JP2011179923A - 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２を有するセンサ部を含むセンサ保持体５と、センサ保持体５の外周の少なくとも一部に近接して配置されたセンサ保持体の所定方向の変位を抑制する抑制体４とを備える。センサ保持体５は、底面１４の延在方向と平行な方向に延在し厚さｔを有する、ステンレスやシリコン等からなる一枚の板である。
【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３００の設置位置における外部振動を吸収する際、ＸＹ平面方向の加振が僅かでも加えられると、立ち上げ部３３０ａ’，３３０ｂ’が矢印Ｍで示すような変位（回転運動）を生じ、ヨーレートセンサ素子３２０に対して回転方向のノイズを付与してしまうところ、このような回転方向のノイズは、質量体の回転を検出するヨーレートセンサにとって極めて不都合なものである。

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以外、例えば、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圧電デバイスの耐振構造、特に、不要な回転動作に起因するノイズを有効に防止することができる圧電デバイスの耐震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、センサ保持体の外周の少なくとも一部に近接して配置されたセンサ保持体の所定方向の変位を抑制する抑制体とを備えている。

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、センサ保持体の外周の少なくとも一部に抑制体が近接配置されているので、それらの抑制体とセンサ保持体とが衝当する。これにより、センサ保持体の所定方向の変位が有効に抑止、吸収、低減、相殺等（ただし、作用はこれらに限定されない）されるので、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。

具体的には、抑制体が、センサ保持体の外周の少なくとも一部に対向する面を有する構成を例示でき、この場合、センサ保持体の移動が抑制体の「面」によって規制され易くなる。

また、センサ保持体と抑制体との間のギャップの幅が、センサ保持体の厚さの半分よりも小さい構成が挙げられる。このような構成においては、例えばセンサ保持体がセンサを保持（支持）する方向（すなわちセンサ保持体の延在方向に対して垂直な方向）以外の方向の衝撃や振動が印加された場合に、該センサ保持体の所定方向の変位量をより低減させ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できる。

また、センサ保持体の外周の少なくとも一部及び抑制体の対向する面の双方、又はそのいずれか一方に低摩擦膜を備えてもよい。このような構成においては、センサ保持体が所定の方向に最大に変位してその外周の一部が抑制体の対向する面と衝当する場合であっても、衝当時の衝撃を緩和することによりセンサ部への外部振動の伝達・伝搬を抑え、更に、衝当状態のままでセンサ保持体がセンサ部の保持（支持）方向に滑り動くことが可能となるので、センサ部に対して余分な外乱ノイズや機械的な応力が印加されることをより優位に防止し、センサ部の感度を著しく向上させることができる。

さらに、センサ保持体及び抑制体が内部に収容されるケースを備え、センサ保持体がそのケースの内部空間に支持され、センサ保持体の上方の空間と下方の空間とが、ケースに設けられた通気孔によって連通していても好適である。このような構成においては、センサ保持体の上方の空間と下方の空間が、互いに独立していないので、両空間内のガス（空気等）が、通気孔を通して交換されやすくなる。これにより、両空間間の内圧差が緩和され、センサ保持体がより円滑に変位しやすくなるので、センサ部に対して余分な外乱ノイズが印加されることが更に効果的に防止され、センサ部の感度を更に一層向上させることができる。

またさらに、センサ保持体の上方の空間における通気孔の開口部付近に防風壁を備えるように構成しても構わない。このようにすれば、通気孔を通して、センサ部が設けられたセンサ保持体の上方の空間側へ流入するガス（空気等）流が、防風壁で遮られ得るので、かかるガス流がセンサ部に直接吹きかかることに起因してセンサ部の検出動作等に対するノイズが増大してしまうことを優位に防止することができ、センサ部の感度を殊更に向上させることができる。

さらにまた、センサ保持体が圧電素子を格納する筐体である構成が挙げられる。このような構成においても、圧電素子を有するセンサ部を含むセンサ保持体（筐体）の外周の少なくとも一部に、そのセンサ保持体の所定方向の変位を抑制する抑制体が配置されているので、センサ保持体たる筐体に外部からの衝撃や振動が印加されたとしても、その筐体と抑制体とが衝当することによって、筐体の所定方向の変位が有効に抑止、吸収、低減、相殺等され得る。よって、センサ保持体たる筐体の内部に格納された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。加えて、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」等を低減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、センサ保持体の外周に近接配置された抑制体を有するので、センサ部が微小振動を検出する際に、センサ部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、そのセンサ保持体の回転運動を含む所定方向の変位が有効に抑止、吸収、低減、相殺等されることができる。さらに、センサ保持体の外周の少なくとも一部及び抑制体の対向する面の双方、又はそのいずれか一方に低摩擦膜を有していれば、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一層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１実施形態に係るバランサー側面とケース内壁面との近接状態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内部耐振構造を示す断面図である。 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５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６実施形態に係るヨーレートセンサ装置の外部耐振構造を示す断面図である。 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（抑制体），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。底面１４の中央部には、耐振動材からなるバランサー支持部３が配置されており、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）を、内部空間Ｇ１内に下方より支持している。

バランサー支持部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の設置環境に応じて、ばね、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料を用いることができる。本実施形態では、バランサー支持部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、製造上も極めて簡便である。しかしながら、複数の耐振動材が底面１４に配置されてよく、支持対象となるバランサー５の中央部を下方より複数の箇所で支持（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７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７側に貫通孔にて引き出されたライン（図示せず）又はヨーレートセンサ素子２の上面に設けられた端子より内部空間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。

図２に示すのは、本実施形態にかかるバランサー５の外周にＺ軸方向に延在する側面８と、ケース４の内壁面１３との近接状態を示す拡大断面図である。図２に示すように、ヨーレートセンサ装置１に外部からの振動が印加されていない（初期の）状態では、バランサー５の側面８とケース４の壁面１３との間に、一定の間隔ｇを有する隙間が存在している。先に述べた、バランサー５のＸ−Ｙ平面方向における外形が窪み１１における底面１４の外形と概ね同一であるが僅かに小さいことは、この間隔ｇを有する隙間が存在することに起因している。

ヨーレートセンサ装置１の使用状態において外部より振動が加えられる場合、当該振動がＺ軸方向の振動成分のみであれば、バランサー支持部３はＺ軸方向にのみ伸縮するので、結果としてバランサー５がＺ軸方向にのみ変位する。つまり、バランサー５の側面８は、内壁面１３に対して一定の間隔ｇを保ったまま変位し、結果としてバランサー５がケース４に衝当・接触することがないので、バランサー５によって保持されるヨーレートセンサ素子２に対するＺ軸方向以外の外乱ノイズは生じ得ない。

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、バランサー支持部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、バランサー支持部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、バランサー支持部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）（図１における矢印μ）を生起させてしまう。しかしながら、本実施形態にかか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。本実施形態にかか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・接触時に生じ得る摩擦力を低減させることができる。

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にかかる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剤であってよく、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３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方向断面図である。ヨーレートセンサ装置２０は、ケース２４の内部に第１実施形態における階段状の窪み１１，１２を有しておらず、壁体２１（抑制体）がバランサー５の周囲を取り囲んでいること以外は、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３においては、ヨーレートセンサ素子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。

本実施形態は、ケース２４が、単一の窪み２２を有する、上方端が開放された単純な容器形状をなしており、ケース２４の内壁面３３と底面３４とが内部空間Ｇ３を画定している。窪み２２の底面３４の中心部には、ばね、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形材料であってよい耐振動材からなるバランサー支持部３が配置されており、ヨーレートセンサ素子２をその上面１９に保持するバランサー５を、ケース２４の内部空間Ｇ３内に下方より支持している。

本実施形態にかかるバランサー５は、保持対象のセンサ素子の種類等の諸条件に応じてそのＸ―Ｙ平面方向の外形が決定されており、第１実施形態のようにバランサー５の外周の側面２８がケース２４の内壁面３３に近接して配置されているわけではない。しかしながら、本実施形態にかかるバランサー５の側面２８の周囲は、ケース２４の底面３４より垂直に（Ｚ軸方向に）立ち上がった壁体２１によって取り囲まれている。第１実施形態と同様に、ヨーレートセンサ装置２０に外部からの振動が印加されていない（初期の）状態では、バランサー５の側面２８と壁体の内壁面３５との間には間隔ｇの隙間が存在するので、ヨーレートセンサ装置２０に外部からの任意の振動が印加された場合、バランサー５のＸ―Ｙ平面方向の振動やシーソー運動等が有意に規制される。加えて、バランサー５の外周の側面２８及び壁体２１の内壁面３５に対して、第１実施形態と同様のフッ素コーティングやＤＬＣコーティング等の潤滑膜２９，３０が設けられてもよく、バランサー５の衝撃緩和能力及びＺ軸方向の滑動能力を高めて、ヨーレートセンサ装置２０の感度をより向上させることも可能である。

本実施形態にかかる壁体２１は、第１実施形態と同様に複数のセラミック薄板を積層することによってケース２４と一体に成形されてもよいが、ケース２４の底面３４に対して後工程で取り付けることも可能である。そうすると、汎用的なセンサハウジングとしてのケース２４の内部空間Ｇ３に対して、任意のセンサ素子及び当該任意のセンサ素子を保持する任意の形状のバランサー５を、バランサー支持部３を介して設置した後で、当該任意の形状のバランサー５の外形に対応した（バランサー５の外形よりも僅かに大きな）外形を有する壁体２１を、一定の間隔ｇの隙間を有するように取り付ければ良い。こうすれば、多種多様なセンサハウジングに対して、本実施形態にかかる耐振構造をより汎用的に適用することが可能となる。また、単一のセンサハウジング内に複数のセンサ素子が封入されている場合、Ｘ―Ｙ平面方向の外乱振動の影響を受けやすいセンサ素子のみを対象として壁体２１を後から取り付けることで、選択的な耐振能力を有する複合型センサユニットを作成することも可能である。

さらに、バランサー５の外形、搭載されるセンサの種類、及びセンサ装置の設置環境等に応じて決定されるＸ―Ｙ平面方向の振動抑制範囲が狭くて良い場合には、バランサー５全体を取り囲む形状（バランサー５の外形に合わせた形状）の壁体２１を設けなくともよく、バランサー５の外周の少なくとも一部分を取り囲む複数の補助的な壁体２１を用いることもでき、本実施形態にかかるヨーレートセンサ装置２０をより簡便に製造することが可能となる。また、ケース２４の内壁面３５に対して後から潤滑膜３０を塗布する場合と比較して、先工程で壁体２１の内壁面３５表面に対して予め潤滑膜２３塗布してから、ケース２４内部に壁体２１を後付することは、ヨーレートセンサ装置２０の製造を更に簡略化することを可能とする。

＜第３実施形態＞
図４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、ケース内部に、バランサー５の下面４５とケース４４の底面５４との間で画定される下方空間ＧＬと、バランサー５の上面４６とケース４４の蓋部６との間で画定される上方空間ＧＵとを連通させる通路４１を有すること以外は、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４においては、ヨーレートセンサ素子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。

本実施形態にかかるケース４４は、下方空間ＧＬにおいてケース４４の底面５４の任意の位置に設けられた通気孔４２から、ケース４４内部を通り（迂回し）、上方空間ＧＵにおいてケース４４の開放端に近い位置に設けられた通気孔４３へと延びる通気用の通路４１を有している。図４に示す本実施形態では、単一の通路４１のみが示されているが、例えばバランサー支持部３を挟んで反対側の空間に追加の通気用の通路（図示せず）が設けられても良く、ケース４４の長辺方向及び／又は短辺方向に複数の通気用の通路（図示せず）を設けても良い。なお、通路４１は、ケース３０の製造時に複数のセラミック薄板を積層すること等によって形成可能である。

バランサー５の側面８とケース４４の内壁面５３との間には、上記第１実施形態で説明したようにバランサー５の周囲に渡って間隔ｇの隙間が存在している。よって、例えばバランサー５が最大限傾斜した状態であっても、その周辺の一部には必ず隙間が存在し（例えば、バランサー５の側面８のうち一対の長辺が最大限傾斜して各々がケース４４の内壁面５３と密着した状態であっても、一対の短辺はケース４４に対して完全には密着し得ない）、バランサー５の上方空間ＧＵと下方空間ＧＬとの間で空気の移動は僅かながら可能である。しかし、このようにバランサー５が傾斜した状態ではバランサー５側方の隙間が狭くなってしまい、上方空間ＧＵと下方空間ＧＬの間の空気の移動が著しく制限されるため、バランサー５の上方空間ＧＵ又は下方空間ＧＬに存在する空気がバランサー５のＺ軸方向の変位に対するエアクッションのごとく作用してしまい、更にバランサー５に対して不要なバイブレーションを与えてしまい、本実施形態にかかるヨーレートセンサ装置４０の振動緩和能力に悪影響を与える虞もある。

しかしながら、上方空間ＧＵと下方空間ＧＬとを連通させる通路４１を有する本実施形態にかかるヨーレートセンサ装置４０は、外部よりの振動が印加されてバランサー支持部３が収縮し、バランサー５が下方へと変位する場合であっても、下方空間ＧＬに存在した空気が通気孔４２を通って通路４１へと流れ込み、当該空気が、通気孔４３を通して上方空間ＧＵへと排出される。また、同様にバランサー５が上方へと変位する場合には、上方空間ＧＵに存在した空気が通気孔４３を通して通路４１へと流れ込み、当該空気が、通気孔４２を通して下方空間ＧＬへと排出される。このように、通路４１を通ってバランサー５の上方空間ＧＵと下方空間ＧＬとの間の空気が相互に交換（移動）できるようになることにより、両空間間の内圧差が緩和されてバランサー５の上下動がより円滑（スムーズ）になるので、バランサー５に対して不要なバイブレーションを与えることはなく、ヨーレートセンサ装置４０の感度を更に良好に保つことができる。

＜第４実施形態＞
図５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方向断面図である。ヨーレートセンサ装置４０’は、上方空間ＧＵと下方空間ＧＬとを連通させる通路４１の通気孔４２，４３の開放部分にメッシュ部材５８，５９を備え、更に上方空間ＧＵ側の通気孔４３の近辺に防風壁５７を備えること以外は、前述した第３実施形態にかかる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。よって、図５においては、ヨーレートセンサ素子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。

図５に示すヨーレートセンサ装置４０’の内の通路４１の各通気孔に設けられたメッシュ部材５８，５９は、上方空間ＧＵと下方空間ＧＬとの間で通路４１を通る空気の流れを抑制することで、外乱振動によりバランサー５が上下動する際に生起する積極的な空気流の流量・流速を整えるためのものである。よって、バランサー５が保持するセンサ素子が、高速あるいは著しいＺ軸方向の変位振動を好まない場合であっても、通路４１の各通気孔にメッシュ部材５８，５９を追加するだけで通路４１を通る空気流を調整して、ヨーレートセンサ装置４０’の感度を更に向上させることができる。本実施形態に用いるメッシュ部材５８，５９は、用いるセンサ素子の種類やセンサ装置の設置環境等に応じて、適宜好ましい整流能力を有する多孔質材料を選択すれば良い。

さらに、上方空間ＧＵの通気孔４３に近接して設置された防風壁５７は、ケース４４の上方空間ＧＵにおいてヨーレートセンサ素子２と通気孔４３の近傍に設けられており、防風壁５７の上端部とケース４４の蓋部６との間には空気が通る間隔ｄの隙間が設けられている。なお、防風壁５７はケース４４と一体に成形されても良いし、ケース４４に対して後付けされても良い。

本実施形態では、通気孔４３とヨーレートセンサ素子２との間に防風壁５７を設けて、バランサー５が下方に変位した際に通気孔４３より排出される積極的な空気流が防風壁５７の上端部とケース４４の蓋部６との間には空気が通る間隔ｄの隙間のみを通ることで、排出された空気流がヨーレートセンサ素子２に直接衝当してヨーレートセンサ素子２の駆動振動や検出振動に対するノイズとなってしまうことを有意に防止し、ヨーレートセンサ装置４０’の感度を向上させることができる。

＜第５実施形態＞
図６は、本発明による圧電振動デバイスの第５実施形態に係るヨーレートセンサ装置６０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６０は、バランサー６５の周辺端部に立ち上がったバランサー壁６６を有することを除いては、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６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。

本実施形態におけるバランサー６５は、ステンレスやシリコン等からなり、Ｘ―Ｙ平面方向に延在しつつＺ軸方向に厚さｔを有しているが、その縁部分のみがＺ軸方向上方に向かって立ち上がったバランサー壁６６を備える。換言すれば、バランサー６５は窪み及び開放端を有する容器形状をなしている。また、バランサー壁６６の外側表面６７は、ケース４の内壁面１３との間に一定の間隔の隙間を有している。

本実施形態にかかるバランサー６５は、バランサー壁６６の外側表面６７の表面積が大きいので、バランサー６５が外乱振動に起因してＺ軸方向に変位する際にＸ―Ｙ平面方向にシーソー運動が生じた場合であっても、外側表面６７とケース４の壁面１３との間でＸ―Ｙ平面方向の変位をより効果的に規制・抑制することができる。また、バランサー壁６６の外側表面６７とケースの内壁面１３の双方又は一方に、第１実施形態と同様のフッ素コーティングやＤＬＣコーティング等の潤滑膜６９，７０を設ければ、バランサー６５の衝撃緩和能力及び滑動能力をより一層向上させて、ヨーレートセンサ装置６０の感度を更に高めることが可能である。

また、本実施形態にかかるバランサー６５は、外部よりの振動が印加されてバランサー支持部３が収縮しバランサー６５が下方へと変位する際、下方空間ＧＬに存在する空気がバランサー壁６６の外側表面６７とケースの内壁面１３との間の隙間を抜けてバランサー６５の上方空間ＧＵに移動する場合であっても、バランサー壁６６の立ち上がり高さがヨーレートセンサ素子２の搭載位置よりも遥かに高い位置にあるので、ヨーレートセンサ素子２に対して空気流が直接衝当して、ヨーレートセンサ素子２の駆動振動や検出振動に対するノイズとなってしまうことを有意に防止し、ヨーレートセンサ装置６０の感度を更に向上させることもできる。

＜第６実施形態＞
図７は、本発明による圧電振動デバイスの第６実施形態に係るヨーレートセンサ装置の外部耐振構造を示すＸ−Ｚ方向断面図である。本実施形態では、少なくとも一つのヨーレートセンサ素子２を封入したセンサパッケージ１００が、センサパッケージ１００の設置面上に設けられた支持部１０３により下方より支持されている。支持部１０３としては、ばね、ゴム、ゲル等、一定の弾性を有する任意の固形部材を用いることができる。複数の支持部１０３が配置され、支持対象となるセンサパッケージ１００を下方より複数の箇所で支持（保持）してもよい。

センサパッケージ１００の側方には、センサパッケージ１００の設置面上に立ち上げて設けられた耐振動フレーム１０１が設けられており、センサパッケージ１００の外周面１０４と耐振動フレーム１０１の内壁面１０５との間に一定の間隔の隙間をおいてセンサパッケージの周囲を取り囲んでいる。また、センサパッケージ１００の外周面１０４と耐振動フレーム１０１の内壁面１０５の双方には、フッ素コーティングやＤＬＣコーティング等、潤滑性を有する任意の潤滑剤であってよい潤滑膜１０９，１１０が設けられている。

本実施形態にかかるセンサパッケージ１００は、上述した実施形態と同様に、側方に耐振動フレーム１０１が設けられていることにより、設置面に平行な方向の振動や、回転振動すなわちシーソー運動（図７における矢印μ）を防止し、パッケージ内のジャイロセンサ素子２等に与える外乱ノイズの影響を有意に防止することができる。また、本実施形態にかかるセンサパッケージ１００は、センサパッケージ１００の外周面１０４と耐振動フレーム１０１の内壁面１０５に潤滑膜１０９，１１０を設けることで、Ｚ軸方向以外の外乱振動がセンサパッケージ１００に加えられた場合であっても衝撃緩和能力及び滑動能力を担保することが可能であり、センサパッケージ１００に対して余分な外乱ノイズが印加されることをより効果的に防止し、パッケージ内のジャイロセンサ素子２の感度を著しく向上させることができる。

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５，６５の一部であって、搭載するセンサ素子に空気流よる悪影響を与えない位置に、上方空間ＧＵ及び下方空間ＧＬとを連通させる貫通孔を追加的に設けたり、バランサーの外形自体を孔部分を有するように形成することも可能であり、バランサー５，６５のＺ軸方向の変位をより滑らかにすることでヨーレートセンサ装置の感度を向上させることができる。また、バランサー５，６５又はセンサパッケージ１００を側方より支持する壁体２１や耐振動フレーム１０１が、支持対象を側方より完全に取り囲むのではなく部分的に取り囲むようにすれば、取り囲まれていない部分より側方へと抜ける空気の逃げを創出することも可能であり、この場合もバランサー５，６５又はセンサパッケージ１００のＺ軸方向の変位がより滑らかなものとなるので、不要なバイブレーションを生起することがなく、ヨーレートセンサ装置の感度を向上させることができる。

１，２０，４０，４０’，６０…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…バランサー支持部、４，２４…ケース、５，６５…バランサー、６…蓋部、７…センサ接続部材、８，２８…側面、９，１０，２９，３０，６９，７０，１０９，１１０…潤滑膜、１１，１２，２２…窪み、１３，３３，３５，５３…内壁面、１４，３４…底面、１９，４６…上面、２１…壁体、４２，４３…通気孔、４５…下面、５７…防風壁、５８，５９…メッシュ部材、６６…バランサー壁、６７…外側表面、１００…センサパッケージ、１０１…耐振動フレーム、１０３…支持部、１０４…外周面，１０５…内壁面、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、ＧＵ…上方空間、ＧＬ…下方空間、Ｍ，μ…回転

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、
   前記センサ保持体の外周の少なくとも一部に近接して配置され、且つ、該センサ保持体の所定方向の変位を抑制する抑制体と、
   を備える圧電デバイス。
2. 前記抑制体は、前記センサ保持体の外周の少なくとも一部に対向する面を有する、
   請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記センサ保持体と前記抑制体との間のギャップの幅は、前記センサ保持体の厚さの半分よりも小さい、
   請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
4. 前記センサ保持体の前記外周の少なくとも一部及び前記抑制体の前記対向する面の双方、又はそのいずれか一方に低摩擦膜を備える、
   請求項２又は３に記載の圧電デバイス。
5. 前記センサ保持体及び前記抑制体が内部に収容されるケースを備え、
   前記センサ保持体が前記ケースの内部空間に支持され、
   前記センサ保持体の上方の空間と前記センサ保持体の下方の空間とが、前記ケースに設けられた通気孔によって連通している、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. 前記センサ保持体の上方の空間における前記通気孔の開口部付近に防風壁を備える、
   請求項５に記載の圧電デバイス。
7. 前記センサ保持体が前記圧電素子を格納する筐体である、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電デバイス。

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