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【発明の名称】 圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法
【発明者】 【氏名】岡田 恵也

【氏名】白鳥 典彦

【氏名】市川 和豊
【要約】 【課題】圧電セラミックスのような圧電材料を用いて運動を検出する圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の加工において、単純あるいは複雑な輪郭形状の圧電セラミックスの加工や、センサ振動体表面に形成された複雑な形状をした電極膜のパターンや、センサ振動体の側面への電極形成等を精度良く、容易にかつ安価に製造できる製造方法を得る。

【解決手段】輪郭形状形成、及び所望の形状の電極膜のパターン形成をレーザー加工によって行う。また、電極膜の精密なパターン形成とセンサ振動体の輪郭形状加工を順次または同時に行う。
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧電材料を用いて形成したセンサ振動体の製造方法において、該センサ振動体の輪郭形状形成をレーザー加工によって行うことを特徴とする圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項２】表面に運動検出用やセンサ振動体の励振用等の電極膜が形成された圧電型センサ振動体の製造方法において、該センサ振動体の表面に予め任意の形状に電極膜を形成し、レーザー加工によって前記電極膜を所望のパターン形状に形成することを特徴とする圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項３】表面に運動検出用やセンサ振動体の励振用等の電極膜が形成された圧電型センサ振動体の製造方法において、該センサ振動体表面に形成される電極膜のパターン形成と、前記センサ振動体の輪郭形状形成とを、異なるエネルギーレベルのレーザービームを用い、素材の加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を伴って、順次または同時に行うことを特徴とする圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項４】前記センサ振動体の輪郭に、折れ線、曲線、穴、窓状部分の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１、２あるいは３に記載の圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項５】センサ振動体の素材となる圧電材料の厚み出しを必要に応じて行う工程と、厚み出しをした素材の所望の面に全面あるいは概略形状の電極膜形成を行う工程と、必要に応じて前記素材の分極処理を行う工程と、前記素材に加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を適用する工程と、レーザー加工により前記電極膜のパターンの形成を行う工程と、レーザー加工にてセンサ振動体の輪郭形状形成を行う工程とを含むことを特徴とする圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項６】センサ振動体の素材となる圧電材料の厚み出しを必要に応じて行う工程と、前記素材の所望の面に全面あるいは概略形状の電極膜の形成を行う工程と、前記素材に加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を適用する工程と、レーザー加工により前記電極膜のパターンの精密形成を行う工程と、レーザー加工にてセンサ振動体の輪郭形状形成を行う工程と、前記センサ振動体の側面に電極膜を形成する工程と、必要に応じて前記電極膜を用いて前記素材または前記センサ振動体の分極処理を行う工程とを含むことを特徴とする圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【請求項７】前記電極膜のパターン形成および前記輪郭形状の形成を遂行する間、前記素材の加工位置を高精度に維持または再現する手段は、前記素材を同一のレーザー加工機の加工台に固定したままにすること、前記素材を同一または別体のレーザー加工機側の位置決め手段と結合する位置決め部を有するジグ手段に固着したままにすること、あるいは前記素材に同一または別個のレーザー加工機側の位置決め手段と結合する位置決め部を予め加工しておくことであることのいずれかであることを特徴とする請求項３、５あるいは６に記載の圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミックスのような圧電材料を用いた圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法に関するものである。
【０００２】運動センサは、通常、弾性材料よりなるバネ性部材と付加質量とによって形成されたセンサ振動体と、センサ振動体を励振駆動しまたセンサ振動体が検知したコリオリ力などの運動力学情報を電気信号として出力するための駆動・検出回路によって構成されている。圧電型運動センサは圧電性の材料を用いてセンサ振動体を構成した運動センサを言う。また加速度センサのように、通常センサ振動体を励振させないで使用する場合もあるが、自由振動可能な形態をなす部材が多いので、これらの場合をも含めて運動センサが含む機械的部材をセンサ振動体と呼ぶことにする。
【０００３】
【従来の技術】圧電型運動センサは、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ等が既に実用化されている。運動を検出するためのセンサ振動体に用いられる圧電材料もいくつかの種類があるが、圧電セラミックスを用いたものが最も普及している。圧電セラミックスは他の圧電材料に比べ高い圧電定数を持つため、特に小型のセンサ振動体に数多く採用されている。
【０００４】従来の圧電セラミックスを用いたセンサ振動体は、角板型、円板形、角柱型、丸棒型等、比較的単純な形状の圧電セラミックス素材を用い、これらの素材を単体でセンサ振動体として用いるか、あるいは金属部材に接合してセンサ振動体を形成している。これらのセンサ振動体はラップ加工機、ワイヤーソー加工機等を用いて圧電セラミックス素材を加工することで形成されている。
【０００５】近年、運動センサが普及するにつれて、小型化や高精度化、あるいは１つのセンサ振動体でＸＹＺ三次元座標系における複数の軸方向の運動が検出可能な運動センサ、あるいは１つのセンサ振動体で加速度と角速度等、複数の物理量が検出できる他機能化への要求はますます高まっている。これによってセンサ振動体の形状も複雑化してきており、かつ高い形状精度が要求されるようになってきている。またこれらのセンサ振動体の表面には、スクリーン印刷、スパッタリング等の方法を用いて形成した運動検出用やセンサ振動体の励振用等の電極膜を有しているが、これらの電極膜のパターン形状もセンサ振動体の小型化、高精度化、多機能化によって複雑化してきており、また電極膜のパターンの形状精度及び位置精度もより高度なものが要求されてきている。
【０００６】また、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶材料（以下、単結晶材と記載する。）を用いた運動センサが提案されている。これらの単結晶材は特性が極めて安定であるので高精度センサには適している。単結晶材はエッチング法を用いることにより複雑な輪郭形状の形成を精度良く行うことが可能である。
【０００７】圧電セラミックスを複雑な形状に形成する場合、従来は粉末成形によって焼結、あるいはグリーンシート打ち抜きを行って焼成する方法で所望の形状に形成するが、焼結や焼成時の収縮が甚だしい（例えば１０％〜２０％）ため、形状精度に限界があり、高い精度が要求されるセンサ振動体として用いることは困難である。また薄肉の部材の形成も加工の過程で破損しやすいため困難である。ワイヤーソー等の切削加工機を用いて形状精度を向上させる場合、加工機によって形状も制限され、任意の形状に形成することができない場合がある。また形状が複雑になるにつれ製造コストがかかり、安価に、大量に製造することが困難になる。このような背景から、従来は複雑な輪郭形状を有するセンサ振動体にはエッチング法等の可能な水晶等の単結晶材が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】水晶等の単結晶材は、複雑な輪郭形状の形成が可能であり、また圧電特性も高安定である反面、結晶軸によって圧電特性の得られる軸方向が限られており、また圧電効果も小さいため１つのセンサ振動体でＸＹＺ三次元座標系における複数の軸方向の運動検出は困難である。また、インピーダンスが高い材料であるため通常センサ振動体を真空封止して使用する。このためセンサ振動体と、駆動検出回路部を含めたセンサ全体での二重のパッケージが必要になり、小型化に限界がある。
【０００９】圧電セラミックスは多結晶の焼結体であるため、特性の安定性では単結晶材に及ばないものの、高い圧電定数を有するため寸法に比して高い検出感度を得ることができ、また大気中で使用できるためパッケージ全体の小型化が可能である。また、一つのセンサ振動体の中で分極方向を複数設定することにより圧電特性の軸方向を複数に設定できるため、多機能化にも適している。しかし、従来の技術では複雑な輪郭形状の形成が困難であることから圧電セラミックスを用いた小型、多機能の圧電型運動センサの提案は困難であった。
【００１０】本発明の目的は、第一に、センサ振動体の輪郭形状を精度良く、かつ安価に形成できる製造方法を得ることにより、多機能、小型かつ安価な圧電型運動センサを提供することであり、第二に、センサ振動体表面あるいは側面に運動検出用やセンサ振動体励振用の電極膜を精度良く、かつ安価に形成できる製造方法を得ることにより、多機能、小型かつ安価な圧電型運動センサを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の圧電型運動センサにおけるセンサ振動体の製造方法においては、下記の特徴のいずれかを有する。
【００１２】圧電材料を用いて形成したセンサ振動体の製造方法において、該センサ振動体の輪郭形状形成をレーザー加工によって行うこと。
【００１３】表面に運動検出用やセンサ振動体の励振用等の電極膜が形成された圧電型センサ振動体の製造方法において、該センサ振動体の表面に予め任意の形状に電極膜を形成し、レーザー加工によって前記電極膜を所望のパターン形状に形成すること。
【００１４】表面に運動検出用やセンサ振動体の励振用等の電極膜が形成された圧電型センサ振動体の製造方法において、該センサ振動体表面に形成される電極膜のパターン形成と、前記センサ振動体の輪郭形状形成とを、異なるエネルギーレベルのレーザービームを用い、素材の加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を伴って、順次または同時に行うこと。
【００１５】前記センサ振動体の輪郭に、折れ線、曲線、穴、窓状部分の少なくとも一つを有すること。
【００１６】センサ振動体の素材となる圧電材料の厚み出しを必要に応じて行う工程と、厚み出しをした素材の所望の面に全面あるいは概略形状の電極膜形成を行う工程と、必要に応じて前記素材の分極処理を行う工程と、前記素材に加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を適用する工程と、レーザー加工により前記電極膜のパターンの形成を行う工程と、レーザー加工にてセンサ振動体の輪郭形状形成を行う工程とを含むこと。
【００１７】センサ振動体の素材となる圧電材料の厚み出しを必要に応じて行う工程と、前記素材の所望の面に全面あるいは概略形状の電極膜の形成を行う工程と、前記素材に加工位置を高精度に維持あるいは再現する手段を適用する工程と、レーザー加工により前記電極膜のパターンの精密形成を行う工程と、レーザー加工にてセンサ振動体の輪郭形状形成を行う工程と、前記センサ振動体の側面に電極膜を形成する工程と、必要に応じて前記電極膜を用いて前記素材または前記センサ振動体の分極処理を行う工程とを含むこと。
【００１８】前記電極膜のパターン形成および前記輪郭形状の形成を遂行する間、前記素材の加工位置を高精度に維持または再現する手段は、前記素材を同一のレーザー加工機の加工台に固定したままにすること、前記素材を同一または別体のレーザー加工機側の位置決め手段と結合する位置決め部を有するジグ手段に固着したままにすること、あるいは前記素材に同一または別個のレーザー加工機側の位置決め手段と結合する位置決め部を予め加工しておくことであることのいずれかであること。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。本発明の製造法を適用した第１の実施の形態においては、加速度と角速度を１つのデバイスで検出できる複合型運動センサのセンサ振動体である、圧電材料として圧電セラミックスを用い、脚部に屈曲形状、長穴を有する変形音叉型のセンサ振動体の製造を行った。図１は、本発明の製造法の第１の実施の形態を適用したセンサ振動体の平面図である。図３は、本発明の製造法の第１の実施の形態を適用したセンサ振動体の電極膜のパターンを示す平面図である。図２は本実施の形態の製造方法を適用する素材である圧電セラミックス板の斜視図である。
【００２０】本実施の形態に用いた複合型運動センサにおけるセンサ振動体の構成及び機能について簡単に説明する。センサ振動体１は対称軸５に関して対称な３つの平行な部分からなる。外側の２本の脚Ａ２、脚Ｂ３は平行なバネ部を持つ片持ち梁であって２脚の音叉を形成し、脚Ａ、Ｂによって角速度センサを形成する。これらの脚にはそれぞれ電極２１、電極２２、電極３１、電極３２が設けられ、これらの電極は発振回路に接続されている。ここで、電極２１、電極３１に同位相の発振波形を入力し、電極２２、電極３２には電極２１、電極３１に対して位相の反転した発振波形を入力する。すると振動方向ＶＡ、ＶＢのごとく対称軸５に対して対称に振動する。角速度が作用していない状態では電極２２と電極３２の出力電圧は等しい。
【００２１】脚Ａ２、脚Ｂ３（２ヶ所）がそれぞれ振動速度ＵＡ、ＵＢで振動している際に、センサ振動体１の板面に対して垂直な回転軸のまわりに角速度Ωで回転するとき、角速度Ωに比例したコリオリ力ＦＡ、ＦＢが板面内に互いに反対向きに生じ、角速度Ωに比例して脚Ａ、Ｂの振動のたわみに差が生じる。このたわみの差に比例して、電極２２と電極３２の出力電圧に差が生じる。差動増幅回路等を通じて出力電圧の差を検出することにより角速度Ωの大きさを検出することができる。
【００２２】脚Ｃ４は加速度センサ機能を有する。脚Ｃには長穴状の窓部４３を設けることによって対称軸５に関して対称な枠脚４１、枠脚４２が形成されている。枠脚４１、枠脚４２にはそれぞれ電極４１１、電極４１２、電極４２１、電極４２２が形成され、これらの電極は発振回路に接続されている。ここで、電極４１１、電極４２１に同位相の発振波形を入力し、電極４１２、電極４２２には電極４２１、電極４２２に対して位相の反転した発振波形を入力する。すると枠脚４１、枠脚４２は、たわみ４１３、たわみ４２３のような弓形の振動姿態によって固有振動数で自励発振をする。ここで脚Ｃ４に加速度Ｇが作用すると、加速度Ｇに比例して枠脚の固有振動周波数が変化し、自励発振の発振周波数が変化する。その発振周波数の変化分を、周波数計測回路等を通じて検出することにより、加速度Ｇの大きさを検出することができる。
【００２３】本実施の形態の製造方法を工程順に説明する。図２に示すように、まず圧電セラミックス板１１を、ラップ、平面研削等の方法にて予め所望の厚みに形成し、次に圧電セラミックス板１１の表面全面に予め所望の厚みに電極膜１２を形成する。図中には見えていないが電極膜は圧電セラミックス板１１の裏面全面にも形成されている。本実施の形態においては圧電セラミックスの分極方向はセラミックスの厚み方向であり、かつ単方向で良いので、ここで圧電セラミックス板１１の分極処理を行う。分極処理は、同一のセンサ振動体の中で複数の分極方向に設定する場合や、センサ体の一部分だけを分極したい場合などは電極膜を所望の形状のパターンに加工した後に行われる。
【００２４】次に、電極膜１２を、レーザー加工機を用いて図３に示すように、所望の形状のパターンである電極２１、電極２２、電極３１、電極３２、電極４１１、電極４１２、電極４２１、電極４２２の形状に加工する。この際、圧電セラミックス板１１の裏面にも電極膜のパターンが必要な場合、裏面も同様に加工を行う。電極膜のパターン形成の際には、できるだけ電極膜のみを除去し、圧電セラミックス板１１に影響がないようにレーザーの出力を弱めて行う。
【００２５】次に、加工基準位置がずれないように固定したまま圧電セラミックス板１１を、図１に示すように所望の輪郭形状であるセンサ振動体１の形状にレーザー加工機を用いて加工を行い、センサ振動体を形成する。
【００２６】本実施の形態においては、電極膜のパターン及びセンサ振動体の輪郭形成には、ＹＡＧレーザーマーカーを用いた。ＹＡＧレーザーマーカーの概略図を図４に示した。ＹＡＧレーザーマーカーの本体１３は制御部１４と接続されている。加工台１５は高さをレーザー光の焦点位置に合わせて固定され、加工台に加工される圧電セラミックス板１６が固定される。本実施の形態においては圧電セラミックス板１６はアクリル接着剤で加工台１５に固定した。加工台への固定方法はレーザー加工中に圧電セラミックス板がずれることがなければ機械的にクランプする等、別の方法でも構わない。また、図中では省略しているが、レーザー加工中における電極膜の酸化を防ぐことと、削り屑を除去する目的で不活性ガスを吹き付けながら加工を行った。本実施の形態においては不活性ガスには窒素を用いた。加工後は剥離剤を用いて加工台１５から圧電セラミックス板１６を取り外した。本実施の形態においては剥離剤にはアセトンを用いた。
【００２７】本実施の形態で用いたＹＡＧレーザーマーカーは、制御部１４より入力された位置信号に応じて本体１３内に設置された２つの偏向ミラーの角度を変えることによってレーザー光１７の照射位置をマーキングエリアの範囲内で任意に変えることができる。従って圧電セラミックス板１６を加工台１５に固定した状態のまま二次元的な形状の加工が可能である。本実施の形態に用いたレーザーのマーキングエリアはφ６０ｍｍであり、これより小さなサイズであれば圧電セラミックス板を固定したまま加工が可能である。また加工精度を向上させるため、レーザー光の焦点を絞った短焦点レンズを用いた。本実施例に用いたレーザーの位置分解能は４μｍである。加工条件は主にレーザーの出力、パルス周波数、スキャンニング速度によって変えることができる。本実施例において電極パターン加工とセンサ振動体の輪郭形状加工は目的に応じて主に出力を切り換えて行っている。
【００２８】本実施の形態においては１つの圧電セラミックス板から１つのセンサ振動体を形成したが、加工台１５への取り付け、取り外しの時間を考慮すると、１枚の圧電セラミックス板からできる限り多くのセンサ振動体が加工できることが望ましい。一例を図５に示した。圧電セラミックス板５１に、窓部５４、５５をレーザー加工によって形成し、図１に示したものと同形状のセンサ振動体５２を圧電セラミックス板５１上に複数形成する。図中では省略しているが、電極膜も同様に形成する。ここで、水晶の音叉のエッチング加工で用いられるように、センサの特性に影響のない部分に連結子５３を設けてセラミックス板５１とセンサ振動体５２をつないでおき、後工程で連結子５３を折るなどして製品を分割することによって製品回収など取り扱い性を向上させている。
【００２９】ここで、センサ振動体の取り個数を多くするため、前記のマーキングエリアより圧電セラミックス板を大きくする場合は、加工台にＸ−Ｙ方向の移動台を設けて圧電セラミックスを移動台に固定し、各センサ振動体の加工をする度に移動台を動かし、常にマーキングエリアの中心付近で加工すると良い。また、圧電セラミックス板が前記マーキングエリアより小さい場合でも、レーザーのエネルギー密度等がマーキングエリア中心付近と外周部付近で異なってくるため、加工を安定化させるためにできるだけマーキングエリア中心付近で加工が行えるように高精度で位置出しを行いながら平行移動する加工台を設けることが望ましい。本実施の形態では文字等のマーキングを主目的とするレーザーマーカーを用いたが、板材の切断等を目的としたレーザー加工機はレーザー光の照射方向は固定され、被加工物を上記移動する加工台で動かしながら加工を行う方式が一般的であるが、このような方式の加工機を用いるのも良い。
【００３０】本実施の形態においては、圧電セラミックス板１１には外形１５ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）を用いた。また、電極膜１２の材質にはＡｇ（銀）のペーストを用い、スクリーン印刷によって形成した。加工時間は加工台への取り付け、取り外し時間を除いて１個の運動センサあたり約１０秒であった。加工時間はセラミックス板や電極膜の材質やサイズによって異なる。電極膜の材質は、所定の目的を満足するものであればこれに限定されるものではない。本実施の形態においては圧電セラミックスを用いたセンサ振動体の場合について述べたが、レーザーによる形状加工が可能なものであれば単結晶材を用いたセンサ振動体にも本発明を用いることができる。
【００３１】本実施の形態においては、脚部に屈曲形状、長穴を有する変形音叉型のセンサ振動体及び電極膜のパターン形成を行う場合について述べたが、センサ振動体としての機能を満足するものであれば、リング型、トラス型等、他の形状のセンサ振動体でも本発明の製造方法を用いることができる。また、円板や矩形板のような比較的単純な形状の場合でも、本発明の製造方法を適用することで高い形状精度が得ることができ、発振周波数等、センサ特性の再現性が優れたセンサ振動体を得ることができる。なお、本実施の形態におけるセンサ振動体の輪郭形状精度は±５μｍであった。
【００３２】本実施の形態においては素材である圧電セラミックス板の全面に電極膜を形成したが、スクリーン印刷、スパッタリング等の方法で予め所望の形状、寸法に近い形で電極膜のパターン形成を行い、レーザー加工によって精度良く電極膜のパターン形成を行う方法を採っても良い。この場合レーザーによって電極膜を除去する面積を小さくでき、加工時間を短くできるなどの効果がある。ただし予め形成する電極膜の位置がセンサ振動体の輪郭に対してずれること等を考慮し、予め形成しておく電極パターンのうち形状精度を要求される部分について、所望の寸法より大きめにとっておき、その部分をレーザー加工によって加工することが望ましい。
【００３３】本発明の製造法の第２の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の製造法の第２の実施の形態においては、加速度と角速度を１つのデバイスで検出できる複合型運動センサのセンサ振動体である、圧電材料として圧電セラミックスを用い、脚部に屈曲形状、長穴を有する変形音叉型のセンサ振動体の製造を行った。図６は、本発明の製造法の第２の実施の形態を適用したセンサ振動体の平面図である。図７は、本発明の製造法の第２の実施の形態における、側面電極を形成し、かつ矢印Ｐで示したように板面方向に分極処理を行ったセンサ振動体の製造工程を概念的に示す断面図である。本断面図は、図６のＸ−Ｘ断面形状を示している。
【００３４】本実施の形態の複合型運動センサにおけるセンサ振動体の輪郭形状及び角速度、加速度検出機能については第一の実施の形態と同じであるので説明は省略する。電極構造、分極方法及び励振方法が異なるためそれに関する説明をする。脚Ａ６１ａ、脚Ｂ６１ｂ、枠脚６１ｃ１、６１ｃ２の表面にそれぞれ電極６２ａ、６２ｂ、６２ｃ１、６２ｃ２が形成されている。また、図中では記載していないが各脚、各枠脚の裏面にも同様の形状の電極６３ａ、６３ｂ、６３ｃ１、６３ｃ２の電極が形成されている。また、脚Ａ６１ａの側面両側に側面電極６８ａ１、６８ａ２が、脚Ｂ６１ｂの側面両側に側面電極６８ｂ１、６８ｂ２が、枠脚６１ｃ１の側面両側に側面電極６８ｃ１１、６８ｃ１２が、枠脚６１ｃ２の側面両側に側面電極６８ｃ２１、６８ｃ２２がそれぞれ形成されている。分極方向は、図７の工程ｉの矢印Ｐに示すようにセラミックス板６１の板面方向に施されている。
【００３５】脚Ａ６１ａの表面、裏面に形成された電極６２ａ、６３ａを帰還電極とし、側面電極６８ａ１、６８ａ２に同位相の発振波形を入力する自励発振回路を形成する。ここで分極方向は板面方向に施されているため、脚の両側面の収縮が逆になるので、第一の実施の形態の場合と同様にＶＡのような形態で振動する。脚Ｂ６１ｂについては脚Ａと同様の構造で発振回路を形成し、脚Ａと同位相の発振波形を入力すると、脚Ｂは脚Ａに対して対称軸５に対して対称方向に分極が施されているため、ＶＢの様な形態で振動し、かつ脚Ａの振動ＶＡに対して対称軸５に関して対称に振動する。
【００３６】脚Ｃの枠脚６１ｃ１の表面、裏面にそれぞれ形成された電極６２ｃ１、６３ｃ１を帰還電極とし、側面電極６８ｃ１１、６８ｃ１２に同位相の発振波形を入力する発振回路を形成する。ここで分極方向は板面方向に施されているため、脚の両側面の収縮が逆になるので、第一の実施の形態の場合と同様のたわみ４１３のような弓型の形態で振動する。枠脚６１ｃ２については枠脚６１ｃ１と同様の構造で発振回路を形成し、枠脚６１ｃ１と同位相の発振波形を入力すると、枠脚６１ｃ２は枠脚６１ｃ１に対して対称軸５に対して対称方向に分極が施されているため、たわみ４２３の様な弓型の形態で振動し、かつ枠脚６１ｃ１のたわみ４１３に対して対称軸５に関して対称に振動する。
【００３７】本実施の形態の製造方法を図７を用いて工程順に説明する。まず工程ａに示すように、圧電セラミックスを、ラップ、平面研削等の方法で所望の厚みに加工し圧電セラミックス板６１を形成する。（もし素材厚さの精度が十分高ければ更なる加工は不要である。）外形についてはこの後の工程で使用する固定ジグ６５にセットできる形状に形成する。
【００３８】次に、工程ｂに示すように圧電セラミックス板６１の両面全面に電極膜６２、６３を形成する。本実施の形態においては電極膜を圧電セラミックス板６１の両面全面に形成したが、第一の実施の形態の場合と同様、スクリーン印刷、スパッタリング等の方法で形状精度を要求される部分について、予め所望の形状、寸法に近い形で所望の寸法より大きめに電極パターン形成を行う方法を採っても良い。
【００３９】次に、工程ｃに示すように圧電セラミックス板６１を固定ジグ６５に、接着剤６４を介して接合する。接着剤６４の材質については任意に選択して良いが、加工時の仮固定が目的であり、後工程において接着剤を剥離することなどから、接着及び剥離が容易に行えるものを選定する。固定ジグ６５には、外側面に基準面を設けるか、あるいは位置決めピンを用いるなどしてレーザー加工機の加工台１５との位置決めの基準を設ける。固定ジグ６５は本例では枠状であり、脆弱な圧電セラミックス板６１を補強し保護する役割も果たしている。
【００４０】次に圧電セラミックス板６１をレーザー加工機の加工台上にセットする。このとき固定ジグ６５の位置決め基準部を用いるので加工中に固定ジグ６５ごと圧電セラミックス６１を一時的に取り外したり、表裏反転して再びセットしても取り付け位置は再現性は十分に高い。そして工程ｄに示すように圧電セラミックス板６１の上面に形成されたレーザーを用いて電極膜６２を加工することにより電極６２ａ、６２ｂ、６２ｃ１、６２ｃ２を形成する。さらに、工程ｅに示すように圧電セラミックス板６１の下面に形成されたレーザーを用いて電極膜６３を加工することにより電極６３ａ、６３ｂ、６３ｃ１、６３ｃ２を形成する。下面の電極を形成する場合は固定ジグを反転して加工を行う方法が容易であるが、下面側にもレーザーを設けておき、２台のレーザー加工機にて工程ｄと工程ｅを同時にあるいは順次に、素材の反転なしに行う方法を採っても良い。この場合、後工程の工程ｇにおいてセンサ振動体の輪郭加工の際に上面と下面から同時に加工を行うことができ、加工時間を短縮できる効果がある。
【００４１】次に工程ｆに示すように電極保護膜６６、６７を形成する。電極保護膜は、後工程の工程ｊにおいて除去しやすいこと、あるいは後工程の工程ｈにおいて側面電極を形成する際にスパッタ、蒸着あるいはメッキ等に耐えうることなどを考慮して選定する。
【００４２】次に工程ｇに示すように、レーザー加工によってセンサ振動体の輪郭形状を形成する。圧電セラミックス板６１を、外枠Ｄ６１ｄ、脚Ａ６１ａ、枠脚６１ｃ１、枠脚６１ｃ２、脚Ｂ６１ｂ、外枠Ｅ６１ｅのように切断する。圧電セラミックス板６１を切断したことに伴って電極保護膜６６、６７についてもそれぞれ電極保護膜６６ａ、６６ｂ、６６ｃ１、６６ｃ２、６６ｄ、６６ｅ、６７ａ、６７ｂ、６７ｃ１、６７ｃ２、６７ｄ、６７ｅのように分割される。
【００４３】次に工程ｈに示すように、側面電極６８ａ１、６８ａ２、６８ｂ１、６８ｂ２、６８ｃ１１、６８ｃ１２、６８ｃ２１、６８ｃ２２、６８ｄ、６８ｅを形成する。側面電極はスパッタ、蒸着、メッキ等の方法で形成する。さらに工程ｉにおいて、形成した側面電極を利用して板面方向の分極処理を行う。分極方向はセンサ振動体の機能に応じて決定すれば良く、本図の方向に限定されるものではない。板厚方向に分極を施す必要がある場合には工程ｂの平板状態であらかじめ分極しておくか、あるいはセンサ振動体の場所によって異なる向きの板厚方向の分極が求められる場合には、工程ｅで分割形成された表裏面の電極群を適宜用いるか、工程ｊにて電極保護膜を除去された後の表裏面の電極群を適宜用いて分極処理を行う。
【００４４】次に工程ｊにおいて、電極保護膜を除去し、さらに固定ジグ６５を取り外してセンサ振動体が完成する。センサ振動体と外枠は特性に影響の無い部分で連結子等で接続しておき、後工程の必要な時点で折り取ることによって容易に分離することができるようにしておく。固定ジグは反復して使用することができる。
【００４５】本実施の形態においては素材である圧電セラミックス板を、加工機側の位置決め手段と係合する位置決め部を有する固定ジグに固定することで素材の加工位置を精度良く再現していたが、素材板の側面を高精度の平面にしておいたり、素材板に位置決め用の穴を設けるなど、素材に加工機側の位置決め手段と係合するように位置決め部を設ける方法をとっても良い。この場合、固定ジグを用いることなく位置の再現性を得ることができる。
【００４６】以上本発明の２つの実施の形態について述べたが、本発明の製造方法はこれのみに止まらず、任意の形状のセンサ振動体の形成加工適用することができる。上記実施の形態と同程度あるいはより複雑な他の形状のセンサ振動体に関してはもちろんだが、例えば従来用いられたような円板や矩形板のような単純な形状のセンサ振動体においても、本発明の製造方法を適用すれば極めて正確な輪郭形状と電極パターンが得られ、量産されるセンサ振動体の特性を良好にしバラツキを小さくすることができるのは自明である。また圧電セラミックス以外の圧電材料への応用も容易にできる可能性も高い。
【００４７】
【発明の効果】本発明においてはセンサ振動体の輪郭をレーザーを用いて加工したので、輪郭形状が単純であっても複雑であっても極めて高い形状精度が得られ、しかも歩留り良く、比較的短時間、低コストで製造できる圧電型運動センサ振動体の製造法を提供することができた。なお素材板を固定したまま、あるいはジグに固着したまま加工することにより一層その効果を発揮することができる。
【００４８】また、素材表面にあらかじめ電極膜を形成しておき、所望の電極パターンをセンサ振動体の輪郭加工と共にレーザー加工によって形成することにより、高い輪郭形状精度に加えて高い電極位置精度を持ち、センサ振動体としての機械的および電気的特性の再現性が良くかつ安定した圧電型運動センサ振動体を低コストで容易に製造できる効果が得られた。
【００４９】また、更に素材における電極膜およびセンサ振動体の輪郭加工の工程中に側面電極を形成する工程を付加することにより、輪郭形状精度も電極形状精度も優れると共に電極配置の自由度や分極方向の自由度が高く、優秀な特性を備え得る圧電型運動センサ振動体を低コストで容易に製造できる効果が得られた。
【出願人】 【識別番号】５０００２０２８７
【氏名又は名称】マイクロストーン株式会社
【出願日】 平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】
【公開番号】 特開２００１−１９４１５８（Ｐ２００１−１９４１５８Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−３７２１８（Ｐ２０００−３７２１８）