| 【発明の名称】 |
角速度センサの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】福田 徹
【氏名】浅野 勝吾
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、角速度の検出精度を高めるとともに小型を図る。
【解決手段】分極方向が一定の方向に設定された板状のユニモルフ圧電素子71から複数の板状圧電素子73を切り出した後、この板状圧電素子73から個片の圧電素子74を切り出す圧電素子切り出し工程と、治具75上に個片の板状圧電素子74を載置した状態で、各個片の圧電素子74に切り出し加工を施すことによって３脚音叉振動子21を一括して形成する振動子切り出し工程と、各柱23〜25の各面および基部36にメッキまたは蒸着により電極を形成する電極形成工程と、各柱23〜25の頂点を面取り加工するとともに基部36の引出し電極を分割することにより、各柱23〜25に形成された電極を基部36に導出する電極独立工程とを含んでなる角速度センサの製造方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ユニモルフ圧電素子からなる３本の三角形状の柱を２対の音叉振動子を構成するようにそれぞれ対向して配設してなる角速度検出用の３脚音叉振動子を備えた角速度センサの製造方法であって、分極方向が一定の方向に設定された板状のユニモルフ圧電素子から複数の板状圧電素子を切り出した後、この板状圧電素子から個片の圧電素子を切り出す圧電素子切り出し工程と、治具上に前記個片の圧電素子を載置した状態で、前記各個片の圧電素子に切り出し加工を施すことによって前記３脚音叉振動子を形成する振動子切り出し工程と、前記各柱の各面および３本の柱の基部に電極を形成する電極形成工程と、前記各柱の頂点を面取り加工するとともに前記基部の電極を分割する電極独立工程とを含んでなり、前記柱のうちの両端に位置する２本の柱の電極が励振電極を構成し、前記柱のうちの中央に位置する柱の電極が励振モニタ電極を兼用するコリオリ検出電極を構成し、前記基部に導出された電極が前記励振電極およびコリオリ電極の引き出し電極を構成するようにしたことを特徴とする角速度センサの製造方法。
【請求項２】 前記電極形成工程において、前記電極をメッキまたは蒸着によって形成することを特徴とする請求項１記載の角速度センサの製造方法。
【請求項３】 前記電極形成工程において、前記各柱に形成された電極を前記基部の片面に導出することを特徴とする請求項１または２記載の角速度センサの製造方法。
【請求項４】 前記振動子切り出し工程において、前記３本の柱の重心ピッチまたは図心間ピッチの寸法比が１：１または２：１になるように切り出し加工を施すことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の角速度センサの製造方法。
【請求項５】 前記振動子切り出し工程において、前記各柱が正三角形状になるように切り出し加工を施すことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の角速度センサの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は角速度センサの製造方法に関し、詳しくは、車両、航空機、船舶等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステムに用いられる角速度センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高度情報化が進むにつれて、より正確な情報を得ることができるセンサが求められ、様々な分野でセンサの開発が進められている。特に、角速度センサはこれらセンサの中でもニーズが高いものであり、中でも音叉振動型は小型軽量にできることから広い分野で応用されている。
【０００３】従来のこの種の音叉振動型の角速度としては、例えば、図12に示すようなものが知られている。図12において、基台１には固定軸２を介してＵ字型の金属振動板３が設けられており、この金属振動板３の上部にはこの金属振動板３の面と直交する方向に配設された一対の金属板４、５が設けられている。
【０００４】金属振動板３の一方の面には励振用圧電素子６が設けられているとともに、他方の面にはモニタ用圧電素子７が設けられており、こられ各圧電素子６、７は接着剤によって金属振動板３に固着されている。また、金属板４、５には前記圧電素子６、７の面と直交するようにコリオリ検出用圧電素子８、９が設けられており、これら圧電素子８、９は接着剤によって金属板４、５に固着されている。
【０００５】また、各圧電素子６〜９はそれぞれリード線10〜13によってリードピン14〜17に接続されており、このリードピン14〜17はガラス等の絶縁体18を介して基台１と電気的に絶縁されている。
【０００６】次に、この角速度センサの動作を説明する。
【０００７】なお、図12（ａ）はセンサの励磁状態を示す図であり、同図（ｂ）は角速度センサのコリオリ力を検出する状態を示す図である。
【０００８】まず、同図（ａ）において、励振用圧電素子６に電圧を印加すると、金属振動板３が矢印Ａで示す方向に音叉励振される。このときの励振周波数と振幅はモニタ用圧電素子７によってモニタリングされることにより、金属振動板３が常に一定の周波数と振幅で励振されるように励振用圧電素子６への印加電圧がコントロールされる。
【０００９】一方、図12（ｂ）に示すようにこのセンサの検出軸18に矢印Ｂ方向に回転角速度ωが加わると、励振方向Ａと直角方向に発生するコリオリ力によって金属板４、５が互いに逆方向19、20に撓む。
【００１０】なお、このときに発生するコリオリ力ＦＣは、ＦＣ＝２ｍＶωとなる。
【００１１】ここで、上記ｍは金属振動板４の質量、上記Ｖは励振速度、上記ωは印加された回転角速度を示す。
【００１２】さて、このコリオリ力ＦＣはコリオリ検出圧電素子８、９の一方に伸び、他方に縮みという逆方向の歪みを発生させるため、差動出力としてコリオリ検出圧電素子８、９の検出電圧をリード線10、12を介してリードピン14、16から取り出すことができるため、この差動出力から角速度を得ることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の角速度センサにあっては、回転角速度ωが発生すると、音叉振動子20にコリオリ力が加わって音叉振動子20が図12（ｂ）の19ａ、19ｂで示す方向に撓むことによって発生する回転モーメントＭが固定軸２に加わるため、固定軸２と基台１および金属振動板３の固定度合いがセンサの角速度検出精度のばらつき要因となってしまい、角速度の検出精度を高めることができないという問題があった。
【００１４】また、励振用圧電素子６、モニタ用圧電素子７およびコリオリ検出用圧電素子８、９が接着剤によって金属振動板３および金属板４、５に固着されていたため、接着のばらつきおよび接着剤の温度特性がセンサの角速度の検出精度のばらつき要因となってしまう上に、この接着精度、音叉振動子20の曲げ加工精度、固定軸２と音叉振動子20および基台１の固定精度等の組立加工時精度のばらつきもセンサによる角速度の検出精度のばらつき要因となってしまった。
【００１５】また、励振方向とコリオリ検出方向とでは、金属振動板３と金属板４、５との形状（厚みおよび幅）が一致しないため、図13に示すように励振時の共振周波数とコリオリ検出時の共振周波数を一致させ難く、非共振型角速度センサとなってしまい、共振型に比して感度が低下してしまうという問題があった。
【００１６】また、リード線10〜13が各圧電素子６〜９を介して振動する金属振動板３および振動板４、５に接続されるため、リード線10〜13の捩れがセンサの角速度の検出精度のばらつき要因になってしまった。
【００１７】本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、角速度の検出精度を高めることができるとともに小型化を図ることができる角速度センサの製造方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の角速度センサは、ユニモルフ圧電素子からなる３本の三角形状の柱を２対の音叉振動子を構成するようにそれぞれ対向して配設してなる角速度検出用の３脚音叉振動子を備えた角速度センサの製造方法であって、分極方向が一定の方向に設定された板状のユニモルフ圧電素子から複数の板状圧電素子を切り出した後、この板状圧電素子から個片の圧電素子を切り出す圧電素子切り出し工程と、治具上に前記個片の圧電素子を載置した状態で、前記各個片の圧電素子に切り出し加工を施すことによって前記３脚音叉振動子を形成する振動子切り出し工程と、前記各柱の各面および３本の柱の基部に電極を形成する電極形成工程と、前記各柱の頂点を面取り加工するとともに前記基部の電極を分割する電極独立工程とを含んでなり、前記柱のうちの両端に位置する２本の柱の電極が励振電極を構成し、前記柱のうちの中央に位置する柱の電極が励振モニタ電極を兼用するコリオリ検出電極を構成し、前記基部に導出された電極が前記励振電極およびコリオリ電極の引き出し電極を構成しているものである。
【００１９】この製造方法により、３脚音叉振動子を板状のユニモルフ圧電素子から切り出された一体構造にすることができるため、３脚音叉振動子の加速度検出精度を機械精度によって決定することができ、従来のように組立て精度のばらつきによる影響を受けるのを防止して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００２０】また、３脚音叉振動子を一体構造にしているため、コリオリ発生時に両端の励振用柱が撓む方向に対して中央のコリオリ検出用柱の撓む方向を反対方向にすることができ、コリオリ発生時の回転モーメントをキャンセルすることができる。このため、振動ロスを最小限にすることができるとともに３脚音叉振動子を固定する固定部に回転モーメントが生じるのを防止して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００２１】また、３脚音叉振動子を板状のユニモルフ圧電素子から複数個切り出すようにようにしたため、３脚音叉振動子の製造工程を少なくすることができ、角速度センサの製造コストを低減することができる。
【００２２】請求項２記載の発明の角速度センサは、請求項１記載の発明において、前記電極形成工程において、前記電極をメッキまたは蒸着によって形成しているものである。
【００２３】この製造方法により、各柱に励振電極、モニタ電極を兼用するコリオリ検出電極をメッキまたは蒸着によって形成しているため、電極の厚みのばらつきを小さくして３脚音叉振動子の特性ばらつきを小さくすることができる上に、微細な三角形の斜面に電極を形成できるため、３脚音叉振動子を小型化することができ、結果的に角速度センサの小型化を図ることができる。これに加えて、銀電極のような印刷作業や高温下での焼付け作業が不要になり、電極の形成作業の簡素化を図ることができる。
【００２４】請求項３記載の発明の角速度センサは、請求項１または２記載の発明において、前記電極形成工程において、前記各柱に形成された電極を前記基部の片面に導出するようにしている。
【００２５】この製造方法により、基部の片側の面に励振電極およびコリオリ電極の引き出し電極を導出するようにしたため、３脚音叉振動子の基部を角速度センサの固定部に取付けたときに、角速度センサ側のリードピン等に引き出し電極をワイヤボンディングで接続することができ、超小型化に対応することができるとともに、従来のような信号線の捩れ等が発生しないので角速度の検出精度が低下するのを防止することができる。
【００２６】請求項４記載の発明の角速度センサは、請求項１〜３何れかに記載の発明において、前記振動子切り出し工程において、前記３本の柱の重心ピッチまたは図心間ピッチの寸法比が１：１または２：１になるように切り出し加工を施すようにしている。
【００２７】この製造方法により、コリオリ検出用柱とこのコリオリ検出用柱と対をなす励振検出用柱とを最大効率で励振させることができる。
【００２８】請求項５記載の発明の角速度センサは、請求項１〜４何れかに記載の発明において、前記振動子切り出し工程において、前記各柱が正三角形状になるように切り出し加工を施すようにしている。
【００２９】この製造方法により、各柱の形状（幅、厚さ等）を同一形状にすることができるため、励振時の共振周波数とコリオリ検出時の共振周波数を略一致させることができ、角速度センサの感度を高めることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に基づいて説明する。
【００３１】図１〜11は本発明に係る角速度センサの製造方法の一実施形態を示す図である。
【００３２】まず、構成を説明する。図１、２において、ユニモルフ圧電素子からなる角速度検出用の３脚音叉振動子21は３本の正三角形状を有する３脚柱部22を有している。
【００３３】この３脚音叉振動子21は予め分極方向が一定の方向（図２（ａ）中、Ｃ方向）に設定された１枚の板状のユニモルフ圧電素子26から切り出されたものであり、切り出し後には図２（ｂ）で示すように正三角形状の頂点27ａ〜27ｃ、28ａ〜28ｃ、29ａ〜29ｃが鋭角になっている。そして、この状態で各柱23〜25の各面にメッキを塗装するかまたは蒸着等の手段により後述する電極を形成した後、図２（ｃ）に示すように各正三角形状の頂点27ａ〜27ｃ、28ａ〜28ｃ、29ａ〜29ｃが面取りされている。この結果、各柱23〜25はそれぞれＣ1、Ｃ2、Ｃ3方向に分極される。なお、この３脚音叉振動子21の製造方法は後で詳しく説明する。
【００３４】また、３脚柱部22は両端部が励振用柱23、24を構成するとともに中央部がコリオリ検出用柱25を構成しており、励振用柱23とコリオリ検出用柱25が１対の音叉振動子を構成するとともに励振用柱24とコリオリ検出用柱25が１対の音叉振動子を構成している。すなわち、３脚柱部22は２対の音叉振動子を有している。
【００３５】また、励振用柱23とコリオリ検出用柱25の重心ピッチまたは図心間ピッチＬ1と励振用柱24とコリオリ検出用柱25の重心ピッチまたは図心間ピッチＬ2の寸法比が１：１になるように３脚音叉振動子21がユニモルフ圧電素子から切り出されるようになっている。
【００３６】一方、励振用柱23は、分極方向Ｃ1と鋭角に交叉して隣接する２つの面に励振電極30ａ、30ｂが設けられるとともに、残りの１つの面にアース電極30ｃが設けられており、励振用柱24は、分極方向Ｃ2と鋭角に交叉して隣接する２つの面に励振電極31ａ、31が設けられるとともに、残りの１つの面にアース電極31ｃが設けられている。そして、これら各電極30ａ、30ｂ、31ｂおよび31ａ、31ｂ、31ｃは頂点27ａ〜27ｃ、28ａ〜28ｃが上述したように面取りされることによって独立するため、電気的に絶縁される。
【００３７】また、コリオリ検出用柱25は、分極方向Ｃ3と鋭角に交叉して隣接する２つの面に励振モニタ電極を兼用するコリオリ検出電極32ａが設けられるとともに、残りの１つの面にアース電極32ｃが設けられている。そして、これら各電極32ａ、32ｂ、32ｂは頂点29ａ〜29ｃが上述したように面取りされることによって独立するため、電気的に絶縁される。
【００３８】また、本実施形態では、励振用柱23、24の分極方向Ｃ1、Ｃ2と鋭角に交叉する頂点27ａ、28ａに対して、コリオリ検出用柱25の分極方向Ｃ3と鋭角に交叉する頂点29ａが反対の向きになるように配置されている。
【００３９】また、３脚柱部22の基部36には引出し電極が設けられており、各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31ｃ、32ａ〜32ｃはこの引出し電極に導出されるようようになっている。
【００４０】具体的には、励振電極30ｂは３脚柱部22の基部36表面の引出し電極33ａに導出されている。また、アース電極30ｃは３脚柱部22の基部36表面の引出し電極33ｂに導出されている。また、励振電極30ａは３脚柱部22の基部36背面に導出された引出し電極33ｃから３脚柱部22の底面に設けられた裏面電極（引出し電極）33ｄを介して３脚柱部22の基部36表面の引き出し電極33ｅに導出される。
【００４１】また、コリオリ検出電極32ｂは３脚柱部22の基部36表面の引出し電極34ａに導出されている。また、アース電極32ｃは３脚柱部22の基部36背面に導出された引出し電極34ｂから３脚柱部22の底面に設けられた裏面電極（引出し電極）34ｃを介して３脚柱部22の基部36表面の引き出し電極34ｄに導出される。また、コリオリ検出電極32ａは３脚柱部22の基部36背面に導出された引出し電極34ｅから３脚柱部22の底面に設けられた裏面電極（引出し電極）34ｆを介して３脚柱部22の基部36表面の引き出し電極34ｇに導出される。
【００４２】また、励振電極31ｂは３脚柱部22の基部36表面の引出し電極35ａに導出されている。アース電極31ｃは３脚柱部22の基部36表面の引出し電極35ｂに導出されている。また、励振電極31ａは３脚柱部22の基部36背面に導出された引出し電極35ｃから３脚柱部22の底面に設けられた裏面電極（引出し電極）35ｄを介して３脚柱部22の基部36表面の引き出し電極35ｅに導出される。
【００４３】また、基部36の表面に形成された引出し電極33ａ、33ｂ、33ｃ、34ａ、34ｄ、34ｇ、35ａ、35ｂ、35ｅ間にはそれぞれ縦溝39ａおよび横溝39ｂが形成されることにより引出し電極33ａ等が分割されているとともに基部36の上基部36ａおよび下基部36ｂに分割されている。
【００４４】また、基部36裏面に形成された引出し電極33ｃ、34ｂ、34ｅ、35ｃ間にはそれぞれ縦溝38が形成されることにより各引出し電極33ｃ等が分割されている。
【００４５】この結果、各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31ｃ、32ａ〜32ｃは分割された状態で（非接触で）引出し電極33ａ〜33ｅ、34ａ〜34ｇおよび35ａ〜35ｅが３脚柱部22の基部36の表面に導出される。なお、図１中、符号40は３脚音叉振動子21を角速度センサの基台に固定するための固定部である。
【００４６】図３は３脚音叉振動子21の回路図を示す図である。図３において、励振用柱23、24の各励振電極30ａ、30ｂ、31ａ、31ｂはドライブ電源42の一方の極側に接続されており、アース電極30ｃ、31ｃはドライブ電源42の他方の極側に接続されている。
【００４７】また、コリオリ検出用柱25のコリオリ検出電極32ａ、32ｂにはアンプ43、44、45が接続されており、出力端子46、47から出力される差動増幅によって電圧変化分Ｖが出力される。
【００４８】また、コリオリ検出電極32ａ、32ｂは励振をモニタする電極を兼用するようになっており、アンプ48、49を介して出力端子50、51から出力される電圧変化Ｍがモニタされるようになっている。
【００４９】図４はこの３脚音叉振動子21が組込まれた１次元角速度センサを示す図である。図４において、符号52は車両、航空機、船舶等の移動体の姿勢制御やナビゲーションシステムに搭載される角速度センサであり、３脚音叉振動子21は基部36側の表面の引出し電極33ａ等が上面側に位置した状態で板ばね56によって固定部41が基台（固定部材）55に固定され、この板ばね56は両端部がスポット溶接部53、54によって基台55に固定されている。
【００５０】また、各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31ｃ、32ａ〜32ｃは３脚柱部22の表面に形成された引出し電極33ａ、33ｂ、33ｅ、34ａ、34ｄ、34ｇ、35ａ、35ｂ、35ｅおよびリード線を介して回路基板57に形成されたパッド58ａ〜58ｍに接続されている。すなわち、３脚音叉振動子21は回路基板57にワイヤボンディングによって接続されている。また、３脚音叉振動子21のコリオリ検出電極32ａ、32ｂからの出力信号は回路基板57から回路基板59を介して基台55に絶縁固定されたリードピン60ａ、60ｂに導出されるようになっている。
【００５１】次に、角速度の検出方法を説明する。
【００５２】まず、各柱23〜25が図２（ｃ）中、矢印Ｅ方向に移動するメカニズムを励振用柱23を例にとって図２（ｂ）（ｃ）、図３および図５に基づいて説明する。
【００５３】まず、励振用柱23の各電極30ａ〜30ｃに図５（ａ）で示すような電圧を交互に印加すると、図３の極性の電圧印加では、電界方向は分極方向Ｃ1と一致するものの、図５（ａ）で示すように三角形の頂点27ｂ、27ｃ部分の電界密度が頂点27ａ部分の電界密度よりも大きくなるため、図５（ｂ）に示すようにコリオリ検出用柱25に対向する励振用柱23の部分（図５（ａ）で61で示す部分）の矢印Ｆ方向への伸びが小さくなるとともに、61で示す部分と反対側の部分62の矢印Ｇ方向への伸びが大きくなり、励振用柱23は矢印Ｈ方向に倒れる。
【００５４】このとき、励振用柱23とコリオリ検出用柱25の音叉構成によってコリオリ検出用柱25も矢印Ｉ方向に倒れる。また、同様にして励振用柱24が励振用柱23と同方向（Ｈ方向）に励振されるため、コリオリ検出用柱25はコリオリ検出用柱25の音叉構成によってＩ方向に倒れる。すなわち、コリオリ検出用柱25は励振用柱23と24によって両面から駆動されるため、振幅が大きくなる。
【００５５】そして、次の瞬間に励振用柱23の各電極30ａ〜30ｃに図３の極性とは逆の極性の電圧を印加すると、電界方向が分極方向Ｃ1と反対方向になり、励振用柱23は矢印Ｈ方向と反対方向に倒れる。このとき、励振用柱23とコリオリ検出用柱25の音叉構成によってコリオリ検出用柱25も矢印Ｉ方向と反対方向に倒れる。また、同様にして励振用柱24がＨ方向と反対方向に励振されるため、コリオリ検出用柱25の音叉構成によってコリオリ検出用柱25は矢印Ｉ方向と反対方向に倒れるため（すなわち、励振用柱23とコリオリ検出用柱25が離隔し、励振用柱24とコリオリ検出用柱25が近接する）、結果的にコリオリ検出用柱25の振幅が増大される。
【００５６】次に、コリオリ力の検出メカニズムを図２（ｃ）、図３および図６に基づいて説明する。
【００５７】上述したように図２（ｃ）の矢印Ｅ方向に常時励振している各柱23〜25に、図６に示す検出軸63に対してＪ方向に角速度が加わると、各柱23〜25には面垂直方向Ｋにコリオリ力が発生し、各柱23〜25は面垂直方向Ｋに撓みを生じながら振動することになる。
【００５８】このコリオリ力に対する各柱23〜25の面垂直撓みの方向は励振の方向によって決まるため、ある瞬間では励振用柱23および24は同方向（矢印Ｐで示す）に撓み、コリオリ検出用柱25は逆方向（矢印Ｑで示す）に撓むことになる。そして、次の瞬間には励振用柱23、24およびコリオリ検出用柱25は上記の方向とは逆の方向に撓むため、この振動を繰返すことになる。
【００５９】また、コリオリ検出用柱25がＱ方向に撓むとコリオリ検出電極32ａが伸び、コリオリ検出電極32ｂが縮むため、電極32ａ、32ｂ間の電位が変化し、アンプ43、44、45を介して端子46、47間で差動増幅によって電圧変化分Ｖを出力する。このとき、コリオリ検出電極32ａ、32ｂはコリオリ発生方向に対して垂直に近い形で配置されるため、検出感度が高くなる。
【００６０】また、励振用柱23、24とコリオリ検出用柱25の逆方向の面垂直撓みを利用して励振用柱23または励振用柱24とコリオリ検出用柱25との所謂、柱間の差動出力も取り出すことも可能であるため、出力感度のより一層の向上を期待することができる。
【００６１】さらに、コリオリ検出用柱25の励振をモニタする際には、励振用柱23、24とコリオリ検出用柱25が矢印Ｅ方向に面内励振しているときのコリオリ検出電極32ａ、32ｂとアース電極32ｃ間ので電界密度変化をアンプ48、49を介して端子50および端子51との間で和動出力として検出することができるため、励振用柱23、24が常に一定の周波数と振幅で励振されるように励振電極30ａ、30ｂ、31ａ、31ｂへの印加電圧をコントロールすることができる。
【００６２】次に、３脚音叉振動子21を製造する方法を図７、８に基づいて説明する。
【００６３】まず、図７（ａ）に示すように、側面に電極72ａ、72ｂが貼付された１枚の板状のユニモルフ圧電素子（以下、単に圧電ブロックという）71を準備し、電極72ａ、72ｂに電圧を印加することにより、圧電ブロック71の厚み方向を分極方向Ｃとする圧電ブロック71を製造した後、電極72ａ、72ｂを圧電ブロック71から取り外して切り出し工程に移行する。
【００６４】切り出し工程では、図７（ｂ）に示すように、ワイヤソー等によって分極方向が図２（ａ）と同方向となるように板状圧電素子（以下、単に圧電シートという）73を切り出し、この切り出し作業を圧電ブロック71の長手方向に亘って一括して実施することにより、圧電ブロック71の長手方向長さに相当する板厚の複数の圧電シート73を一括して形成する。なお、図７（ｂ）において仮想線はカット位置の一部を示す図である。次いで、この圧電ブロック71を図２（ａ）で示すカットラインＳ1、Ｓ2でカットすることにより、１枚の圧電シートから複数の圧電シート74に分割する。
【００６５】次いで、振動子切り出し工程に移行する。この振動子切り出し工程では、図８（ａ）に示すように複数の圧電シート74を斜めにした状態で載置可能な治具75を準備し、この治具75の溝75ａに複数の圧電シート74を載置し、水平なカットラインＳ3およびこのカットラインＳ3と斜めのカットラインＳ4で切削を行なった後、図８（ｂ）に示すように励振用柱23、24、コリオリ検出用柱25を分割するカットラインＳ5、Ｓ6でカットを行なうことにより、正三角形状の励振用柱23、24およびコリオリ検出用柱25を一括して形成する。
【００６６】次いで、電極形成工程に移行する。この電極形成工程では、励振用柱23、24、コリオリ検出用柱25および基部36上にメッキまたは蒸着により電極を形成する。
【００６７】次いで、電極独立工程に移行する。この電極独立工程では、スリッタ等によって励振用柱23、24、コリオリ検出用柱25の頂点27ａ〜27ｃ、28ａ〜28ｃ、29ａ〜29ｃを面取りするとともに、基部36に縦溝37ａ、38、横溝37ｃおよび溝39を形成することにより、不要なメッキ電極または蒸着電極を剥ぎ取る。
【００６８】このため、励振用柱23、24に励振電極30ａ、31ａ、30ｂ、31ｂおよびアース電極30ｃ、31ｃが形成されるとともに、コリオリ検出用柱25に励振モニタ電極を兼用するコリオリ検出電極32ａ、32ｂおよびアース電極32ｃが形成され、こから各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31ｃ、32ａ〜32ｃが非接触で引出し電極33ａ〜33ｅ、34ａ〜34ｇおよび35ａ〜35ｅが３脚柱部22の基部36の表面に導出され、上述したような角速度を検出することができる３脚音叉振動子21が製造される。
【００６９】このように本実施形態では、３脚音叉振動子21を板状の圧電ブロック71から切り出された一体構造にすることができるため、３脚音叉振動子21の加速度検出精度を機械精度によって決定することができ、従来のように組立て精度のばらつきによる影響を受けるのを防止して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００７０】また、３脚音叉振動子21を一体構造にしているため、コリオリ発生時に両端の励振用柱23、24が撓む方向に対して中央のコリオリ検出用柱25の撓む方向を反対方向にすることができ、コリオリ発生時の回転モーメントをキャンセルすることができる。
【００７１】具体的には、このため、図９に示すようにコリオリ発生時に各柱23、24、25に発生する回転モーメントＭを＋Ｍ、−Ｍの逆等モーメントにすることができ、各柱23、24、25に発生する回転モーメントをキャンセルすることができる。このため、振動ロスを最小限にすることができるとともに３脚音叉振動子21の固定部40に回転モーメントが生じるのを防止して（殆ど零にして）、角速度の検出精度を向上させることができる。
【００７２】また、各柱23〜25に励振電極30ａ、30ｂ、31ａ、31ｂおよびモニタ電極を兼用するコリオリ検出電極32ａ、32ｂをメッキまたは蒸着によって形成しているため、電極30ａ等の厚みのばらつきを小さくして３脚音叉振動子21の特性ばらつきを小さくすることができる上に、微細な三角形の斜面に電極31ａ等を形成できるため、３脚音叉振動子21を小型化することができ、結果的に角速度センサの小型化を図ることができる。これに加えて、銀電極のような印刷作業や高温下での焼付け作業が不要になり、電極30ａ等の形成作業の簡素化を図ることができる。
【００７３】また、３脚音叉振動子21を板状の圧電ブロック71から複数個切り出すようにようにしたため、３脚音叉振動子21の製造工程を少なくすることができ、角速度センサの製造コストを低減することができる。
【００７４】また、基部36の表面に励振電極30ａ、30ｂ、31ａ、31ｂおよびコリオリ電極32ａ、32ｂの引き出し電極33ａ〜33ｅ、34ａ〜34ｇおよび35ａ〜35ｅを導出するようにしたため、３脚音叉振動子21の基部36を角速度センサの固定部55に取付けたときに、角速度センサ側のリードピンに引出し電極33ａ、33ｂ、33ｅ、34ａ、34ｄ、34ｇ、35ａ、35ｂ、35ｅをワイヤボンディングで接続することができ、超小型化に対応することができるとともに、従来のような信号線の捩れ等が発生しないので角速度の検出精度が低下するのを防止することができる。
【００７５】また、励振用柱23とコリオリ検出用柱25の重心ピッチまたは図心間ピッチＬ1と励振用柱24とコリオリ検出用柱25の重心ピッチまたは図心間ピッチＬ2の寸法比が１：１になるように３脚音叉振動子21を構成したため、コリオリ検出用柱25とこのコリオリ検出用柱25と対をなす励振検出用柱23、24とを最大効率で励振させることができる。なお、励振用柱23とコリオリ検出用柱25が重心ピッチまたは図心間ピッチＬ1と励振用柱24とコリオリ検出用柱25の重心ピッチまたは図心間ピッチＬ2の寸法比が２：１になるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００７６】また、各柱23、24、25を正三角形状として形状（幅、厚さ等）を同一形状にしたため、図10に示すように励振時の共振周波数とコリオリ検出時の共振周波数を略一致させることができ、角速度センサ52の感度を高めることができる。
【００７７】また、本実施形態では、各柱23、24、25を正三角形にしているが、これに限らず、二等辺三角形、不等辺三角形であっても良い。また、励振用柱23、24の分極方向Ｃ1、Ｃ2と鋭角に交叉する頂点27ａ、28ａに対して、コリオリ検出用柱25の分極方向Ｃ3と鋭角に交叉する頂点29ａが同方向となるように配設しても良い。要は、励振用柱23、24の頂点27ａ、28ａが同方向に配設されていれば良いのである。
【００７８】また、本実施形態では、３脚音叉振動子21を１次元の角速度センサ52に取付けた例を示しているが、これに限らず、図11に示すように、各柱23、24、25の延在方向がそれぞれＸ方向、このＸ方向と直交するＹ方向およびＸ、Ｙ方向と直交するＺ方向に位置するように３つの３脚音叉振動子21ａ、21ｂ、21ｃを基台55に取付けて３次元の角速度センサ65を構成しても良い。このようにすれば、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向での角速度を検出することができ、高性能な角速度センサを得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、３脚音叉振動子を板状のユニモルフ圧電素子から切り出された一体構造にすることができるため、３脚音叉振動子の加速度検出精度を機械精度によって決定することができ、従来のように組立て精度のばらつきによる影響を受けるのを防止して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００８０】また、３脚音叉振動子を一体構造にしているため、コリオリ発生時に両端の励振用柱が撓む方向に対して中央のコリオリ検出用柱の撓む方向を反対方向にすることができ、コリオリ発生時の回転モーメントをキャンセルすることができる。このため、振動ロスを最小限にすることができるとともに３脚音叉振動子を固定する固定部に回転モーメントが生じるのを防止して角速度の検出精度を向上させることができる。
【００８１】また、３脚音叉振動子を板状のユニモルフ圧電素子から複数個切り出すようにようにしたため、３脚音叉振動子の製造工程を少なくすることができ、角速度センサの製造コストを低減することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月２７日（１９９９．１０．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７２６０４
【弁理士】
【氏名又は名称】有我 軍一郎
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４５６１（Ｐ２００１−１２４５６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０５９３６ |
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