JP3993602B2 - 振動ジャイロの音叉型振動子搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、多脚を有する音叉型振動子をパッケージへ収容してなる音叉型振動ジャイロに関し、特に音叉型振動子をパッケージへ搭載する振動子搭載構造に関する。

多脚を有するこの種の音叉型振動ジャイロは、特許文献１又は特許文献２に記載されている。特許文献１及び特許文献２には、駆動脚および検出脚を胴部で結合してなり、駆動脚および検出脚がそれぞれ３本の脚でなる構造の音叉型振動ジャイロが提案されている。特許文献１又は特許文献２に記載の音叉型振動ジャイロの基本構造及びその作動を、図１５を参照して説明する。図１５（Ａ）は音叉型振動ジャイロに対する回転の入力がないときの状態を表し、図１５（Ｂ）は音叉型振動ジャイロに対し回転の入力があるときの状態を表す。図において、１１１ａ，１１１ｂは励振用駆動脚（特許文献１における励振用駆動側アーム）、１１２ａ，１１２ｂは振動用検出脚（特許文献１における振動用検出側アーム）である。励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは、互いに対をなし、逆位相で振動する。励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは、駆動脚（特許文献１では、駆動側アーム）１１１と称する。振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂは、互いに対をなし、逆位相で振動する。振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂは、検出脚（特許文献１では、検出側アーム）１１２と称する。胴部１０は、直方体であり、その平面形（上面１０ａの形）は正方形である（正方形である必要は必ずしもない）。胴部１０における各面は、上面を符号１０ａで現し、底面（図に現れていない）を符号１０ｂで現し、一方の端面を符号１０ｃで現し、他方の端面（図に現れていない）を符号１０ｄで現し、一方の側面を符号１０ｅで現し、他方の側面（図に現れていない）を符号１０ｆで現すこととする。上面１０ａ及び底面１０ｂを主面と称する。なお、特許文献１及び特許文献２の音叉型振動ジャイロには、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂの間に1つの非励振用駆動脚（特許文献１における非励振用駆動側アーム）が設けてあり、また振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂの間に1つの非振動用検出脚（特許文献１における非振動用検出側アーム）が設けてあるが、非励振用駆動脚および非振動用検出脚は、振動の安定化のために設けてあり、原理説明においては必要でないので、図１５の音叉型振動ジャイロでは省略した。

胴部１０、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂ並びに振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂは、１つの圧電単結晶体でなり、一枚の板状の圧電単結晶から切り出された形をなす。圧電単結晶としては、水晶、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等がある。胴部１０、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂの厚みは同一である。励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂが励振されていない状態、即ち静止状態では、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂの軸及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂの軸は、胴部１０の端面１０ｃ及び１０ｄにそれぞれ垂直である。励振用駆動脚１１１ａ及び振動用検出脚１１２ａの軸は同一の軸線上にある。同様に、励振用駆動脚１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ｂの軸も同一の軸線上にある。また、胴部１０の重心を通り、側面１０ｅに平行な面に関し、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは対称であり、また振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂも対称である。励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂ及び振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂには駆動用電極及び検出用電極がそれぞれ設けてある（これら電極の図示は省略されている。）

このような図１５の構造の音叉型振動ジャイロにおける駆動用電極に励振用の交流電圧を印加すると、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂは、上面１０ａに平行な平面内において互いに反対方向に、即ち逆位相に、振動する。この振動が、音叉型振動ジャイロにおける駆動振動である。駆動振動は、胴部１０の主面（上面１０ａ及び底面１０ｂ）に平行な平面内における振動であり、このような主面に平行な平面内における振動を面内振動と称する。面内振動は、図１５（Ａ）において矢印Ｈａ及びＨｂで現してある。この状態で、角速度ωの回転が図（Ｂ）の→方向に入力されると、励振用駆動脚１１１ａ及び１１１ｂにはコリオリ力が作用し、それぞれコリオリ振動Ｃａ及びＣｂが生じる。コリオリ振動Ｃａ及びＣｂは、胴部１０の主面に直交する方向の振動であり、その位相は互いに逆である。胴部１０の主面に直交する方向の振動を面垂直振動と称する。

胴部１０は、板状であるので、その主面に平行な方向の振動、即ち面内振動に対しては極めて高い剛性を有し、他方主面に直交する方向の振動、即ち面垂直振動に対しては相対的の低い剛性を示す。そこで、励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂに生じる振動のうちで、面内振動である駆動振動Ｈａ及びＨｂは、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂには殆ど伝搬せず、他方面垂直振動であるコリオリ振動Ｃａ及びＣｂは高い効率で振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに伝搬する。振動用検出脚１１２ａ及び１１２ｂに伝搬したコリオリ振動が、音叉型振動ジャイロにおける検出振動Ｄａ及びＤｂである。音叉型振動ジャイロでは、検出振動Ｄａ及びＤｂを検出用電極で電気信号に変換することにより、角速度ωが検出される。

音叉型振動ジャイロでは、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに現れる駆動振動成分がノイズであり、検出振動（Ｄａ，Ｄｂ）が信号である。そこで、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂにおける検出振動成分（Ｄａ，Ｄｂ）に対する駆動振動成分の比が信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）となるので、角速度ωを高い精度で検出するには、振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに漏れ、現れる駆動振動成分を低減する必要がある。振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに漏れる駆動振動成分は、信号成分[検出振動成分（Ｄａ，Ｄｂ）]に対するバイアスとなり、このバイアスが不安定であれば、角速度ωの検出精度は低下する。

特許文献１および特許文献２の音叉型振動ジャイロでは、石英ガラス製の支持部材（特許文献１における保持体）によって音叉型振動子をその重心で支持している。その重心は、胴部の中央にある。

特開２００１‐２５５１５２ 特開２００１‐２０８５４５ 特開平０６‐１２３６３３ 特開平１１‐１７３８５７

音叉型振動ジャイロでは、振動子をパッケージに搭載する振動子搭載構造の採用は不可避である。特許文献１及び２では、音叉型振動子の重心に円柱型の支持部材を接着剤等で固着し、振動子を支持する構造が示されている。特許文献１及び２の音叉型振動ジャイロで採用されている振動子搭載構造は、片持ち構造の一点支持形式なので、搭載構造全体の剛性が低く、変形等に対する外力の許容値が小さい。そこで、組立て工程のワイヤボンディング作業の際に及ぼされる外力等が、前記搭載構造の許容値を超えて作用すると、搭載構造は容易に変形または破壊されるので、組立て精度が低下するとともに、作業性が悪く生産性が阻害される。

また、特許文献１及び２の音叉型振動ジャイロで採用されている振動子搭載構造では、振動子は大きな自由度を持っているので、振動ジャイロとして有用な駆動モードと検出モードの他に、これらより低周波数の各種振動モードが現れることがあり、振動ジャイロの検出雑音の一因となっている。図１１乃至図１４は、コンピュータシミュレーションにより描いた図であり、駆動モードと検出モードの他に現れる低周波数の各種振動モードで振動する振動子の様子を示す。図１１乃至図１４の音叉型振動子１は、胴部１０、駆動脚１１および検出脚１２でなる。図１１乃至図１４の各種振動モードを抑制するには、振動子自体の形状設計に該振動モード抑止策を盛り込んでおかなければならない、という不便さがある。

特許文献３では、幅の広い開口部を形成し、弾性を持ったＣ字状支持フレームを備え、音叉型振動子底面の微小振動変位領域で左右外側の２点において、前記支持フレーム先端と前記振動子底面を突合せ溶接する形式の両持ち式支持構造が提案されている。特許文献３には、振動子全体の振動および外部振動の振動子への伝播を最小限に抑制することができ、組立ての容易な振動ジャイロである旨の説明がある。しかしながら、圧電結晶は溶接ができないので、圧電結晶で振動子を構成する振動ジャイロには、特許文献３の音叉型振動ジャイロの振動子搭載構造は適用できない。

そこで、本発明の目的は、外力付加に対して音叉型振動子搭載構造全体の剛性を充分に大きくでき、この剛性の大きさによりジャイロ組み立ての際に振動子が傾く等の作業性の悪さを抑制でき、あわせて無用な音叉型振動子振動モードが抑制され、接着剤にて振動子胴部に固着可能な振動子搭載構造の提供にある。

前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。

（１）駆動脚及び検出脚を胴部で連結してなる音叉型の振動子とパッケージと支持部材とを備え、
前記駆動脚は、互いに平行に配列された２本の励振用駆動脚および該両励振用駆動脚の間にこれら両励振用駆動脚に平行に配列された１本の非励振用駆動脚でなり、
前記検出脚は、互いに平行に配列された２本の振動用検出脚および該両振動用検出脚の間にこれら両振動用検出脚に平行に配列された１本の非振動用検出脚でなり、
前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚は軸線を互いに共通にし、
前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する音叉型振動ジャイロの音叉型振動子搭載構造において、
前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域を該微小振動変位領域内に設け、
前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚の前記軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１および第２の方向にそれぞれ細長い第１および第２の矩形を交叉させた十字形をなし、
前記第１の矩形は、前記第１の方向における前記胴部の両端面にまで少なくとも及び
前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及んでいる
ことを特徴とする振動子搭載構造。
（２）３本の脚を胴部で連結してなる３脚式音叉型振動子とパッケージと支持部材とを備え、
前記３本の脚は、１本の中央の脚と、該中央の脚を中心にして左右に等間隔に、互いに平行に配列された２本の脚とでなり、
前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する音叉型振動ジャイロの音叉型振動子搭載構造において、
前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域を該微小振動変位領域内に設け、
前記中央の脚の軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１の方向に細長い第１の矩形の端を該第２の方向に細長い第２の矩形の中央に当接したＴ字形をなし、
前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及び、
前記第１の矩形における前記脚側の端は、前記第１の方向における前記胴部の一端面にまで及び、
前記第１の矩形における前記脚とは反対側の端は、前記第２の矩形における該脚側の側面の中央に当接している
ことを特徴とする振動子搭載構造。
（３）駆動脚及び検出脚を胴部で連結してなる音叉型の振動子とパッケージと支持部材とを備え、
前記駆動脚は、互いに平行に配列された２本の励振用駆動脚および該両励振用駆動脚の間にこれら両励振用駆動脚に平行に配列された１本の非励振用駆動脚でなり、
前記検出脚は、互いに平行に配列された２本の振動用検出脚および該両振動用検出脚の間にこれら両振動用検出脚に平行に配列された１本の非振動用検出脚でなり、
前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚は軸線を互いに共通にし、
前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する振動子搭載構造を備える音叉型振動ジャイロにおいて、
前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域は該微小振動変位領域内に設け、
前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚の前記軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１および第２の方向にそれぞれ細長い第１および第２の矩形を交叉させた十字形をなし、
前記第１の矩形は、前記第１の方向における前記胴部の両端面にまで少なくとも及び
前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及んでいる
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
（４）３本の脚を胴部で連結してなる３脚式音叉型振動子とパッケージと支持部材とを備え、
前記３本の脚は、１本の中央の脚と、該中央の脚を中心にして左右に等間隔に、互いに平行に配列された２本の脚とでなり、
前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する振動子搭載構造を備える音叉型振動ジャイロにおいて、
前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域は該微小振動変位領域内に設け、
前記中央の脚の軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１の方向に細長い第１の矩形の端を該第２の方向に細長い第２の矩形の中央に当接したＴ字形をなし、
前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及び、
前記第１の矩形における前記脚側の端は、前記第１の方向における前記胴部の一端面にまで及び、
前記第１の矩形における前記脚とは反対側の端は、前記第２の矩形における該脚側の側面の中央に当接している
ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。

上記本発明によれば、支持部材固着領域が十字形又はＴ字形となる支持部材で振動子を支持することによる搭載構造全体の剛性増大により、ワイヤボンディング時等に発生し易い外力による振動子傾き変形を防止し、ひいては組み立て精度安定化と生産性の向上とを可能にする振動子搭載構造が提供できる。さらに、本発明によれば、ジャイロとして利用価値のない、すなわち無用な、各種振動モードを抑制できるから、音叉型振動子自体の設計への制約であった、前記の無用な振動モードを顧慮する必要がなくなり、従来よりも合理的な振動子設計が可能となる。また、本発明の振動子搭載構造は、支持部材と振動子底面との固着を接着剤による接着で可能にし、溶接による固着を要しないので、振動子が圧電結晶でなる音叉型振動ジャイロにも適用できる。

次に本発明の実施の形態を挙げ、図面を参照し、本発明を一層具体的に説明する。 図１乃至図１０において、１は音叉型振動子、１ａは音叉型振動子１における支持部材固着領域、２は直交梁形支持部材、３はパッケージ基板、１０は胴部、１１は駆動脚、１２は検出脚である。

図１は、支持部材で支持しない状態、すなわち何物によっても拘束されない状態、に振動子１を置いて、駆動モードで振動させたときにおける振動子１の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図である。図２は、図１と同じ状態における振動子１の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた平面図である。また、図３は、支持部材で支持しない状態、すなわち何物によっても拘束されない状態（図1と同じ状態）、に振動子１を置いて、検出モードで振動させたときにおける振動子１の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図である。図４は、図３と同じ状態における振動子１の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた平面図である。ただし、図２及び図４には、後に詳しく説明する支持部材固着領域１ａが付加して描いてある。図１乃至図４において、振動変位の大きさは色の濃さで表されており、濃い灰色領域１０ｘは胴部１０内において振動変位が大きい領域であり、明るい領域１０ｎは胴部１０内において振動変位が微小な領域である。

図１乃至図４において、音叉型振動子１における駆動脚１１は、図１５の駆動脚１１１における励振用駆動脚１１１ａ，１１１ｂに対応する励振用駆動脚１１ａ，１１ｂに加え、非励振用駆動脚１１ｃを備える。同様に、音叉型振動子１における検出脚１２は、図１５の検出脚１１２における振動用検出脚１１２ａ，１１２ｂに対応する振動用検出脚１２ａ，１２ｂに加え、非振動用検出脚１２ｃを備える。非励振用駆動脚１１ｃ及び非振動用検出脚１２ｃは、特許文献１及び２の音叉型振動ジャイロにも非励振用駆動側アーム及び非振動用検出側アームとして設けてあるものである。

振動ジャイロとして有用な振動モードは、前記駆動モード振動と前記検出モード振動だけである。これら二つの振動モードにおいて、振動ノードと看做せる位に振動変位が小さい底面１０ｂの部分領域１０ｎに支持部材２が固着支持されるときは、支持部材２による拘束が振動子１の振動に及ぼす影響は小さい。そこで、図１のパターンと図３のパターンとを重ねたパターンで見ることにより、図２および図４に示すように、底面１０ｂの部分領域１０ｎにおける十字形の微小変位領域が支持部材固着領域１ａとして設定可能となることが分かる。

図５（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態である振動子搭載構造を有する音叉型振動ジャイロを示す分解斜視図である。また図５（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態である振動子搭載構造を有する音叉型振動ジャイロを示す分解斜視図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）における振動子１は、図１乃至図４に示した振動子１であり、胴部１０、駆動脚１１および検出脚１２でなる。駆動脚１１は励振用駆動脚１１ａ，１１ｂ及び非励振用駆動脚１１ｃでなる。検出脚１２は振動用検出脚１１ａ，１１ｂ及び非振動用検出脚１２ｃでなる。厚さ０．４ｍｍの圧電材料（例えば水晶）製の板材から研磨などで切り出して製作できる。非励振用駆動脚１１ｃおよび非振動用検出脚１２ｃの軸を通る方向が振動子１の長手方向である。胴部１０は縦横４ｍｍ、駆動脚１１および検出脚１２の各脚はそれぞれ長さ６ｍｍ、幅０．４ｍｍである。駆動振動および検出振動の振動数は僅かに相違するが、約７ｋＨzである。駆動脚１１における駆動振動の振幅は１０乃至１００ｎｍであり、検出脚１２における検出振動の振幅は約１０ｎｍである。

これら第１及び第２の実施の形態において、支持部材２は、直交した梁状の部材であるから、以後の説明では直交梁形支持部材２とも称することとする。直交梁形支持部材２は、前記十字形の微小変位領域に沿った形状の支持部材固着領域１ａ（図２及び図４に示した振動子１の底面１０ｂ上の部分領域）で振動子１に固着されている。図５（Ａ）の音叉型振動ジャイロ（第１の実施の形態）では、支持部材固着領域１ａが非励振用駆動脚１１ｃと胴部１０と非振動用検出脚１２ｃとの各底面に及んでおり、図５（Ｂ）の音叉型振動ジャイロ（第２の実施の形態）では、支持部材固着領域１ａが胴部１０の底面１０ｂの中に限定されている。直交梁形支持部材２は厚さ１ｍｍである。直交梁形支持部材２における直交する縦および横の各梁の幅は０．１乃至０．３ｍｍである。

図５（Ａ）および（Ｂ）には、音叉型振動子１、直交梁形支持部材２およびパッケージ基板３が分解して示してある。音叉型振動子１、直交梁形支持部材２およびパッケージ基板３が組み合わされた状態では、支持部材２の上面は音叉型振動子１の胴部１０の底面１０ｂの支持部材固着領域１ａに接着剤で固着され、支持部材２の下面はパッケージ基板３の上面に接着剤で固着されている。符号１，２，３の部材が結合された構造では、直交梁形支持部材２が、パッケージ基板３の上面を支点として、音叉型振動子１の固着領域１aを支持しており、音叉型振動子１は直交梁形支持部材２を介してパッケージ基板３に搭載された状態にある。

図６は、駆動モードで振動するときの図５（Ａ）の実施の形態をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図であり、振動子１が直交梁形支持部材２の拘束を受けることなく駆動モードで振動することを示している。

図7は、検出モードで振動するときの図５（Ａ）の実施の形態をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図であり、振動子１が直交梁形支持部材２の拘束を受けることなく検出モードで振動することを示している。

図８は、本発明の第３の実施の形態である振動子搭載構造を有する３脚式音叉型振動ジャイロを示す分解斜視図である。この３脚式音叉型振動ジャイロは、３脚式音叉型振動子５、Ｔ字形支持部材６およびパッケージ基板３を備えてなる。３脚式音叉型振動子５は胴部２０および脚１３でなる。Ｔ字形支持部材６は、３脚式音叉型振動子５の胴部２０の底面（この底面を、後に説明するように、符号２０ｂで表すこととする）とパッケージ基板３の上面とに接着剤で固着される。

図９（Ａ）は、支持部材で支持しない状態、すなわち何物によっても拘束されない状態に図８の３脚式音叉型振動子５を置いて、駆動モードで振動させたときにおける３脚式音叉型振動子５の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた平面図である。図９（Ｂ）は、同図（Ａ）の状態における３脚式音叉型振動子５の形状をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図である。また、図１０（Ａ）は、支持部材で支持しない状態、すなわち何物によっても拘束されない状態（図９と同じ状態）、に図８の３脚式音叉型振動子５を置いて、検出モードで振動させたときにおける３脚式音叉型振動子５の形状および振動変位をコンピュータシミュレーションにより描いた平面図である。図１０（Ｂ）は、同図（Ａ）の状態における３脚式音叉型振動子５の形状をコンピュータシミュレーションにより描いた斜視図である。ただし、図９及び図１０では、３脚式音叉型振動子５は、図８とは上下を反転して、すなわち図８の状態を裏返して描いてある。そこで、図８における３脚式音叉型振動子５の胴部２０の底面を符号２０ｂで表せば、図９及び図１０では胴部２０の底面２０ｂは上側となる。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）には、支持部材固着領域５ａが、胴部２０の底面２０ｂに付加して描いてある。図９（Ａ）及び図１０（Ａ）において、振動変位の大きさは色の濃さで表されており、濃い灰色領域２０ｘは胴部２０内において振動変位が大きい領域であり、明るい領域２０ｎは胴部２０内において振動変位が微小な領域である。

振動ジャイロとして有用なモードは前記駆動モード振動と前記検出モード振動だけである。これら二つのモード振動において、振動ノードと看做せる位に振動変位が小さい底面２０ｂの部分領域２０ｎで振動子５が固着支持されるときは、振動子５の振動が支持部材６によって拘束されることはほとんどない。そこで、図９（Ａ）のパターンと図１０（Ａ）のパターンとを重ねたパターンを見れば、底面２０ｂの部分領域２０ｎの中でＴ字形の微小変位領域が支持部材固着領域５ａとして設定可能となることが分かる。そこで、図８の第３の実施の形態では、そのＴ字形の支持部材固着領域５ａに固着可能なＴ字形支持部材６で、３脚式音叉型振動子５を支持する構造を採用している。

前述のとおり、特許文献１及び２の音叉型振動ジャイロで採用されている振動子搭載構造では、振動子は大きな自由度を持っているので、振動ジャイロとして有用な駆動モードと検出モードの他に、図１１乃至図１４の各種振動モードが現れ、振動ジャイロの検出雑音の一因となる。図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図８に夫々示した本発明の第１、第２および第３の実施の形態の振動子搭載構造では、所定の駆動振動モードおよび検出振動モードにおいて変位が微小な領域１０ｎまたは２０ｎ内で直交梁形支持部材２またはＴ字形支持部材６を振動子に夫々固着させ、振動子を支持するので、支持部材は所定の駆動振動モードおよび検出振動モードでは振動子の振動を拘束することはほとんどない。しかしながら、所定の駆動振動モードおよび検出振動モードにおいて変位が微小な領域１０ｎまたは２０ｎは、図１１乃至図１４の各種振動モードでは微小変位領域ではない。そこで、本発明の第１、第２および第３の実施の形態の振動子搭載構造では、直交梁形支持部材２またはＴ字形支持部材６により振動子が拘束を受けるので、図１１乃至図１４の各種振動モードの振動は現れない。

また、直交梁形支持部材２およびＴ字形支持部材６は、厚みは１ｍｍ、梁部材の幅０．１〜０．３ｍｍであるが、十字形またはＴ字形の搭載構造は大きな剛性を示す。そこで、本発明の第１乃至第３の実施の形態では、ワイヤーボンダー等による組立作業、その他の作業時の外力付加による振動子搭載構造の変形や破損を防止することができる。

図５、図８の実施の形態では音叉型振動子１を構成する圧電結晶材料として水晶を用いた。水晶等の圧電単結晶は、溶接方法が確立されていない材料であるが、本実施の形態の製造における振動子の成形は、溶接を要する工程がないので、本実施の形態は容易に実現できる。

なお、以上には本発明の実施の形態を、図面を参照して、具体的に説明したが、本発明がこれらの実施の形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、図５（Ａ）に示した本発明の第１の実施の形態では、直交梁形支持部材２の厚みは１ｍｍ、幅は０．１〜０．３ｍｍとし、直交梁形支持部材２の厚みを幅より大きくした。しかしながら、直交梁形支持部材２の底面（本発明における第２の平面に対応）はパッケージ基板３（本発明におけるパッケージに対応）の上面に固着されるので、直交梁形支持部材２は厚み方向、即ちパッケージ基板３の上面に直交する方向に大きな曲げ応力を受けることはない。そこで、直交梁形支持部材２（本発明の支持部材に対応）において厚みが幅より大きいことは、必須の要件ではない。また、本発明の支持部材の第１及び第２の平面は振動子およびパッケージにそれぞれ固着されるが、それら第１及び第２の平面の全面が振動子およびパッケージに固着される必要は必ずしもない。例えば、第１及び第２の平面が十字型であるとき、支持部材が該十字型の中心および４箇所の端部でだけ振動子およびパッケージにそれぞれ固着された構造でも、本発明は実施できる。

支持部材で支持しない状態における振動子の駆動モード振動を説明する振動子の斜視図であり、振動変位の大きさを色の濃さで表している。 図１と同じ状態における振動子の駆動モード振動を説明する振動子の平面図であり、振動変位の大きさを色の濃さで表し、この変位パターンに適合した直交梁形支持部材の固着領域を符号１ａで示している。 支持部材で支持しない状態における振動子の検出モード振動を説明する振動子の斜視図であり、振動変位の大きさを色の濃さで表している。 図３と同じ状態における振動子の検出モード振動を説明する振動子の平面図であり、振動変位の大きさを色の濃さで表し、この変位パターンに適合した直交梁形支持部材の固着領域を符号１ａで示している。 本図（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１及び第２の実施の形態の振動子搭載構造を有する音叉型振動ジャイロをそれぞれ示す分解斜視図である。 図５（Ａ）の音叉型振動ジャイロが駆動モード振動をするときの形状を強調して現した斜視図である。 図５（Ａ）の音叉型振動ジャイロが検出モード振動をするときの形状を強調して現した斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の振動子搭載構造を有する３脚式音叉型振動ジャイロを示す分解斜視図である。 図８の３脚振動子５が支持部材で支持されないときの振動子の駆動モード振動を説明する図であり、図（Ａ）は振動変位の大きさを色の濃さで表す振動子の平面図であり、この変位パターンに適合した直交梁形支持部材の固着領域を符号５ａで示し、図（Ｂ）は図（Ａ）の状態の振動子の斜視図である。 図８の３脚振動子５が支持部材で支持されないときの振動子の検出モード振動を説明する図であり、図（Ａ）は振動変位の大きさを色の濃さで表す振動子の平面図であり、この変位パターンに適合した直交梁形支持部材の固着領域を符号５ａで示し、図（Ｂ）は図（Ａ）の状態の振動子の斜視図である。 特許文献１及び２の振動子搭載構造等において、駆動振動と検出振動とは別に存在する可能性のある、これらよりも低い周波数の振動モードの１つを示す説明図である。 特許文献１及び２の振動子搭載構造等において、駆動振動と検出振動とは別に存在する可能性のある、これらよりも低い周波数の振動モードの他の１つを示す説明図である。 特許文献１及び２の振動子搭載構造等において、駆動振動と検出振動とは別に存在する可能性のある、これらよりも低い周波数の振動モードの別の１つを示す説明図である。 特許文献１及び２の振動子搭載構造等において、駆動振動と検出振動とは別に存在する可能性のある、これらよりも低い周波数の振動モードの更に別の１つを示す説明図である。 駆動脚と検出脚とを胴部で結合した構造の音叉型振動子の作動原理を説明する図である。

符号の説明

１，５ 音叉型振動子
１ａ，５ａ 音叉型振動子１における支持部材固着領域
２，６ 支持部材
３ パッケージ基板
１０，２０ 胴部
１０ｂ，２０ｂ 胴部底面
１０ｎ，２０ｎ 胴部の振動の変位が微小な領域
１０ｘ，２０ｘ 胴部の振動の変位が大きい領域
１１ 駆動脚
１１ａ，１１ｂ，１１１ａ，１１１ｂ 励振用駆動脚
１１ｃ 非励振用駆動脚
１２ 検出脚
１２ａ，１２ｂ，１１２ａ，１１２ｂ 振動用検出脚
１２ｃ 非振動用検出脚
１３ ３脚式音叉型振動子５の脚

Claims (4)

1. 駆動脚及び検出脚を胴部で連結してなる音叉型の振動子とパッケージと支持部材とを備え、
   前記駆動脚は、互いに平行に配列された２本の励振用駆動脚および該両励振用駆動脚の間にこれら両励振用駆動脚に平行に配列された１本の非励振用駆動脚でなり、
   前記検出脚は、互いに平行に配列された２本の振動用検出脚および該両振動用検出脚の間にこれら両振動用検出脚に平行に配列された１本の非振動用検出脚でなり、
   前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚は軸線を互いに共通にし、
   前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する音叉型振動ジャイロの音叉型振動子搭載構造において、
   前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域を該微小振動変位領域内に設け、
   前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚の前記軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１および第２の方向にそれぞれ細長い第１および第２の矩形を交叉させた十字形をなし、
   前記第１の矩形は、前記第１の方向における前記胴部の両端面にまで少なくとも及び
   前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及んでいる
   ことを特徴とする振動子搭載構造。
2. ３本の脚を胴部で連結してなる３脚式音叉型振動子とパッケージと支持部材とを備え、
   前記３本の脚は、１本の中央の脚と、該中央の脚を中心にして左右に等間隔に、互いに平行に配列された２本の脚とでなり、
   前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する音叉型振動ジャイロの音叉型振動子搭載構造において、
   前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域を該微小振動変位領域内に設け、
   前記中央の脚の軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１の方向に細長い第１の矩形の端を該第２の方向に細長い第２の矩形の中央に当接したＴ字形をなし、
   前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及び、
   前記第１の矩形における前記脚側の端は、前記第１の方向における前記胴部の一端面にまで及び、
   前記第１の矩形における前記脚とは反対側の端は、前記第２の矩形における該脚側の側面の中央に当接している
   ことを特徴とする振動子搭載構造。
3. 駆動脚及び検出脚を胴部で連結してなる音叉型の振動子とパッケージと支持部材とを備え、
   前記駆動脚は、互いに平行に配列された２本の励振用駆動脚および該両励振用駆動脚の間にこれら両励振用駆動脚に平行に配列された１本の非励振用駆動脚でなり、
   前記検出脚は、互いに平行に配列された２本の振動用検出脚および該両振動用検出脚の間にこれら両振動用検出脚に平行に配列された１本の非振動用検出脚でなり、
   前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚は軸線を互いに共通にし、
   前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する振動子搭載構造を備える音叉型振動ジャイロにおいて、
   前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域は該微小振動変位領域内に設け、
   前記非励振用駆動脚および前記非振動用検出脚の前記軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１および第２の方向にそれぞれ細長い第１および第２の矩形を交叉させた十字形をなし、
   前記第１の矩形は、前記第１の方向における前記胴部の両端面にまで少なくとも及び
   前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及んでいる
   ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
4. ３本の脚を胴部で連結してなる３脚式音叉型振動子とパッケージと支持部材とを備え、
   前記３本の脚は、１本の中央の脚と、該中央の脚を中心にして左右に等間隔に、互いに平行に配列された２本の脚とでなり、
   前記支持部材は互いに平行な第１及び第２の平面を有し、該第１の平面を前記胴部の底面における支持部材固着領域に接着により固着し、該第２の平面を前記パッケージに固着し、該支持部材でもって該パッケージに対し該振動子を支持することにより、該振動子を該パッケージに搭載する振動子搭載構造を備える音叉型振動ジャイロにおいて、
   前記振動子が駆動モード又は検出モードにあるときに前記底面における振動変位が振動ノードに相当する程に微小である領域を微小振動変位領域とするとき、前記支持部材固着領域は該微小振動変位領域内に設け、
   前記中央の脚の軸線の方向を第１の方向とし、該第１の方向に直交する方向を第２の方向とするとき、前記支持部材固着領域は、該第１の方向に細長い第１の矩形の端を該第２の方向に細長い第２の矩形の中央に当接したＴ字形をなし、
   前記第２の矩形は、前記第２の方向における前記胴部の両側面にまで及び、
   前記第１の矩形における前記脚側の端は、前記第１の方向における前記胴部の一端面にまで及び、
   前記第１の矩形における前記脚とは反対側の端は、前記第２の矩形における該脚側の側面の中央に当接している
   ことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。