との間に設けられていることを特徴とする。

これによれば、ジャイロ振動子は、パッケージのベース部とジャイロ素子との間に、第１の空隙と第２の空隙とを有し、第１の空隙は、第２の空隙より大きく、第１の空隙が、ベース部とジャイロ素子の駆動用振動腕部との間に設けられている。

これにより、ジャイロ振動子は、各駆動用振動腕部に対する空気抵抗が低減され、ジャイロ素子の傾きなどに起因する各駆動用振動腕部に対する空気抵抗の差が少なくなる。
したがって、ジャイロ振動子は、空気抵抗の影響がある大気中でバランスチューニングした各駆動用振動腕部のバランスが、パッケージ内部を空気抵抗の影響がない真空状態で封止することで、アンバランス状態になるという不具合を低減できる。
また、ジャイロ振動子は、第１の空隙を、ベース部とジャイロ素子の駆動用振動腕部との間のみに設けて、周囲を第２の空隙とすることで、ベース部の強度を従来と同程度に維持することができる。

［適用例２］上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記第２の空隙が前記ベース部と前記検出用振動腕部との間に設けられていることが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、第２の空隙がベース部と検出用振動腕部との間に設けられていることから、例えば、各駆動用振動腕部のバランスチューニングの際に、各駆動用振動腕部の振動に伴う検出用振動腕部の振動を、空気抵抗によりＱ値が下がることで早く安定化させることができる。このことから、ジャイロ振動子は、各駆動用振動腕部のバランスチューニングの際の、検出用振動腕部における検出時間を短縮できる。

［適用例３］上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記駆動用振動腕部及び前記検出用振動腕部の振動方向が、前記ジャイロ素子の主面に沿った方向であることが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、駆動用振動腕部及び検出用振動腕部の振動方向が、ジャイロ素子の主面に沿った方向であることから、ジャイロ素子の主面と交差する方向であるパッケージの厚み方向に、各振動腕部の振動に伴う逃げ部を設ける必要がない。
このことから、ジャイロ振動子は、振動方向が上記と異なるジャイロ振動子と比較して、薄型化を図ることができる。

［適用例４］上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記パッケージの前記ベース部が、積層された第１層及び第２層を有し、前記第１層は、前記ジャイロ素子の搭載面を有し、前記ジャイロ素子と前記搭載面との間に前記第２の空隙が設けられているとともに、前記ジャイロ素子の前記駆動用振動腕部と対向する領域に開口部を備え、前記第２層は、前記開口部の前記第２層側を塞ぐ閉塞面を有し、前記ジャイロ素子と前記閉塞面との間に前記第１の空隙が設けられていることが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、ベース部が第１層及び第２層を有し、第１層がジャイロ素子の搭載面を有し、ジャイロ素子と搭載面との間に第２の空隙が設けられているとともに、ジャイロ素子の駆動用振動腕部と対向する領域に開口部を備えている。そして、ジャイロ振動子は、第２層が開口部の第２層側を塞ぐ閉塞面を有し、ジャイロ素子と閉塞面との間に第１の空隙が設けられている。

このことから、ジャイロ振動子は、パッケージのベース部を、開口部を有する第１層と、開口部の第２層側を塞ぐ閉塞面を有する第２層とを積層して形成することで、容易に第１の空隙及び第２の空隙を設けることができる。

［適用例５］上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記ベース部が前記第１層及び前記第２層を貫通する封止用の段付き貫通孔を有し、平面視において、前記段付き貫通孔を構成する前記第２層に形成された第２貫通孔が、前記第１層に形成された第１貫通孔より大きいことが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、ベース部に封止用の段付き貫通孔を有し、第２層に形成された第２貫通孔が第１層に形成された第１貫通孔より大きい。このことから、ジャイロ振動子は、例えば、封止部材を第１貫通孔より大きく、且つ第２貫通孔より小さく形成しておけば、封止部材が第２貫通孔内に留まり、第１貫通孔からパッケージの内部に落下することを回避しつつ、段付き貫通孔を封止することができる。

［適用例６］上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記段付き貫通孔が平面視において、前記ジャイロ素子の前記基部と重なる前記ベース部の領域に形成されていることが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、段付き貫通孔が平面視において、ジャイロ素子の基部と重なるベース部の領域に形成されていることから、各振動腕部と重なることがない。
このことから、ジャイロ振動子は、各振動腕部の一部が段付き貫通孔と重なることによる、大気中における空気抵抗の変化を回避でき、バランスチューニングへの影響を回避できる。

上記適用例にかかるジャイロ振動子は、前記パッケージが金属製のリッドを備えていることが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子は、パッケージが金属製のリッドを備えていることから、パッケージの強度を他の材質のリッドより向上させることができる。このことから、ジャイロ振動子は、更なる薄型化を図ることができる。

［適用例７］本適用例にかかるジャイロ振動子の製造方法は、基部と、前記基部から延設されている駆動用振動腕部と、前記基部から延設されている検出用振動腕部とを有し、平板状に形成されたジャイロ素子を用意し、前記ジャイロ素子を搭載するベース部を有し、前記ベース部と前記ジャイロ素子との間に、第１の空隙と、前記第１の空隙よりも小さい第２の空隙とを有するパッケージの、前記ベース部と前記駆動用振動腕部との間が前記第１の空隙になる位置に、前記ジャイロ素子を前記ベース部に搭載する搭載工程と、大気中で前記駆動用振動腕部の質量を変化させて、前記駆動用振動腕部のバランスを調整するバランスチューニング工程と、前記パッケージを真空封止する封止工程と、を有することを特徴とする。

これによれば、ジャイロ振動子の製造方法は、上記適用例に記載した効果を有するジャイロ振動子を得ることができる。

［適用例８］上記適用例にかかるジャイロ振動子の製造方法は、前記ベース部が貫通孔を有し、前記封止工程で前記ベース部の貫通孔に封止部材を充填し、前記パッケージを真空封止することが好ましい。

これによれば、ジャイロ振動子の製造方法は、封止工程でベース部の貫通孔に封止部材を充填してパッケージを真空封止することから、汎用的な方法で、パッケージを容易に真空封止することができる。

以下、ジャイロ振動子の実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、本実施形態のジャイロ振動子の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、平面図では、理解を容易にするためにリッド（蓋）を省略してある。
図１に示すように、ジャイロ振動子１は、ジャイロ素子１０、ジャイロ素子１０を収納するパッケージ２０、ジャイロ素子１０をパッケージ２０に固定する固定部材３０などから構成されている。

ジャイロ素子１０は、水晶などの圧電材料が用いられ、略矩形の基部１１と、基部１１から延設されている複数の振動腕部などを有している。
ジャイロ素子１０は、基部１１の一方の両端部から延設されている一対の検出用振動腕部１２ａ，１２ｂと、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの延設方向と略直交する方向に、基部１１の他方の両端部から一対の連結腕部１３ａ，１３ｂが延設され、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの延設方向に沿って、連結腕部１３ａ，１３ｂの先端部１３ｃ，１３ｄのそれぞれから延設されている二対の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとを有している。
なお、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは、連結腕部１３ａ，１３ｂを介することで基部１１から延設されている。

ジャイロ素子１０は、更に、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂ及び駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの先端部近傍に、各振動腕部の延設方向と略直交する方向に延設された一対の固定部１６ａ，１６ｂと、基部１１の他方の両端部から検出用振動腕部１２ａ，１２ｂと駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとの間に略クランク状に屈曲して延設され、固定部１６ａに接続された支持梁部１７ａ，１７ｂと、固定部１６ｂに接続された支持梁部１８ａ，１８ｂとを有する。
なお、ジャイロ素子１０は、所定の厚みに研磨された略矩形で平板状の水晶基板などから、エッチングなどにより不要部分を除去することで外形形状が形成されている。

ジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの先端部に形成された幅広な重量部としてのハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄには、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングに用いる質量調整膜１４ｅ，１４ｆ，１５ｅ，１５ｆが設けられている。なお、質量調整膜１４ｅ，１４ｆ，１５ｅ，１５ｆは、金などの金属薄膜からなる。
なお、ジャイロ素子１０は、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの先端部にもハンマーヘッド部１２ｃ，１２ｄが形成されている。

ジャイロ素子１０の固定部１６ａ，１６ｂには、電極パッド１６ｃが設けられ、各振動腕部に形成された図示しない電極と接続されている。
このような形状のジャイロ素子１０は、ＷＴ型のジャイロ素子と呼ばれ、角速度の検出感度が高くジャイロ振動子１の小型化に寄与することができる。

パッケージ２０は、ジャイロ素子１０を搭載するベース部２１、枠部２２、シームリング２３、リッド２４などから構成されている。
ベース部２１は、平板状のセラミックグリーンシートなどからなる第１層２１ａ及び第２層２１ｂを、パッケージ２０の内側が第１層２１ａ、外側が第２層２１ｂとなるように積層して焼成することにより形成されている。

第１層２１ａは、ジャイロ素子１０の搭載面２１ｃを有し、図１（ｃ）に示すように、ジャイロ素子１０の検出用振動腕部１２ａ，１２ｂとの間に第２の空隙Ｌ２が設けられている。なお、第２の空隙Ｌ２は、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの少なくともハンマーヘッド部１２ｃ，１２ｄに対向した領域に設けられているのが好ましい。
そして、第１層２１ａは、ジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと対向するそれぞれの領域に開口部２１ｄを備えている。なお、開口部２１ｄの平面形状は、略矩形に形成され、振動中の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄが、収まる程度のサイズが好ましい。
第１層２１ａの搭載面２１ｃには、内部端子２１ｉが形成され、導電性接着剤やバンプなどからなる固定部材３０を介してジャイロ素子１０の固定部１６ａ，１６ｂの電極パッド１６ｃと接続されている。
これにより、ジャイロ素子１０は、固定部１６ａ，１６ｂが固定部材３０を介してベース部２１に固定されている。

第２層２１ｂは、第１層２１ａの開口部２１ｄの第２層２１ｂ側を塞ぐ閉塞面２１ｅを有し、図１（ｂ）に示すように、ジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと閉塞面２１ｅとの間に第１の空隙Ｌ１が設けられている。
なお、相対的に大きい第１の空隙Ｌ１は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの少なくともハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄに対向した閉塞面２１ｅの領域に設けられているのが好ましい。なぜなら、ハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄが最も変位が大きく、空気抵抗の影響を受けやすいからである。また、ハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄを除いた駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとベース部２１との間を、第１の空隙Ｌ１よりも小さい第２の空隙Ｌ２とすれば、ベース部２１の強度を高くすることが可能になる。なお、第１の空隙Ｌ１は、第２の空隙Ｌ２より第１層２１ａの略厚み分大きい。
第２層２１ｂの底面には、外部端子２１ｊが形成され、図示しない内部配線などにより内部端子２１ｉと接続されている。これにより、ジャイロ振動子１は、外部との間で駆動信号、検出信号などの入出力が、外部端子２１ｊを介して行える。

ベース部２１は、第１層２１ａ及び第２層２１ｂを貫通する封止用の段付き貫通孔２１ｆを有している。この段付き貫通孔２１ｆは、第１層２１ａに形成された第１貫通孔２１ｇ及び第２層２１ｂに形成された第２貫通孔２１ｈから構成されている。
第１貫通孔２１ｇ及び第２貫通孔２１ｈは、平面視において、第２貫通孔２１ｈの輪郭の内側に第１貫通孔２１ｇの輪郭が収まるように、重なって形成されている。これにより、第２貫通孔２１ｈは、第１貫通孔２１ｇより大きく形成されている。
なお、段付き貫通孔２１ｆは、平面視においてジャイロ素子１０の基部１１と重なる位置に形成されている。また、段付き貫通孔２１ｆは、封止部材４０の濡れ性や密着性をよくするために、メタライズ処理がされている。

ベース部２１上には、略矩形の枠状に形成された枠部２２がジャイロ素子１０を囲むように配置されている。枠部２２は、ベース部２１と同様にセラミックグリーンシートなどからなり、ベース部２１に積層して一括して焼成することにより接合されている。

シームリング２３は、コバールなどの金属からなり、ロー付けなどにより枠部２２に接合されている。
リッド２４は、コバールなどの金属からなり、ジャイロ素子１０を覆うように配置され、シーム溶接などによりシームリング２３に接合されている。

ジャイロ振動子１は、リッド２４を接合後、パッケージ２０を反転してパッケージ２０内部を真空にした状態で、段付き貫通孔２１ｆ内に金−ゲルマニウム合金などからなる封止部材４０を投入し、過熱溶融することにより段付き貫通孔２１ｆが封止される。これにより、ジャイロ振動子１は、パッケージ２０内部が真空封止される。
なお、パッケージ２０の枠部２２は、シームリング２３の厚みがジャイロ素子１０の厚みより厚く形成されるなどして、ジャイロ素子１０とリッド２４との間に十分な空隙が確保されれば、なくてもよい。

ここで、ジャイロ素子１０の動作及びバランスチューニングについて、図面を参照して説明する。
このジャイロ素子１０は、常時の振動モードである駆動モードの振動と、角速度が加わったときの振動モードである検出モードの振動とを励起できるように構成されている。
図２は、ジャイロ素子の振動モードについて説明する模式図であり、図２（ａ）は駆動モードの説明図、図２（ｂ）は検出モードの説明図である。なお、図２では、理解を容易にするために、固定部及び支持梁部を省略してある。

図２（ａ）に示すように、ジャイロ素子１０の駆動モードでは、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが連結腕部１３ａ，１３ｂの先端部１３ｃ，１３ｄを中心に矢印Ｃ方向に屈曲振動する。
この状態でジャイロ素子１０にＺ軸回りの回転角速度ωが加わると、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂにコリオリの力が働き、図２（ｂ）に示すように、連結腕部１３ａ，１３ｂが基部１１の付け根を中心として矢印Ｄ方向に屈曲振動する。そして、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂが、それぞれ、その反作用によって基部１１の付け根を中心として、矢印Ｅ方向に屈曲振動する。
この屈曲振動によって検出用振動腕部１２ａ，１２ｂに発生した電気信号（検出信号）を用いて、Ｚ軸回りの回転角速度ωを算出する。なお、これらの屈曲振動の方向は、ジャイロ素子１０の主面１１ａに沿った方向となる。

ここで、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量のバランスがよいと、駆動振動は、基部１１でキャンセルされ、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂへの漏れが小さい。駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量がアンバランスになると、駆動用振動腕部の検出用振動腕部１２ａ，１２ｂへの漏れが大きくなる。この駆動振動の漏れは、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂにＸＹ平面内の振動を与える。また、この駆動振動の漏れが、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂにＺ軸方向の変位を与える場合もある。そして、駆動振動の検出用振動腕部１２ａ，１２ｂへの漏れは、検出信号のノイズとして表れる。つまり、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量のアンバランスは、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの検出信号のアンバランスとして現れる。
したがって、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれの検出信号の差を計測し、差が所定の範囲に収まるように、各駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量調整膜１４ｅ，１４ｆ，１５ｅ，１５ｆをレーザ光などを照射してトリミングすることにより、各駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングを行う。

ここで、ジャイロ振動子１の製造方法について図面を参照して説明する。
図３は、ジャイロ振動子の製造方法について説明する模式図である。

まず、上述した構成のジャイロ素子１０を、所定の厚みに研磨された略矩形で平板状の水晶基板などから、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術などを用いて形成する。

［搭載工程］
ついで、図３（ａ）に示すように、リッド２４接合前の、上述した構成のパッケージ２０のベース部２１に、ジャイロ素子１０を搭載する。
このとき、予めベース部２１の搭載面２１ｃに形成された内部端子２１ｉに、導電性接着剤やバンプなどからなる固定部材３０を塗布しておく。そして、内部端子２１ｉの位置と、ジャイロ素子１０の固定部１６ａ，１６ｂに形成された電極パッド１６ｃの位置とを合わせる。
併せて、ジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのハンマーヘッド部１４ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄの位置と、パッケージ２０のベース部２１の開口部２１ｄの位置とを合わせる。
ついで、ジャイロ素子１０の固定部１６ａ，１６ｂを固定部材３０を介して内部端子２１ｉに固定する。これにより、ジャイロ素子１０は、内部端子２１ｉと電気的に接続される。

［バランスチューニング工程］
ついで、図３（ｂ）に示すバランスチューニングを行う。バランスチューニング工程は、角速度を無視できるように、パッケージ２０を静止させて、大気中で、ジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを、駆動信号を印加することにより屈曲振動させ、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれに発生する検出信号の差を計測する。
ここで、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂのそれぞれに発生する検出信号の差は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのアンバランスが大きいと、大きくなる傾向がある。
ついで、この差が所定の範囲に収まるように、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量調整膜１４ｅ，１４ｆ，１５ｅ，１５ｆを、レーザ光５０などを照射してトリミングし、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの質量を変化させることにより、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングを行う。

このとき、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと、ベース部２１の閉塞面２１ｅとの間には、第２の空隙Ｌ２（図３（ｃ）参照）より大きい第１の空隙Ｌ１が設けられている。
これにより、ジャイロ素子１０は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂに対する空気抵抗が低減され、ジャイロ素子１０の傾きなどに起因する各駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂに対する空気抵抗の差が顕著に表れにくくなる。
したがって、ジャイロ素子１０は、大気中で行われる駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングの際に、空気抵抗の影響が低減される。

［封止工程］
ついで、図３（ｃ）に示すように、シーム溶接などによりリッド２４をシームリング２３に接合する。
ついで、図３（ｄ）に示すように、パッケージ２０を反転させて、パッケージ２０内部を真空にした状態で、段付き貫通孔２１ｆ内にボール状の封止部材４０を投入し、過熱溶融することにより封止部材４０を段付き貫通孔２１ｆ内に充填し、段付き貫通孔２１ｆを封止する。これにより、パッケージ２０内部を真空封止する。
このとき、ボール状の封止部材４０の外径は、第１貫通孔２１ｇの径より大きく、且つ第２貫通孔２１ｈの径より小さい。このことから、ボール状の封止部材４０は、第２貫通孔２１ｈ内に留まり、第１貫通孔２１ｇからパッケージ２０の内部に落下することを回避できる。また、段付き貫通孔２１ｆにはメタライズ処理がされており、封止部材４０との濡れ性や密着性がよい。

ジャイロ振動子１の製造方法は、以上の工程を経て、図１に示すようなジャイロ振動子１を得ることができる。
なお、封止工程では、リッド２４のシームリング２３への接合を真空中で行うことで、段付き貫通孔２１ｆをなくし、封止部材４０を用いることなく、リッド２４の接合によってパッケージ２０内部を真空封止してもよい。

上述したように、ジャイロ振動子１は、パッケージ２０のベース部２１とジャイロ素子１０との間に、第１の空隙Ｌ１と第２の空隙Ｌ２とを有し、第１の空隙Ｌ１は、第２の空隙Ｌ２より大きく、第１の空隙Ｌ１が、ベース部２１とジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとの間に設けられている。

これにより、ジャイロ振動子１は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂに対する空気抵抗が低減され、ジャイロ素子１０の傾きなどに起因する各駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂに対する空気抵抗の差が小さくなる。
したがって、ジャイロ振動子１は、各駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの空気抵抗の差が小さい状態でバランスチューニングが行われるから、空気抵抗を無視できる真空中におけるジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのアンバランスを低減できる。

また、ジャイロ振動子１は、第１の空隙Ｌ１が、ベース部２１とジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂとの間のみに設けられ、その周囲に第２の空隙Ｌ２が設けられていることから、ベース部２１の強度を従来と同程度に維持することができる。

また、ジャイロ振動子１は、第２の空隙Ｌ２がベース部２１と検出用振動腕部１２ａ，１２ｂとの間に設けられていることから、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングの際に、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの振動を、空気抵抗によりＱ値が下がることで早く安定化させることができる。
このことから、ジャイロ振動子１は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングの際の、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂにおける検出時間を短縮できる。

また、ジャイロ振動子１は、駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ及び検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの振動方向が、ジャイロ素子１０の主面１１ａに沿った方向であることから、ジャイロ素子１０の主面１１ａと交差する方向であるパッケージ２０の厚み方向に、各振動腕部の振動に伴う逃げ部を設ける必要がない。
このことから、ジャイロ振動子１は、ジャイロ素子１０の振動方向が上記と異なる他のジャイロ振動子と比較して、薄型化を図ることができる。

また、ジャイロ振動子１は、ベース部２１が第１層２１ａ及び第２層２１ｂを有し、第１層２１ａがジャイロ素子１０の搭載面２１ｃを有し、ジャイロ素子１０と搭載面２１ｃとの間に第２の空隙Ｌ２が設けられている。
そして、ジャイロ振動子１は、第１層２１ａがジャイロ素子１０の駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂと対向する領域に開口部２１ｄを備えている。そして、ジャイロ振動子１は、第２層２１ｂが開口部２１ｄの第２層２１ｂ側を塞ぐ閉塞面２１ｅを有し、ジャイロ素子１０と閉塞面２１ｅとの間に第１の空隙Ｌ１が設けられている。

このことから、ジャイロ振動子１は、ジャイロ素子１０を搭載するベース部２１を、開口部２１ｄを有する第１層２１ａと、開口部２１ｄの第２層２１ｂ側を塞ぐ閉塞面２１ｅを有する第２層２１ｂとを積層して形成することで、容易に第１の空隙Ｌ１及び第２の空隙Ｌ２を設けることができる。

また、ジャイロ振動子１は、ベース部２１に封止用の段付き貫通孔２１ｆを有し、第２層２１ｂに形成された第２貫通孔２１ｈが第１層２１ａに形成された第１貫通孔２１ｇより大きい。このことから、ジャイロ振動子１は、ボール状の封止部材４０を第１貫通孔２１ｇより大きく、且つ第２貫通孔２１ｈより小さく形成しておくことで、封止部材４０が第２貫通孔２１ｈ内に留まり、第１貫通孔２１ｇからパッケージ２０の内部に落下することを回避しつつ、段付き貫通孔２１ｆを封止することができる。

また、ジャイロ振動子１は、ベース部２１に形成された封止用の段付き貫通孔２１ｆに、真空状態で封止部材４０を充填してパッケージ２０を封止していることから、汎用的な方法で、パッケージ２０内部を容易に真空封止することができる。

また、ジャイロ振動子１は、段付き貫通孔２１ｆが、平面視においてジャイロ素子１０の基部１１と重なる位置に形成されている。これにより、ジャイロ振動子１は、各振動腕部の一部が段付き貫通孔２１ｆと重なることによる、大気中における空気抵抗の変化を回避でき、バランスチューニングへの影響を回避できる。

また、ジャイロ振動子１は、パッケージ２０が金属製のリッド２４を備えていることから、パッケージ２０の強度を他の材質のリッド２４より向上させることができる。このことから、ジャイロ振動子１は、更なる薄型化を図ることができる。

なお、ジャイロ振動子１は、ベース部２１が上記実施形態のような２層構成ではなく一体で形成されていてもよい。
また、ジャイロ振動子１は、第１の空隙Ｌ１がジャイロ素子１０の検出用振動腕部１２ａ，１２ｂとベース部２１との間に設けられていてもよい。
これによれば、ジャイロ振動子１は、大気中における駆動用振動腕部１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂのバランスチューニングの際に、検出用振動腕部１２ａ，１２ｂの振動に対する空気抵抗の影響を低減できる。

なお、本発明は、複数の駆動用振動腕部と、１つ以上の検出用振動腕部とを備えるジャイロ振動子に適用できる。例えば、上述したジャイロ素子１０以外に、図４のジャイロ素子の概略構成を示す模式図に示すような構成のジャイロ素子１１０にも適用できる。
図４に示すように、ジャイロ素子１１０は、基部１１１の一方の端部から２本の駆動用振動腕部１１４，１１５及び１本の検出用振動腕部１１２が、互いに略平行に延設されている。また、基部１１１の他方の端部からは、固定部１１６が延設されている。
このジャイロ素子１１０を用いた図示しないジャイロ振動子は、上記実施形態と同様に、ジャイロ素子１１０を搭載するパッケージのベース部の駆動用振動腕部１１４，１１５に対向する領域に第１の空隙を設け、検出用振動腕部１１２に対向する領域に第２の空隙を設けることで、上記実施形態の効果の少なくとも一部を得ることができる。

本実施形態のジャイロ振動子の概略構成を示す模式図。 ジャイロ素子の振動モードについて説明する模式図。 ジャイロ振動子の製造方法について説明する模式図。 他のジャイロ素子の概略構成を示す模式図。

符号の説明

１…ジャイロ振動子、１０…ジャイロ素子、１１…基部、１１ａ…主面、１２ａ，１２ｂ…検出用振動腕部、１３ａ，１３ｂ…連結腕部、１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ…駆動用振動腕部、１６ａ，１６ｂ…固定部、１６ｃ…電極パッド、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…支持梁部、２０…パッケージ、２１…ベース部、２１ａ…第１層、２１ｂ…第２層、２１ｃ…搭載面、２１ｄ…開口部、２１ｅ…閉塞面、２１ｆ…段付き貫通孔、２１ｇ…第１貫通孔、２１ｈ…第２貫通孔、２１ｉ…内部端子、２１ｊ…外部端子、２２…枠部、２３…シームリング、２４…リッド、３０…固定部材、４０…封止部材、Ｌ１…第１の空隙、Ｌ２…第２の空隙。

Claims (8)

1. 基部と、前記基部から延設されている駆動用振動腕部と、前記基部から延設されている検出用振動腕部とを有し、平板状に形成されたジャイロ素子と、
   前記ジャイロ素子を搭載するベース部を有し、前記ジャイロ素子を収納する内部が真空封止されているパッケージとを備え、
   前記パッケージの前記ベース部と前記ジャイロ素子との間に、第１の空隙と第２の空隙とを有し、
   前記第１の空隙は、前記第２の空隙より大きく、前記第１の空隙が、前記ベース部と前記駆動用振動腕部との間に設けられていることを特徴とするジャイロ振動子。
2. 請求項１に記載のジャイロ振動子において、前記第２の空隙が前記ベース部と前記検出用振動腕部との間に設けられていることを特徴とするジャイロ振動子。
3. 請求項１または請求項２に記載のジャイロ振動子において、前記駆動用振動腕部及び前記検出用振動腕部の振動方向が、前記ジャイロ素子の主面に沿った方向であることを特徴とするジャイロ振動子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のジャイロ振動子において、前記パッケージの前記ベース部が、積層された第１層及び第２層を有し、
   前記第１層は、前記ジャイロ素子の搭載面を有し、前記ジャイロ素子と前記搭載面との間に前記第２の空隙が設けられているとともに、前記ジャイロ素子の前記駆動用振動腕部と対向する領域に開口部を備え、
   前記第２層は、前記開口部の前記第２層側を塞ぐ閉塞面を有し、前記ジャイロ素子と前記閉塞面との間に前記第１の空隙が設けられていることを特徴とするジャイロ振動子。
5. 請求項４に記載のジャイロ振動子において、前記ベース部が前記第１層及び前記第２層を貫通する封止用の段付き貫通孔を有し、平面視において、前記段付き貫通孔を構成する前記第２層に形成された第２貫通孔が、前記第１層に形成された第１貫通孔より大きいことを特徴とするジャイロ振動子。
6. 請求項５に記載のジャイロ振動子において、前記段付き貫通孔が平面視において、前記ジャイロ素子の前記基部と重なる前記ベース部の領域に形成されていることを特徴とするジャイロ振動子。
7. 基部と、前記基部から延設されている駆動用振動腕部と、前記基部から延設されている検出用振動腕部とを有し、平板状に形成されたジャイロ素子を用意し、
   前記ジャイロ素子を搭載するベース部を有し、前記ベース部と前記ジャイロ素子との間に、第１の空隙と、前記第１の空隙よりも小さい第２の空隙とを有するパッケージの、前記ベース部と前記駆動用振動腕部との間が前記第１の空隙になる位置に、前記ジャイロ素子を前記ベース部に搭載する搭載工程と、
   大気中で前記駆動用振動腕部の質量を変化させて、前記駆動用振動腕部のバランスを調整するバランスチューニング工程と、
   前記パッケージを真空封止する封止工程と、を有することを特徴とするジャイロ振動子の製造方法。
8. 請求項７に記載のジャイロ振動子の製造方法において、前記ベース部が貫通孔を有し、前記封止工程で前記ベース部の貫通孔に封止部材を充填し、前記パッケージを真空封止することを特徴とするジャイロ振動子の製造方法。

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