JP4067044B2

JP4067044B2 - 振動子および振動型ジャイロスコープ

Info

Publication number: JP4067044B2
Application number: JP2002261324A
Authority: JP
Inventors: 尊行菊池
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: JP2004101278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子および振動型ジャイロスコープに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、振動型ジャイロスコープを自動車に搭載し、自動車の車体の方向の制御に使用することが検討されている。例えば自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに振動型ジャイロスコープを使用するときには、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】
車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００４】
本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特開２００１−１２９５２号公報に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００６】
特に振動子を小型化した場合には、ゼロ点温度ドリフトが大きくなり、また振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなる傾向があり、対策が必要であった。
【０００７】
本発明の課題は、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減するのと共に、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキを低減することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、基部、基部に連結されている一方の支持部、一方の支持部から延びている一方の駆動振動片、基部に連結されている他方の支持部、他方の支持部から延びている他方の駆動振動片、および基部に連結されている検出振動片を備えており、所定平面に沿って形成されている振動子であって、
駆動振動モードにおいて前記駆動振動片が面内屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記検出振動片が面内屈曲振動し、振動子が面外屈曲振動モードで振動し、この面外屈曲振動モードにおいて一方の支持部と他方の支持部とが所定平面に対して略垂直方向に向かって逆相で屈曲振動し、基部、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片にそれぞれノードを有しており、前記一方の支持部に前記一方の駆動振動片が複数設けられており、前記他方の支持部に前記他方の駆動振動片が複数設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれ拡張部が設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片の厚さが、前記基部の厚さよりも小さいことを特徴とする。
第二の発明は、基部、この基部に連結されている一方の支持部、前記一方の支持部から延びている一方の駆動振動片、前記基部に連結されている他方の支持部、前記他方の支持部から延びている他方の駆動振動片、および前記基部に連結されている複数の検出振動片を備えており、所定平面に沿って形成されている振動子であって、
駆動振動モードにおいて前記駆動振動片が面内屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記検出振動片が面内屈曲振動し、前記振動子が面外屈曲振動モードで振動し、この面外屈曲振動モードにおいて前記一方の支持部と前記他方の支持部とが前記所定平面に対して略垂直方向に向かって逆相で屈曲振動し、前記基部、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれノードを有しており、前記一方の支持部に前記一方の駆動振動片が複数設けられており、前記他方の支持部に前記他方の駆動振動片が複数設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれ拡張部が設けられており、前記一方の支持部の厚さおよび前記他方の支持部の厚さが前記基部の厚さよりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープに係るものである。
【００１０】
本発明者は、振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキや増大の原因について検討した結果、上述の面外屈曲振動モードの存在を発見した。そして、この面外屈曲振動モードが他の振動モードと結合することによって、温度ドリフトをもたらしていることを発見した。
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、更に説明する。図１に示す振動子１Ａは、本出願人が提案した振動子である（特開平１１−２８１３７２号公報）。振動子１Ａの形状および動作の詳細な説明は、特開平１１−２８１３７２号公報に詳細に記載されているので省略し、ここでは要旨を述べる。
【００１２】
振動子１Ａは、基部６、基部６から突出する一方の支持部５Ａ、一方の支持部５Ａから延びている一方の駆動振動片３Ａ、３Ｂ、基部６から突出する他方の支持部５Ｂ、他方の支持部５Ｂから延びている他方の駆動振動片３Ｃ、３Ｄ、および基部６から延びている検出振動片２Ａ、２Ｂを備えており、所定平面（Ｘ−Ｙ面）に沿って形成されている。駆動振動モードにおいては、各駆動振動片３Ａ〜３Ｄが、それぞれ支持部への付け根を中心としてＸ−Ｙ面内で屈曲振動する（矢印Ｃ）。この状態で振動子をＺ軸の周りに回転させると、各支持部５Ａ、５Ｂが、基部６への付け根を中心として面内で屈曲振動する（矢印Ｄ）。これに応じて、各検出振動片２Ａ、２Ｂが、基部６への付け根を中心として矢印Ｅのように面内で屈曲振動する。この矢印Ｅのような面内屈曲振動を、検出振動片２Ａ、２Ｂに設けられた検出手段によって検出し、回転角速度に対応する信号を得る。
【００１３】
ここで、本発明者は、図１〜図３に示すような形態の面外屈曲振動モードを発見した。ただし、図１には、振動子１Ａの平面図およびそのＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面の概略形態を示し、図２には、振動子１ＡをＹ軸方向から見たときの正面図を示し、図３には、面外屈曲振動モードのある時点における振動子１Ａの形態を示す。
【００１４】
このモードでは、一方の支持部５Ａと他方の支持部５Ｂとが、所定平面（Ｘ−Ｙ面）に対して略垂直方向（Ｚ軸方向）に向かって屈曲振動する（矢印Ａ、Ｂ参照）。そして、いずれの瞬間においても、Ｘ−Ｙ面に対する支持部５Ａの変位と支持部５Ｂの変位とは逆になっている。つまり、矢印Ａのような支持部５Ａの面外屈曲振動と、矢印Ｂのような支持部５Ｂの面外屈曲振動とは、互いに逆相である。そして、この面外屈曲振動モードは、基部に振動のノード（節）１０Ａを有しており、一方の駆動振動片３Ａ、３Ｂにノード１０Ｂを有しており、他方の駆動振動片３Ｃ、３Ｄ上にノード１０Ｃを有している。
【００１５】
つまり、このモードにおいては、振動子１Ａの全体が、Ｘ−Ｙ面からＺ軸方向へと向かって、波うつように振動する。
【００１６】
そして、本発明者は、振動子がこのような面外屈曲振動モードを示す場合には、この面外屈曲振動モードの固有共振周波数や振幅を調節することによって、温度ドリフトを最小限に低減可能なことを見出し、本発明に到達した。つまり、このような面外屈曲振動モードの発見、検出によって、温度ドリフトに対して効果的な対策をとることが可能になったという意義を有する。
【００１７】
前述のような面外屈曲振動モードは、振動子がＸ−Ｙ面に対して幾何学的に見て完全に面対称に成形されていれば、発現しないものと考えられる。しかし，現実の振動子の成形プロセスにおいては、図上での設計とは異なる不確定要因によって、振動子の形態がＸ−Ｙ面に対して対称とならず、このために面外屈曲振動モードが発現する。
【００１８】
典型的には以下の原因が考えられる。振動片の外形輪郭を形成するためには、例えば圧電性単結晶からなるウエハーをエッチング処理する。エッチング処理の段階では、ウエハーの表面側と裏面側との双方に例えばホトレジストを塗布し、その上にホトマスクを設置し、表面側ホトマスクと裏面側ホトマスクとのアライメントを行う。そして、ホトレジストを露光して硬化させ、ホトマスクを除去し、ホトレジストのパターニングを行う。そしてウエハーをエッチングし、ホトレジストのパターンに対応した輪郭をウエハーに形成する。
【００１９】
ここで、ウエハーの表面側と裏面側との双方にホトマスクを設置し、アライメントする際に、両方のマスクに若干の位置ずれが発生することがある。この場合には、図４に示すように、駆動振動片３の横断面輪郭が平行四辺形となる（破線参照）。３ａは駆動振動片の表面、裏面であり、３ｂは側面である。この状態で駆動振動片３を矢印Ｃ方向に駆動すると、Ｚ方向の不要な振動成分が発生する。
【００２０】
このように駆動振動片や検出振動片の横断面輪郭が長方形にならず、歪む結果として、前述したような面外屈曲振動モードを発生させたものと考えられる。
【００２１】
そして、駆動振動片を駆動したときのＺ方向の不要な振動成分が、面外屈曲振動モードと結合し、温度ドリフトを発生させたものと思われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、更に好適な実施形態について述べる。
「振動子が所定平面に沿って形成されている」とは、幾何学的に厳密な意味ではなく、製造上の誤差は許容される。好適な実施形態においては、振動子の全体が平板状である。支持部や検出振動片が基部に連結されているとは、支持部や検出振動片が基部から直接突出している場合と、支持部や検出振動片が基部に対して他の連結片を介して連結されている場合とを含む。好ましくは、支持部が基部から直接突出しており、あるいは、検出振動片が基部から直接突出している。
【００２３】
本発明においては、一方の支持部に一方の駆動振動片が複数設けられており、他方の支持部に他方の駆動振動片が複数設けられている。図１に示すように各支持部に対して一対の駆動振動片を設けることができるが、３つ以上の駆動振動片を設けても良い。
【００２４】
好適な実施形態においては、検出振動片が複数設けられている。この場合には、各検出振動片からの出力信号を、数学的に処理（例えば加算あるいは減算）することによって、一層正確な測定値が得られる。
【００２５】
本発明においては、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片にそれぞれ拡張部が設けられている。
【００２６】
好適な実施形態においては、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片に励振される駆動振動モードの固有共振周波数ｆｄ（Ｈｚ）と、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓ（Ｈｚ）とが、以下の関係を満足する。
ｆｓ＋４５００≧ｆｄ≧ｆｓ＋１５００
（あるいは、−１５００≧ｆｓ−ｆｄ≧−４５００）
【００２７】
前述したように、駆動振動片の面外振動（Ｚ軸方向の振動）と、前記面外屈曲振動モードとが結合して温度ドリフトを生じさせた場合には、駆動振動モードの固有共振周波数ｆｄを面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓよりもある程度以上大きくすることが有効であることを発見した。通常の設計では、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓがｆｄよりも高く（ｆｄ＜ｆｓ）なるために、温度ドリフトが上昇する傾向があった。
【００２８】
これに対して、例えば図５に示すように、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓを十分に低くすることによって、温度ドリフトの著しい低減が可能であった。
【００２９】
ここで、ｆｄとｆｓとの差は１５００Ｈｚ以上であることが好ましく、２５００Ｈｚ以上であることが更に好ましい。ただし、ｆｄとｆｓとの差が大きくなり過ぎると、かえって温度ドリフトが再上昇する傾向が見られた。このため、ｆｄとｆｓとの差は、４５００Ｈｚ以下とすることが好ましく、３５００Ｈｚ以下とすることが更に好ましい。
【００３０】
好適な実施形態においては、振動子が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ_３）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。
【００３１】
特に好ましくは、振動子が、所定平面内に３回回転対称のａ軸を有し、かつ所定平面に垂直な方向にｃ軸を有する圧電性単結晶からなる。これは特に好ましくは水晶である。
【００３２】
好適な実施形態においては、一方の側面が
【数３】

面であり、他方の側面が
【数４】

面である。
【００３３】
本発明の振動子からの出力に基づいたゼロ点温度ドリフトは、振動子がどのような形成方法によって形成されていたとしても、前述したような振動片の横断面形状の影響を受ける。従って、本発明の振動片および振動子の形成方法は特に限定されず、ウエットエッチング法、ドライエッチング法の他、レーザー光線を使用した成形法でもよい。
【００３４】
ただし、実際の量産という観点からは、ウエットエッチング法が最も好ましい。この場合、エッチャントは限定されないが、以下のものが好ましい。エッチャントは、ふっ酸を含有していることが好ましく、ふっ酸水溶液か、あるいはふっ酸とフッ化アンモニウムとを任意の割合で混合した水溶液が好ましい。エッチャントの濃度は、４０重量％以下が好ましく、エッチャントの温度は、４０〜８０℃が好ましい。
【００３５】
本発明の振動型ジャイロスコープは、前述の振動子を備えている。この振動型ジャイロスコープは、更に駆動手段、検出手段を備えている。駆動手段、検出手段は、一般には振動子上に形成される電極の形態をしている。
【００３６】
第一の発明においては、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片の厚さが、基部の厚さよりも小さい。これによって、前述した面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓを低下させ、温度ドリフトを低減することが可能である。
【００３７】
図６は、この実施形態に係る振動子１Ｂおよび振動型ジャイロスコープ２３を示す斜視図である。振動子１Ｂの各構成部分のうち、図１〜図３に示した構成部分には同じ符号をつけ、その説明を省略する。
【００３８】
振動子１Ｂにおいては、一方の駆動振動片１３Ａ、１３Ｂ、他方の駆動振動片１３Ｃ、１３Ｄの厚さが、基部６の厚さに比べて薄くなっている。本例では、各拡張部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの厚さも、駆動振動片の厚さと同様に、基部６の厚さよりも小さくなっている。支持部５Ａ、５Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。このように駆動振動片の厚さを小さくすると、前述した面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓが若干低下する。２７は駆動電極であり、２８は検出電極である。
【００３９】
ｆｓを低下させるという観点からは、（駆動振動片の厚さ／基部の厚さ）は、０．９以下とすることが好ましく、０．８以下とすることが一層好ましい。しかし、駆動振動片の機械的強度の観点からは、（駆動振動片の厚さ／基部の厚さ）は、０．４以上とすることが好ましい。
【００４０】
第二の発明においては、一方の支持部の厚さおよび他方の支持部の厚さが基部の厚さよりも小さい。これによって、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓを低下させ、温度ドリフトを低減することが可能である。
【００４１】
図７は、この実施形態に係る振動子１Ｃを示す斜視図である。振動子１Ｃにおいては、一方の支持部１５Ａ、他方の支持部１５Ｂの厚さが、基部６の厚さに比べて薄くなっている。本例では、各駆動振動片３Ａ〜３Ｄ、各拡張部４Ａ〜４Ｄ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。このように各支持部の厚さを小さくすると、前述した面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓが低下する。
【００４２】
ｆｓを低下させるという観点からは、（支持部の厚さ／基部の厚さ）は、０．９以下とすることが好ましく、０．８以下とすることが一層好ましい。支持部の機械的強度の観点からは、（支持部の厚さ／基部の厚さ）は、０．４以上とすることが好ましい。
【００４３】
また、好適な実施形態においては、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片の厚さを、拡張部の厚さよりも小さくする。これによって、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓを低下させ、温度ドリフトを低減することが可能である。
【００４４】
図８は、この実施形態に係る振動子１Ｄを示す斜視図である。振動子１Ｄにおいては、一方の駆動振動片１３Ａ、１３Ｂ、他方の駆動振動片１３Ｃ、１３Ｄの厚さが、基部６の厚さおよび各拡張部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの厚さに比べて小さくなっている。本例では、各拡張部４Ａ〜４Ｄ、支持部５Ａ、５Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。このように各駆動振動片の厚さを小さくし、拡張部４Ａ〜４Ｄの厚さを大きくすると、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓが低下する。
【００４５】
ｆｓを低下させるという観点からは、（駆動振動片の厚さ／拡張部の厚さ）は、０．９以下とすることが好ましく、０．８以下とすることが一層好ましい。しかし、駆動振動片の機械的強度の観点からは、（駆動振動片の厚さ／拡張部の厚さ）は、０．４以上とすることが好ましい。
【００４６】
好適な実施形態においては、検出振動片が、所定平面に対して略平行な一対の主面を有しており、主面から振動子の厚さ方向に向かって凹部が設けられている。これによって、検出振動片が湾曲変形しにくくなり、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓが低くなり、またその振幅が小さくなる。この結果温度ドリフトが低下する。
【００４７】
図９は、この実施形態に係る振動子１Ｅを示す斜視図である。振動子１Ｅにおいては、一方の駆動振動片１３Ａ、１３Ｂ、他方の駆動振動片１３Ｃ、１３Ｄの厚さが、基部６の厚さに比べて小さくなっている。また、各拡張部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの厚さが、基部６の厚さに比べて小さい。本例では、支持部５Ａ、５Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。そして、検出振動片２Ａ、２Ｂが、Ｘ−Ｙ面に対して略平行な一対の主面２ａを有しており、主面２ａから振動子の厚さ方向に向かって凹部３０Ａ、３０Ｂが設けられている。
【００４８】
ｆｓを低下させるという観点からは、（凹部３０Ａ、３０Ｂの深さ／検出振動片２Ａ、２Ｂの厚さ）は、０．０５以上とすることが好ましく、０．１以上とすることが一層好ましい。
【００４９】
図１０の振動子１Ｆにおいては、一方の駆動振動片１３Ａ、１３Ｂ、他方の駆動振動片１３Ｃ、１３Ｄ、一方の支持部１５Ａ、他方の支持部１５Ｂの厚さが、基部６の厚さよりも小さい。各拡張部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、７Ａ、７Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。
【００５０】
好適な実施形態においては、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片が、所定平面に対して略平行な一対の主面を有しており、主面から振動子の厚さ方向に向かって凹部が設けられている。図１１は、この実施形態に係る振動子１Ｇを示す斜視図である。振動子１Ｇにおいては、一方の支持部１５Ａ、他方の支持部１５Ｂの厚さが、基部６の厚さに比べて小さくなっている。また、各駆動振動片３Ａ〜３Ｄ、拡張部４Ａ〜４Ｄ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。そして、駆動振動片３Ａ〜３Ｄは、Ｘ−Ｙ面に対して略平行な一対の主面３ａを有しており、主面３ａから振動子の厚さ方向に向かって凹部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが設けられている。各検出振動片２Ａ、２Ｂの主面２ａには凹部３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００５１】
ｆｓを低下させるという観点からは、（凹部２０〜２０Ｄの深さ／駆動振動片３Ａ〜３Ｄの厚さ）は、０．０５以上とすることが好ましく、０．１以上とすることが一層好ましい。
【００５２】
図１２の振動子１Ｈにおいては、支持部１５Ａ、１５Ｂ、駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄ、拡張部１４Ａ〜１４Ｄの厚さが、基部６の厚さよりも小さい。そして、検出振動片２Ａ、２Ｂ、検出振動片側の拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。また、各検出振動片２Ａ、２Ｂの主面２ａには凹部３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００５３】
図１３の振動子１Ｊにおいては、各支持部１５Ａ、１５Ｂの厚さは基部６の厚さよりも小さい。そして、各駆動振動片３Ａ〜３Ｄ、各拡張部４Ａ〜４Ｄおよび７Ａ、７Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。各駆動振動片３Ａ〜３Ｄには、主面３ａから凹んだ凹部２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
【００５４】
図１４の振動子１Ｋにおいては、支持部１５Ａ、１５Ｂの厚さは基部６の厚さよりも小さい。駆動振動片３Ａ〜３Ｄ、拡張部４Ａ〜４Ｄ、７Ａ、７Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。各検出振動片２Ａ、２Ｂには、主面２ａから凹んだ凹部２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
【００５５】
図１５の振動子１Ｌにおいては、駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄの厚さは、基部６の厚さよりも小さい。支持部５Ａ、５Ｂ、拡張部４Ａ〜４Ｄ、７Ａ、７Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂの厚さは、基部６の厚さとほぼ同じである。各検出振動片２Ａ、２Ｂには凹部３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００５６】
なお、上記の各振動子においては、駆動電極等の駆動手段や検出電極等の検出手段は図示省略しているが、むろん例えば図６に示すように駆動手段、検出手段を設けることで振動型ジャイロスコープを提供できる。
【００５７】
【実施例】
（例１）
図６に示す振動子１Ｂを製造した。具体的には、所定の厚さの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ１０００オングストロームの金膜とを順番に形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングし、ホトマスクを設置し、露光した。
【００５８】
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子１Ｂの外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜２７、２８として形成した。
【００５９】
得られた振動子１Ｂの基部６の寸法は１．０ｍｍ×１．０ｍｍである。各駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄの長さは２．１ｍｍである。各検出振動片２Ａ、２Ｂの長さは１．７ｍｍである。基部６、支持部５Ａ、５Ｂ、検出振動片２Ａ、２Ｂ、拡張部７Ａ、７Ｂの厚さは０．１ｍｍである。駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄ、拡張部１４Ａ〜１４Ｄの厚さは０．０８ｍｍである。
【００６０】
振動子１Ｂの基部６の中央に０．１５ｍｍ×０．１５ｍｍの正方形の支持孔を形成し、この支持孔にシリコーン樹脂接着剤を注入して接着する。得られた各振動型ジャイロスコープについて、検出信号の測定値の−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の温度変動を測定する。
【００６１】
１０個の振動子を上記のようにして作製し、−４０℃より＋８５℃の温度域におけるゼロ点信号の最大値と最小値との差をゼロ点温度ドリフトとした。そして、ゼロ点温度ドリフトの平均値（ｎ＝１０）を算出し、表１に示した。また、ｆｓおよびｆｄを測定し、表１に示した。
【００６２】
【表１】

【００６３】
実施例１の振動子１Ｂにおいては、ｆｄ＝ｆｓ＋１７８２である。このように設計することで、温度ドリフト量を４．０に低減することができた。
【００６４】
（例２）
例１と同様にして、図７に示す振動子１Ｃを製造した。ただし、支持部１５Ａ、１５Ｂの厚さは０．０８ｍｍとした。この測定結果を表１に示す。
【００６５】
（例３）
例１と同様にして、図８に示す振動子１Ｄを製造した。ただし、駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄの厚さは０．０８ｍｍとした。この測定結果を表１に示す。
【００６６】
（例４）
例１と同様にして、図９に示す振動子１Ｅを製造した。ただし、駆動振動片１３Ａ〜１３Ｄの厚さ、拡張部１４Ａ〜１４Ｄの厚さは０．０８ｍｍとした。凹部３０Ａ、３０Ｂの深さは０．０１ｍｍとした。この測定結果を表１に示す。
【００６７】
（例５）
例１と同様にして、図１６に示す形状の振動子２５Ａを作製した。この測定結果を表１に示す。
【００６８】
（例６）
例１と同様にして、図１７に示す形状の振動子２５Ｂを作製した。この測定結果を表１に示す。
【００６９】
（例７）
例１と同様にして、図１８に示す形状の振動子２５Ｃを作製した。この測定結果を表１に示す。
【００７０】
（例８）
例１と同様にして、図１９に示す形状の振動子２５Ｄを作製した。この測定結果を表１に示す。
【００７１】
これらの結果から分かるように、面外屈曲振動モードの存在、および面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓと駆動振動モードの固有共振周波数ｆｄとの関係が、温度ドリフト量に対して顕著な影響を与えている。従って、面外屈曲振動モードの固有共振周波数ｆｓが適切な範囲となるように振動子を設計することによって、温度ドリフトを低減可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、振動子のゼロ点温度ドリフトを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動子１Ａの面外屈曲振動モードを説明するための平面図である。
【図２】支持部１Ａの面外屈曲振動モードを説明するためのＹ軸側から見た図である。
【図３】振動子１Ａの面外屈曲振動モードの形状を示す斜視図である。
【図４】駆動振動片におけるＺ軸方向の振動成分の発生プロセスを説明するための模式図である。
【図５】周波数差（ｆｓ−ｆｄ）と温度ドリフトとの関係を示すグラフである。
【図６】振動子１Ｂの斜視図である。
【図７】振動子１Ｃの斜視図である。
【図８】振動子１Ｄの斜視図である。
【図９】振動子１Ｅの斜視図である。
【図１０】振動子１Ｆの斜視図である。
【図１１】振動子１Ｇの斜視図である。
【図１２】振動子１Ｈの斜視図である。
【図１３】振動子１Ｊの斜視図である。
【図１４】振動子１Ｋの斜視図である。
【図１５】振動子１Ｌの斜視図である。
【図１６】振動子２５Ａの斜視図である。
【図１７】振動子２５Ｂの斜視図である。
【図１８】振動子２５Ｃの斜視図である。
【図１９】振動子２５Ｄの斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ振動子２Ａ、２Ｂ検出振動片２ａ検出振動片の主面３Ａ、３Ｂ一方の駆動振動片
３Ｃ、３Ｄ他方の駆動振動片３ａ駆動振動片の主面
３ｂ側面４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ駆動振動片側の拡張部５Ａ一方の支持部５Ｂ他方の支持部６基部７Ａ、７Ｂ検出振動片側の拡張部１０Ａ基部６上の振動ノード１０Ｂ一方の駆動振動片上の振動ノード１０Ｃ他方の駆動振動片上の振動ノード１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ基部に比べて厚さの小さい駆動振動片１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ基部に比べて厚さの小さい拡張部１５Ａ基部に比べて厚さの小さい一方の支持部
１５Ｂ基部に比べて厚さの小さい他方の支持部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ駆動振動片の主面からへこんだ凹部３０Ａ、３０Ｂ検出振動片の主面からへこんだ凹部Ａ、Ｂ面外屈曲振動モード

Claims

基部、この基部に連結されている一方の支持部、前記一方の支持部から延びている一方の駆動振動片、前記基部に連結されている他方の支持部、前記他方の支持部から延びている他方の駆動振動片、および前記基部に連結されている複数の検出振動片を備えており、所定平面に沿って形成されている振動子であって、
駆動振動モードにおいて前記駆動振動片が面内屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記検出振動片が面内屈曲振動し、前記振動子が面外屈曲振動モードで振動し、この面外屈曲振動モードにおいて前記一方の支持部と前記他方の支持部とが前記所定平面に対して略垂直方向に向かって逆相で屈曲振動し、前記基部、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれノードを有しており、前記一方の支持部に前記一方の駆動振動片が複数設けられており、前記他方の支持部に前記他方の駆動振動片が複数設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれ拡張部が設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片の厚さが、前記基部の厚さよりも小さいことを特徴とする、振動子。
基部、この基部に連結されている一方の支持部、前記一方の支持部から延びている一方の駆動振動片、前記基部に連結されている他方の支持部、前記他方の支持部から延びている他方の駆動振動片、および前記基部に連結されている複数の検出振動片を備えており、所定平面に沿って形成されている振動子であって、
駆動振動モードにおいて前記駆動振動片が面内屈曲振動し、検出振動モードにおいて前記検出振動片が面内屈曲振動し、前記振動子が面外屈曲振動モードで振動し、この面外屈曲振動モードにおいて前記一方の支持部と前記他方の支持部とが前記所定平面に対して略垂直方向に向かって逆相で屈曲振動し、前記基部、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれノードを有しており、前記一方の支持部に前記一方の駆動振動片が複数設けられており、前記他方の支持部に前記他方の駆動振動片が複数設けられており、前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片にそれぞれ拡張部が設けられており、前記一方の支持部の厚さおよび前記他方の支持部の厚さが前記基部の厚さよりも小さいことを特徴とする、振動子。
前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片の厚さが、前記拡張部の厚さよりも小さいことを特徴とする、請求項１または２記載の振動子。
前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片が、前記所定平面に対して略平行な一対の主面を有しており、前記主面から前記振動子の厚さ方向に向かって凹部が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
エッチングによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
前記一方の駆動振動片および前記他方の駆動振動片が、前記所定平面に対して略平行な一対の主面、および前記所定平面に対して略垂直な一対の側面を有しており、前記一対の側面のうち、一方の前記側面が

面であり、他方の前記側面が

面であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の振動子。
請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の振動子を備えていることを特徴とする、振動型ジャイロスコープ。
検出回転軸が前記所定平面に略垂直であることを特徴とする、請求項８記載の振動型ジャイロスコープ。