JP2011179922A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外乱振動に対する優れた耐振・耐衝撃性能を有する圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】本発明によるヨーレートセンサ装置１は、圧電素子を有するセンサ部２を含むセンサ保持体５と、センサ保持体を支持し弾性を有する支持体３と、センサ保持体及び支持体が設けられたケース４とを備えケースの底壁に凹部７を有し、支持体の少なくとも一部が凹部内に収納されている。支持体３としては樹脂又は樹脂組成物を用いることが可能であり、更に樹脂又は樹脂組成物に対してフィラーが添加されてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスに関し、例えば、圧電振動デバイス等のセンサデバイスを格納したり保持（支持）したりする耐振動構造、特に物体の角速度を検出するヨーレートセンサ等を格納し保持する耐振動構造等に関する。

従来、微小振動を検出する目的で圧電素子を備えた圧電振動デバイスが用いられている。そのような圧電振動デバイスとしては、超音波センサ、圧力センサ、ヨーレートセンサ（角速度センサ）等の種々のものが存在する。これらのなかでも、例えば、ヨーレートセンサは、物体の角速度を検出するものであり、振動する質量体に回転が加えられた際に生じるコリオリ力に起因して発生する非常に微弱な振動や変位を、圧電素子を介して検出することにより、各方向における回転（動作）を検知・測定することが可能である。

このようなヨーレートセンサ等の圧電振動デバイスは、近時、小型化・薄型化が進んでおり、薄膜加工や薄膜形成によって得られる圧電薄膜を用いたものが提案又は既に実用化されつつある。しかし、かかる小型かつ薄型の圧電振動デバイスは、一般に、圧電薄膜自体が極めて薄く、軽量であるがゆえに、圧電振動デバイスが搭載される機器やシステムの外部からの振動や衝撃等の影響を受けやすく、それに起因するノイズによって角速度を誤検出してしまいやすい傾向にあることがある。

かかる不都合を防止すべく、特許文献１には、ヨーレートセンサの圧電振動素子を支持する固定部として、バネとして機能するリードフレームを用いることにより、ヨーレートセンサの耐振・耐衝撃性能を向上させることを試みた例が記載されている。

特開２００５−１００３４号

図８は、特許文献１に記載されたヨーレートセンサ３００において、リードフレーム３３０を用いてヨーレートセンサ素子３２０が支持されている一態様を示す（ＸＺ平面）断面図である。特許文献１に記載されたヨーレートセンサ３００は、リードフレーム３３０が支持基板３１０の周縁部から中央上方に向かって斜めに立ち上がる立ち上げ部３３０'を有しており、さらに当該リードフレームを４本用いて基板の中央上方でヨーレートセンサ素子３２０を４方向から（Ｘ軸方向に対して対称、かつＹ軸方向に対して対称となる様に）支持している。ここで、ヨーレートセンサ素子３２０を支持している４本のリードフレーム３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃ，３３０ｄ（リードフレーム３３０ａ，３３０ｂのみ図示）のそれぞれの長さは、全て同一である。

そして、特許文献１に記載されたヨーレートセンサ３００は、支持基板３１０、リードフレーム３３０、及びヨーレートセンサ素子３２０を各々成形樹脂で固定して取り付ける必要があり、その際、取り付けに要求される精度が極めて高いことから、その製造は容易ではなく、生産性を向上させる観点から不利である。しかも、リードフレームの取り付け精度が十分に高くないと、検出用振動アームの振動の節（振動静止点）を確実に押さえて固定することが困難であり、その場合、検出に不都合な外乱ノイズが不可避的に発生してしまう。また、ヨーレートセンサ素子３２０に対する充分な耐振動性能を担保するためにリードフレームの実効長を延長することが想起されるが、この場合、センサパッケージの小型化・薄型（低背）化を実現し難くなる。

ところで、近年、ヨーレートセンサは、カーナビゲーションシステム、デジタル（ビデオ）カメラ、ゲーム機器のコントローラ、携帯電話等の小型電子機器に幅広く搭載されてきており、これら機器の更なる小型化に伴い、ヨーレートセンサ自体の更なる小型化が熱望されている。このように、ヨーレートセンサ自体（センサ素子）を更に小型化していくと、検出振動の振幅は更に小さくなってしまい、その結果、検出信号は当然に更に小さくなることから、ヨーレートセンサに印加される外部よりの振動によるノイズの影響が相対的に大きくなり、そうなると、ヨーレートセンサに要求される所望の十分な感度を得られ難くなる虞がある。この点においても、ヨーレートセンサの耐振・耐衝撃性能を更に向上させることが急務となっている。また、これら圧電振動デバイスに以外にも、環境計測、情報通信、医療分野等で用いられる光学センサ等にも更なる小型低背化がなされており、検出する光の軌道（optical path）を正常な範囲に保ち検出感度を向上させるためには、耐振・耐衝撃性能を更に向上させることが求められている。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比して外乱振動に対する優れた耐振・対衝撃性能を有するセンサデバイスの耐振構造、特に、製造が容易であり、不要なノイズを有効に防止しつつ、同時に小型化・低背化を実現することができる圧電デバイスの耐振構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明による圧電デバイスは、圧電素子を有するセンサ部を含むセンサ保持体と、センサ保持体を支持し弾性を有する支持体と、支持体が設けられたケースとを備え、ケースがその底壁に凹部を有しており、支持体の少なくとも一部が凹部内に収納されている。なお、より具体的な構成として、支持体及び／又はセンサ保持部の少なくとも一部がケース内に収納されていてもよい。

この構成によれば、圧電デバイスのセンサ部が微小振動を検出する際に、そのセンサ部の検出振動方向において、外部からの衝撃や振動がセンサ保持体に印加されたとしても、耐衝撃性能・耐振動性能に優れた弾性を有する支持体によってセンサ保持体が支持されているので、かかる外部振動等に起因するセンサ保持体の所定方向の変位が、その支持体の弾性によって、有効に抑止、吸収、低減、相殺等（ただし、作用はこれらに限定されない）される。よって、センサ部への外部振動の伝達・伝搬が抑制又は防止され、センサ部における微小振動の検出精度を向上させることができる。さらには、センサ部への外部振動の伝達が抑制又は防止されるので、センサ部の歪みエネルギーを減少させていわゆる「温度ドリフト効果」を低減させることもでき、これにより、圧電振動デバイスの動作安定性を高めることも可能となる。また、この場合、支持体の少なくとも一部が、ケースの底壁に形成された凹部内に収納されているので、支持体は、その凹部の内部からセンサ保持体まで充分な実効長を有して延在させることが可能となる。よって、外部振動を十分に吸収等可能な支持体構造が生起されやすくなる。

具体的には、支持体が樹脂又は樹脂組成物である構成を例示することができ、更に具体的には、当該樹脂又は樹脂組成物にフィラーが添加されている構成が挙げられる。このような構成においては、支持対象となるセンサ部の特性等に応じて、支持体として最適な硬度（粘度）を有する材料を選択しやすくなることに加えて、所望とする断熱性能、絶縁性能、安定化性能及び費用低減効果を得ることが可能となり、センサ部への外部振動の伝達・伝搬がより効果的に抑制又は防止される。

また、支持体が、少なくともセンサ保持体側に設けられた第一支持部とケース側に設けられた第二支持部とを有し、第二支持部が、第一支持部の硬度に比して低い硬度を有する構成を例示することができ、更に具体的には、第二支持部がゲル状をなす構成が挙げられる。このような構成においては、ケースの底部に設けられる凹部に、第二支持部を配置させることができ、第二支持部としてより硬度の低いゲル材料等を用いることが可能となるので、センサ部への外部振動の伝達・伝搬が更に良好に抑制又は防止され、センサ部の感度をより一層向上させることができる。

さらに、第一支持部がゴムであり、支持体がセンサ保持体の変位方向において収縮した状態で、第一支持部の少なくとも一部が第二支持部に嵌入する（埋め込まれる）構成が挙げられる。このような構成においては、硬度が比較的大きい第一支持部によって外部振動が吸収等されたとき、その第一支持部の変位を、硬度が比較的小さい第二支持部で更に吸収等することができるので、センサ部に対して余分な外乱ノイズが印加されることをより優位に防止し、センサ部の感度を更に向上させることができる。

またさらに、凹部が、内壁（凹部の内周面及び底面）に延設された補助凹部を有するように構成してもよい。このような構成においては、外部からの振動・変位を緩和するために凹部内部で弾性を有する支持体が変形する際、弾性を有する支持体が補助凹部へと流入し得るので、かかる補助凹部が第一支持体及び／又は第二支持体の変形（変位）の受け入れしろとなり、これにより、センサ部への外部振動の伝達・伝搬が更に抑制又は防止され、センサ部の感度を殊更に著しく向上させることができる。

本発明の圧電振動デバイスによれば、圧電素子を有するセンサ部を含むセンサ保持体と、センサ保持体を支持し弾性を有する支持体と、その支持体が設けられたケースとを備え、支持体の少なくとも一部がケースの底部に設けられた凹部内に収納されているので、ダンピング効果を有する支持体の実効長を大きくすることができ、これにより、センサ部が微小振動を検出する際に、センサの検出振動方向における外部からの衝撃や振動がセンサ保持体に印加されたとしても、センサ保持体の変位が有効に抑止、吸収、低減、相殺等され得る。よって、センサ部に対して余分な外乱ノイズが印加されることをより優位に防止することができ、その結果、センサ部の感度を著しく向上させることができる。

第１実施形態に係るヨーレートセンサ装置の内部耐振構造を示す断面図である。 第２実施形態に係るヨーレートセンサ装置の内部耐振構造を示す断面図である。 第２実施形態に係るヨーレートセンサ装置の凹部周辺領域を示す拡大断面図である。 第２実施形態に係るヨーレートセンサ装置の凹部周辺領域を示す拡大断面図である。 第３実施形態に係るヨーレートセンサ装置の内部耐振構造を示す断面図である。 第４実施形態に係るヨーレートセンサ装置の内部耐振構造を示す断面図である。 第４実施形態に係るヨーレートセンサ装置の凹部周辺領域を示す拡大断面図である。 従来方式のヨーレートセンサ素子の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明による圧電デバイスの第１実施形態に係るヨーレートセンサ装置１の内部耐振構造を示すＸ−Ｚ方向断面図である。このヨーレートセンサ装置１（すなわち圧電振動デバイス）においては、例えば、箱状、枠状等の形状をなすケース４の内部に、段差を有して（階段状に）設けられた窪み１１，１２が形成されており、それらの窪み１１，１２は、各々、内部空間Ｇ１，Ｇ２に対応している。

これらの窪み１１，１２のうち、より深い方の窪み１１の内部空間Ｇ１は、ケース４の内壁面１３及び底面１４により画定される空間であり、底面１４には、ヨーレートセンサ素子２の駆動振動を制御する駆動信号を発信し、ヨーレートセンサ素子２に於いて検出される検出振動の検出信号を受信するＩＣチップ（ダイ）等の集積回路素子等（図示せず）が配置されている。

本実施形態に係るケース４の底面１４の中央部には、更に直径ａ、深さｂで規定される円筒形の凹部７が形成されている。そして、耐振動材からなるバランサー支持体３（弾性を有する支持体）が、凹部７の底面１６より、ヨーレートセンサ素子２を上面１９に保持しているバランサー５（センサ保持体）の下面１８の中央部まで延在し、バランサー５を下方より内部空間Ｇ１内に浮かせて支持している。なお、バランサー支持体３のＸ―Ｙ平面方向の外形は、凹部７の底面１６の外形と概ね同一（円形）であるが、実際にはその直径が底面１６の直径ａよりも僅かに小さく、凹部７の内周面１５との間に僅かな隙間を有している。また、バランサー支持体３のＺ軸方向の実効長は、外部からの振動が印加されていない（耐振動材からなるバランサー支持体３が伸縮していない）初期状態においては、凹部７の深さｂに、ケース４の底面１４よりバランサー５の下面１８までのＺ軸方向の距離ｃを加えた長さｂ＋ｃとなる。また、バランサー支持体３の耐振動材としては、支持対象となるセンサの種類やヨーレートセンサ装置１の設置環境等の諸条件を勘案して、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料を選択することができる。なお、「ゲル」の種類は特に制限されず、コロイド粒子又は高分子溶質が相互作用のための独立した運動性を失って集合した構造を有するものであり、特に固化された状態を示す。

本実施形態に係るバランサー支持体３は、そのＺ軸方向の実効長の半分以上が円筒形の凹部７に埋設されている。よって、従来、凹部７が存在しないケース４の底面１４に直接配置すると、バランサー５の質量に耐えられないが故に自己の形状を維持することが不可能でありバランサー５を下方より支持できなかった、より低硬度の材料を耐振動材として適用することが可能である。このように、耐振動材としてより低硬度の材料を適用するバランサー支持体３は、ヨーレートセンサ装置１に対して外部より振動・変位が印加される際、バランサー支持体３自身が積極的に変形可能であり、当該外部よりの振動・変位をより有意に吸収することができるので、高硬度の耐振動材と比較して高い耐振動効果・振動減衰効果を有している。

バランサー支持体３として用いることが可能な低硬度材料（耐振動材）の例としては、樹脂（天然ゴム、合成ゴムを含む）を単独で又は二種以上組み合わせたもの（樹脂組成物）や、それらの樹脂に、適宜の金属酸化物等のフィラー、その他の適宜の添加助剤が含有されたもの（これらも、広義の樹脂組成物である。）が挙げられる。これらの材料は、支持対象となるセンサの種類やヨーレートセンサ装置１の設置環境等の諸条件を勘案して任意に選択することができる。また、樹脂母材に、金属酸化物等のフィラーを添加することにより、所望とする断熱性能、絶縁性能、安定化性能及び費用低減効果を得つつ、低硬度を有し耐振動効果に優れた耐振動材からなるバランサー支持体３を実現することが可能となるので、好適である。

また、本実施形態に係るバランサー支持体３は、底面１４の中央部にのみ配置され、支持対象となるバランサー５の中央部を下方より一軸（一箇所）で支持（保持）しているので、製造が容易であることに加えて耐振動作中に軸ずれを生起させにくいという優れた効果を有している。さらに、本実施形態に係るバランサー支持体３は、凹部７に埋設された部分のＺ軸方向長さｂの分だけバランサー支持体３の実効長が長いので、より高い耐振動効果・振動減衰効果を有するのと同時に、バランサー支持体３の支持高さを全体として低く抑え、ヨーレートセンサ装置１の薄型化・低背化を実現することができる。なお、支持対象となるヨーレートセンサ素子２及びバランサー５の質量及び形状等を勘案して、ケース４の底面１４に複数の凹部７を配設し、バランサー５を下方より複数のバランサー支持体３で支持（保持）してもよい。

バランサー５は、Ｘ―Ｙ平面方向（ケース４の底面１４の延在方向と平行な方向）に延在し、Ｚ軸方向（内壁面１３の立ち上がり方向と平行な方向）に厚さｔを有する、ステンレスやシリコン等からなる一枚の板状部材である。バランサー５のＸ−Ｙ平面方向における外形は、窪み１１における底面１４の外形と概ね同一であるが、実際には僅かに小さい。本実施形態では、ヨーレートセンサ装置１のケース４の形状が概ね直方体であり、ケース４内部に画定された内部空間Ｇ１のＸ―Ｙ平面方向の外形が長方形であるので、バランサー５のＸ―Ｙ平面方向における外形は、その長辺及び短辺の長さが内部空間Ｇ１のＸ―Ｙ平面方向の外形のそれと比較して僅かに短い長方形である。なお、本実施形態では、紙面における±Ｘ方向がバランサー５の長辺方向であり、±Ｙ方向がバランサー５の短辺方向である。

バランサー５は、その上面１９にて、センサ接続部材１７を介してヨーレートセンサ素子２を保持している。本実施形態では、音叉型のヨーレートセンサ素子２が用いられているので、その接続位置がバランサー５及びヨーレートセンサ素子２の端部となっているが、その他のセンサが用いられてもよく、センサ素子として超音波センサや光学センサを用いる場合には、その接続位置がバランサー５の中央部付近であっても良い。

ヨーレートセンサ素子２は、センサ接続部材１７に設けられたライン（図示せず）又はヨーレートセンサ素子２より内部空間Ｇ２に引き出されたライン（図示せず）を介してケース４に対してワイヤーボンディングする等、任意の方法でケース４内部に配置された図示していない集積回路素子に対する電気的接続を形成し、駆動信号及び検出信号を送受信できる。ヨーレートセンサ装置１のケース４としては、例えば複数のセラミック薄板を積層することによって形成されたものが用いられ、ヨーレートセンサ装置１の使用状態においては、内部空間Ｇ２上のケース４の開放端を覆う蓋部６によって密閉される。

ヨーレートセンサ装置１の使用状態において外部より加えられる振動がＸ―Ｙ平面方向成分を含む場合には、バランサー支持体３に（Ｚ軸方向の振動成分に加えて）Ｘ―Ｙ平面方向の振動成分が加えられ、バランサー支持体３はＺ軸方向に加えてＸ―Ｙ平面方向にずれ伸縮する。そのようなＺ軸方向からずれた変位は、バランサー支持体３によって支持されているバランサー５に対して、Ｘ―Ｙ平面方向の振動、又は回転振動（シーソー運動）を生起させてしまう。しかしながら、本実施形態に係るヨーレートセンサ装置１は、外乱振動によってＸ―Ｙ平面方向の振動やシーソー運動が生起され、バランサー５の変位がＺ軸方向からずれてしまう場合にあっても、バランサー支持体３のＺ軸方向の実効長のうち凹部７に埋設されている部分（凹部７の深さｂに対応する部分）についてはＸ―Ｙ平面方向の変位が規制されるので、バランサー支持体３全体としてのＸ―Ｙ平面方向成分を含む変位が有効に防止される。また更に、バランサー支持体３が支えるバランサー５の側面８が近接する内壁面１３に直ぐに衝当・接触するので、Ｘ―Ｙ平面方向成分を含む過度な変位を瞬時に抑制又は規制し、Ｘ―Ｙ平面方向の振動やシーソー運動を有意に防止することが可能である。その結果、ヨーレートセンサ装置１は、バランサー５上に保持されるヨーレートセンサ素子２の振動検出方向（Ｚ軸方向）にのみ耐振動性を付加して、振動検出方向以外の外乱ノイズの影響を有意に防止することができる。

ここで、バランサー５の側面８とケース４の内壁面１３との間の隙間の間隔ｇは、ヨーレートセンサ素子２の回転検出能力に影響を与えない、すなわちバランサー５が許容できる傾きの角度をθ、バランサー５のＺ軸方向の厚さをｔとすると、
ｇ＝ｔ×ｓｉｎθ
で規定される。よって、バランサー５の側面８とケース４の内壁面１３との間の間隔ｇの大きさは、ヨーレートセンサ装置１が搭載するセンサ素子の種類や、ヨーレートセンサ装置１の使用環境に応じて異なるであろう許容傾きθの値に応じて決定すれば良い。本実施形態に係るヨーレートセンサ素子２の場合、回転の検出に悪影響を及ぼすシーソー運動を防止する目的であれば、隙間の間隔ｇをバランサー５のＺ軸方向の厚さｔの１／２以下とすることが好ましい。

バランサー５の側面８に、フッ素コーティングやＤＬＣコーティングなど、潤滑性を有する任意の潤滑剤であってよい潤滑膜９を設けても良い。潤滑膜９をバランサー５の側面８に設けることにより、Ｚ軸方向成分以外の外乱振動がヨーレートセンサ装置１に加えられた場合、バランサー５がシーソー運動等を生起してその側面８がケース４の内壁面１３に衝当・接触してしまっても、衝当・接触時に生じ得る衝撃を潤滑膜９が吸収して有意に緩和させることができる。これにより、ヨーレートセンサ装置１の使用状態において、ヨーレートセンサ素子２の振動検出方向（Ｘ―Ｙ平面方向）の外乱振動に起因するノイズの影響を優位に防止することができる。

さらに、潤滑膜９が存在することで、バランサー５とケース４の衝当時間が極めて短時間であったとしても、バランサー５に係るＺ軸方向の変位力を減じることなく、バランサー５をＺ軸方向に瞬間的に滑らせて上下動させることが可能である。これにより、Ｚ軸方向のバランサー５の動きがより滑らかになるので、ヨーレートセンサ装置１の使用状態においてＺ軸方向への良好なダンピング性能を付与し、バランサー５上に保持されるヨーレートセンサ素子２の振動検出方向（Ｚ軸方向）の耐振動性をより一層向上させることができる。

また、潤滑膜１０がケース４の内壁面１３に設けられても良い。内壁面１３に設けられた潤滑膜１０は、バランサー５の側面８の潤滑膜９と同様、フッ素コーティングやＤＬＣコーティングなど、潤滑性を有する任意の潤滑材であってよく、バランサー５における潤滑膜９と同様に、バランサー５の衝突時の衝撃を緩和するだけでなく、バランサー５のＺ軸方向の動きを滑らかにする効果を有している。さらに、側面８と内壁面１３の双方に潤滑膜９，１０を設けることも可能であり、そのようにすれば、ヨーレートセンサ装置１の使用状態において、バランサー５の衝撃緩和能力及び滑動能力が飛躍的に向上し、ヨーレートセンサ素子２に対して好ましくない外乱ノイズが印加されることをより効果的に防止し、ヨーレートセンサ装置１の感度を著しく向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明による圧電振動デバイスの第２実施形態に係るヨーレートセンサ装置２０の内部耐振構造を示すＸ−Ｚ方向断面図であり、図３は、その凹部２７周辺の構造を詳細に示す拡大断面図である。ヨーレートセンサ装置２０は、ケース４の底面１４の中央部に設けられた直径ａ、深さｂで規定される円筒形の凹部２７を有し、当該凹部２７の内周面３５がＸ―Ｙ平面方向に延設された補助凹部２１を有していること以外は、前述したヨーレートセンサ装置１と同様に構成されたものである。よって、図２及び図３においては、ヨーレートセンサ装置１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。

図２及び図３に示すように、直径ａ、深さｂで規定される円筒形の凹部２７には、内周面３５に複数の補助凹部２１が設けられている。図３に詳しく示されている補助凹部２１は、凹部２７の底面１６より開放端へと向かう方向に一定の間隔をおいて設けられた５つの補助凹部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，及び２１ｅから構成されている。補助凹部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，及び２１ｅは、Ｘ―Ｙ平面方向の深さｄ及びＺ軸方向の厚さｅを有し、凹部２７の内周面３５に沿って内周面３５を一周するリング状の切り込みである。耐振動材からなるバランサー支持体３は、凹部２７の底面１６よりバランサー５の下面１８の中央部まで延在し、バランサー５を下方より内部空間Ｇ１内に浮かせて支持している。なお、バランサー支持体３のＸ―Ｙ平面方向の外形は、凹部２７の底面１６の外形と概ね同一（円形）であるが、実際にはその直径が底面１６の直径ａよりも僅かに小さい。また、バランサー支持体３のＺ軸方向の実効長は、外部からの振動が印加されていない（耐振動材からなるバランサー支持体３が伸縮していない）初期状態においては、凹部の深さｂに、ケース４の底面１４よりバランサー５の下面１８までのＺ軸方向の距離ｃを加えた長さｂ＋ｃとなる。また、バランサー支持体３の耐振動材としては、第１実施形態と同様に、支持対象となるセンサの種類やヨーレートセンサ装置１の設置環境等の諸条件に応じて、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料を選択することができる。

図４は、バランサー支持体３に対して外部からの振動が印加されバランサー支持体３が白抜き矢印Ｐの方向に押し込まれる場合（Ｚ軸方向の外乱振動に対してバランサー５を下方に移動させるようにバランサー支持体３が変位する場合）に、バランサー支持体３を形成する耐振動材が凹部２７内において変形する様子を示す拡大断面図である。第１実施形態で説明したように、本実施形態に係るバランサー支持体３として低硬度材料を適用することが可能であり、ヨーレートセンサ装置１に対して外部より振動・変位が印加される際、バランサー支持体３自身が積極的に変形し、当該振動・変位をより有意に吸収することができる。図４の状態においては、バランサー支持体３がＰ方向の力を受けて凹部２７内で変形する際に、５つの補助凹部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，及び２１ｅから構成された補助凹部２１へと、変形して押し出された耐振動材（バランサー支持体３）が流れ込む（この流れ込みの応力方向を矢印Ｐ’にて示す）。本実施形態に係るヨーレートセンサ装置２０は、凹部２７内部においてバランサー支持体３の流れ込みＰ’が許容されることで、Ｚ軸方向の外乱振動に対する更に良好な耐振動効果・振動減衰効果を奏することを可能としている。

補助凹部２１は、バランサー支持体３の耐振動材の硬度、支持対象となるセンサの種類及びヨーレートセンサ装置２０の設置環境等に応じて、流れ込みＰ’を最大化させる厚さ、深さ、本数、及び間隔で凹部２７の内周面３５に形成されればよく、その切り込みの方向もＸ―Ｙ平面方向（Ｚ軸方向に垂直な方向）に限定されない。また、凹部２７として螺旋状のネジ切り溝を設けたり、凹部２７の内周面３５及び底面１６に対して小さな複数の穴を設けたりして補助凹部２１としてもよい。なお、補助凹部２１は、ケース４を複数のセラミック薄板を積層することによって形成する際に積層形成しても良いし、凹部２７を任意の方法で形成した後にスクリューをねじ込んだり、ドリルを用いたりして形成することも可能である。

＜第３実施形態＞
図５は、本発明による圧電振動デバイスの第３実施形態に係るヨーレートセンサ装置４０の内部耐振構造を示すＸ−Ｚ方向断面図である。ヨーレートセンサ装置４０は、ケース４の底面１４の中央部に設けられた直径ａ、深さｂで規定される円筒形の凹部４７を有し、凹部４７に二層構造の耐振動材からなるバランサー支持体４３が、凹部４７の底面１６よりバランサー５の下面１８の中央部まで延在し、バランサー５を下方より内部空間Ｇ１内に浮かせて支持していること以外は、前述したヨーレートセンサ装置１と同様に構成されたものである。よって、図５においては、ヨーレートセンサ装置１と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。

本実施形態に係るケース４の底面１４の中央部には、直径ａ、深さｂで規定される円筒形の凹部４７が形成されている。そして、２種類の耐振動材からなるバランサー支持体４３が凹部４７の底面１６より、ヨーレートセンサ素子２を上面１９に保持しているバランサー５の下面１８の中央部まで延在し、バランサー５を下方より内部空間Ｇ１内に浮かせて支持している。バランサー支持体４３の第一の支持部分である上層部４３ａはＺ軸方向の長さαを有する耐振動材Ａからなり、第二の支持部分である下層部４３ｂはＺ軸方向の長さβを有する耐振動材Ｂからなり、双方の部分４３ａ，４３ｂとは接着を含む任意の接続方法で接合境界面４４にて接続されている。なお、バランサー支持体４３のＸ―Ｙ平面方向の外形は、凹部４７の底面１６の外形と概ね同一（円形）であるが、実際にはその直径が底面１６の直径ａよりも僅かに小さい。また、バランサー支持体４３のＺ軸方向の実効長は、外部からの振動が印加されていない（耐振動材からなるバランサー支持体４３が伸縮していない）初期状態においては、凹部４７の深さｂに、ケース４の底面１４よりバランサー５の下面１８までのＺ軸方向の距離ｃを加えた長さｂ＋ｃとなり、当該実効長はバランサー支持体４３の上層部４３ａ（耐振動材Ａ）のＺ軸方向の長さαに、バランサー支持体４３の下層部４３ｂ（耐振動材Ｂ）のＺ軸方向の長さβを加えた長さα＋βと等しい。ここで、バランサー支持体４３の上層部４３ａのＺ軸方向の長さαと、ケース４の底面１４よりバランサー５の下面１８までのＺ軸方向の距離ｃとの大小関係が、α＞ｃであり、バランサー支持体４３の下層部４３ｂのＺ軸方向の長さβと、凹部の深さｂとの間の大小関係は、β＜ｂであるので、バランサー支持体４３の接合境界面４４は、ケース４の底面１４の下方、すなわち凹部４７内部に存在している。なお、本実施形態に係る凹部４７の内周面１５に、第２実施形態において詳述した補助凹部を設けても良い。

バランサー支持体４３の上層部４３ａの耐振動材Ａ及び下層部４３ｂの耐振動材Ｂとしては、支持対象となるセンサの種類やヨーレートセンサ装置４０の設置環境等の諸条件に応じて、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料を選択することができるが、耐振動材Ａの硬度が耐振動材Ｂの硬度よりも高くなるように選択されている。

このような二層構造の耐振動材からなるバランサー支持体４３では、下層部４３ｂは、凹部４７内部に完全に収容された状態で耐振動材として機能すれば良い。よって、本実施形態に係るヨーレートセンサ装置４０は、耐振動材４３ｂとして、単体で用いるとバランサー５及びヨーレートセンサ素子２の質量を支えることができないような超低硬度材料を選択することが可能であり、Ｚ軸方向の外乱振動に対する更に極めて良好な耐振動効果・振動減衰効果を奏することを可能としている。また、本実施形態に係るヨーレートセンサ装置４０では、バランサー支持体４３の接合境界面４４が凹部４７内部に存在しているので、外部よりＸ−Ｙ平面方向の振動等が加えられた場合であっても、当該振動等による衝撃を凹部４７の内周面１５で有意に吸収してバランサー支持体４３のＸ−Ｙ平面方向の動きを規制することができるので、接合境界面４４においてバランサー支持体４３の上層部４３ａと下層部４３ｂとが剥離してしまうことを有意に防止することができる。

＜第４実施形態＞
図６は、本発明による圧電振動デバイスの第４実施形態に係るヨーレートセンサ装置４０’の内部耐振構造を示すＸ−Ｚ方向断面図であり、凹部４７の内周面５５にＸ―Ｙ平面方向に延設された複数の補助凹部４１を有しており、二層構造の耐振動材からなるバランサー支持体４３’の上層部４３ａ’の直径が、下層部４３ｂ’のそれと比較して小さいこと以外は、前述したヨーレートセンサ装置４０と同様に構成されたものである。また、図７は、ヨーレートセンサ装置４０’のバランサー支持体４３’に対して外部からの振動が印加されバランサー支持体４３’が白抜き矢印Ｐの方向に応力が加えられて押し込まれる場合（Ｚ軸方向の外乱振動に対してバランサー５を下方に移動させるようにバランサー支持体４３’が変位する場合）に、バランサー支持体４３’を形成する上層部４３ａ’及び下層部４３ｂ’が凹部４７内において変位・変形する様子を詳細に示す拡大断面図である。よって、図６及び図７においては、ヨーレートセンサ装置４０と共通する部材には同一の符号を付し、重複した説明を避けるため、ここでは、それらの説明を省略する。

第３実施形態で説明したように、本実施形態に係る二層構造の耐振動材からなるバランサー支持体４３’は、下層部４３ｂ’が凹部４７内部に完全に収容された状態で耐振動材として機能すれば良いので、耐振動材として、単体で用いてもバランサー５及びヨーレートセンサ素子２の質量を支えることができないような超低硬度材料を選択することが可能である。さらに、本実施形態では、バランサー支持体４３’に対して外部からの振動が印加されバランサー支持体４３’が白抜き矢印Ｐの方向に応力が加えられて押し込まれる場合（Ｚ軸方向の外乱振動に対してバランサー５を下方に移動させるようにバランサー支持体４３’が変位する場合）に、バランサー支持体４３’の上層部分４３ａ’の耐振動材Ａは変形が小さく、バランサー支持体４３’の下層部分４３ｂ’の耐振動材Ｂが凹部４７内において優先的に変形し、５つの補助凹部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，及び４１ｅから構成された補助凹部４１へと、変形して押し出された耐振動材Ｂ（下層部４３ｂ’）が流れ込んで（この流れ込みの方向を矢印Ｐ’にて示す）、当該振動・変位をより有意に吸収することができる。加えて、上層部４３ａ’が下層部４３ｂ’と比較して縮径されており、下層部４３ｂ’よりも高硬度であるゴム等の材料からなるので、白抜き矢印Ｐの応力を受けた場合に、自身はほとんど変形することなく上層部４３ａ’が下層部４３ｂ’の内部に沈み込んで受容され（嵌入し）、当該沈み込みによって下層部４３ｂ’（耐振動材Ｂ）の上部領域が凹部４７の開放端にて突出する（この突出の方向を矢印Ｐ’’にて示す）。よって、本実施形態に係るヨーレートセンサ装置４０’は、凹部４７内部においてバランサー支持体４３’の下層部４３ｂ’の流れ込みＰ’及び突出Ｐ’’が許容されるので、ヨーレートセンサ装置４０’にかかるＺ軸方向の外乱振動に対する更に良好な耐振動効果・振動減衰効果を奏することを可能としている。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、先に適宜述べたとおり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更（例えば、各実施形態の内容の適宜な組み合わせ等）が可能である。例えば、バランサー支持体３等及び凹部７等の形状は、円筒形に限定されるわけではなく、支持対象となるセンサの種類等を勘案して、最も耐振動効果が高いと考えられる形状を選択すれば良い。同様に、バランサー５等の形状も支持対象となるセンサの種類等を勘案して、任意に選択することができる。また、第３実施形態及び第４実施形態における多層構造からなるバランサー支持体４３及び４３’は、上下の二層構造に限定されることはなく、支持対象となるセンサの種類やヨーレートセンサ装置の設置環境等の諸条件に応じて、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料を三層以上の好ましい組み合わせで用いても良い。さらには、バランサー支持体として多層構造を用いる場合に、Ｚ方向の耐振動変位中に凹部の開放端に存在し得る層の材料としてより硬度の高いものを選択し、当該開放端に存在し得る層のＸ―Ｙ平面方向の外形を凹部の底面積と同等とすれば、凹部の内壁面の間でバランサー支持体のＸ―Ｙ方向動きが容易に規制されるので、バランサーを支持する際の軸ずれを有意に防止することも可能である。

１，２０，４０，４０’…ヨーレートセンサ装置（圧電振動デバイス）、２…ヨーレートセンサ素子（圧電振動デバイス）、３，４３，４３’４３ａ，４３ｂ，４３ａ’，４３ｂ’…バランサー支持体、４…ケース、５…バランサー、６…蓋部、７，２７，４７…凹部、８…側面、９，１０…潤滑膜、１１，１２…窪み、１３…内壁面、１４，１６…底面、１５，３５，５５…内周面、１７…センサ接続部材、１８…下面、１９…上面、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ…補助凹部、４４…接合境界面、３００…ヨーレートセンサ、３２０…ヨーレートセンサ素子、３３０…リードフレーム、Ｇ１，Ｇ２…内部空間、Ｍ…回転、Ｐ，Ｐ’，Ｐ’’…応力、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｔ，ｇ，α，β…大きさ、長さ、深さ、厚さ、距離

Claims (7)

1. 圧電素子を有するセンサ部を支持するセンサ保持体と、
   前記センサ保持体を支持し弾性を有する支持体と、
   前記支持体が設けられたケースと、
   を備え、
   前記ケースが該ケースの底壁に凹部を有し、
   前記支持体の少なくとも一部が前記凹部内に収納されている、
   圧電デバイス。
2. 前記支持体が樹脂又は樹脂組成物である、
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記樹脂又は樹脂組成物は、フィラーが添加されたものである、
   請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記支持体は、少なくとも、前記センサ保持体側に設けられた第一支持部と前記ケース側に設けられた第二支持部とを有し、
   前記第二支持部は、前記第一支持部の硬度に比して低い硬度を有するものである、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記第二支持部がゲル状をなす、
   請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 前記第一支持部がゴムであり、
   前記支持体が前記センサ保持体の変位方向において収縮した状態で、前記第一支持部の少なくとも一部が前記第二支持部に嵌入する、
   請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 前記凹部は内壁に延設された補助凹部を有する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイス。

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