JP2001124561A - Method of manufacturing angular velocity sensor - Google Patents
Method of manufacturing angular velocity sensorInfo
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- JP2001124561A JP2001124561A JP30593699A JP30593699A JP2001124561A JP 2001124561 A JP2001124561 A JP 2001124561A JP 30593699 A JP30593699 A JP 30593699A JP 30593699 A JP30593699 A JP 30593699A JP 2001124561 A JP2001124561 A JP 2001124561A
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an angular velocity sensor, and more particularly to a method of manufacturing an angular velocity sensor used for attitude control of a moving body such as a vehicle, an aircraft, a ship, or a navigation system.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In recent years, as information has become more sophisticated, sensors capable of obtaining more accurate information have been demanded, and sensors have been developed in various fields. In particular, angular velocity sensors are among the most important of these sensors, and among them, the tuning fork vibration type has been applied in a wide field because it can be reduced in size and weight.
【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。[0003] As a conventional angular velocity of this kind of tuning fork vibration type, for example, the one shown in FIG. 12 is known. Figure
In FIG. 12, a base 1 is provided with a U-shaped metal diaphragm 3 via a fixed shaft 2, and is disposed above the metal diaphragm 3 in a direction perpendicular to the surface of the metal diaphragm 3. A pair of provided metal plates 4 and 5 are provided.
【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。An excitation piezoelectric element 6 is provided on one surface of the metal vibration plate 3, and a monitoring piezoelectric element 7 is provided on the other surface, and these piezoelectric elements 6, 7 are provided.
Are fixed to the metal diaphragm 3 by an adhesive. Further, Coriolis detecting piezoelectric elements 8 and 9 are provided on the metal plates 4 and 5 so as to be orthogonal to the planes of the piezoelectric elements 6 and 7.
5 is fixed.
【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。The piezoelectric elements 6 to 9 are connected to lead pins 14 to 17 by lead wires 10 to 13, respectively.
These lead pins 14 to 17 are electrically insulated from the base 1 via an insulator 18 such as glass.
【０００６】次に、この角速度センサの動作を説明す
る。Next, the operation of the angular velocity sensor will be described.
【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。FIG. 12A is a diagram showing the excitation state of the sensor, and FIG. 12B is a diagram showing the state of detecting the Coriolis force of the angular velocity sensor.
【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。First, in FIG. 1A, when a voltage is applied to the excitation piezoelectric element 6, the metal diaphragm 3 is excited in the direction indicated by the arrow A. The excitation frequency and amplitude at this time are monitored by the monitoring piezoelectric element 7, so that the voltage applied to the excitation piezoelectric element 6 is controlled so that the metal vibration plate 3 is always excited at a constant frequency and amplitude. .
【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。On the other hand, as shown in FIG. 12 (b), when a rotational angular velocity ω is applied to the detection shaft 18 of this sensor in the direction of arrow B, the metal plates 4, 5 are caused by Coriolis force generated in a direction perpendicular to the excitation direction A. It bends in opposite directions 19,20.
【００１０】なお、このときに発生するコリオリ力ＦＣ
は、ＦＣ＝２ｍＶωとなる。The Coriolis force FC generated at this time is
Is FC = 2 mVω.
【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。Here, m is the mass of the metal diaphragm 4, V is the excitation speed, and ω is the applied rotational angular velocity.
【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。The Coriolis force FC extends in one direction of the Coriolis detecting piezoelectric elements 8 and 9 and generates a distortion in the other direction in which the Coriolis detecting piezoelectric elements 8 and 9 contract in the other direction. Since it can be taken out from the lead pins 14 and 16 via the lead wires 10 and 12, an angular velocity can be obtained from this differential output.
【００１３】[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。However, in such a conventional angular velocity sensor, when a rotational angular velocity ω is generated, a Coriolis force is applied to the tuning fork vibrator 20 to cause the tuning fork vibrator 20 to move as shown in FIG. Since the rotational moment M generated by bending in the directions indicated by 19a and 19b is applied to the fixed shaft 2, the degree of fixation of the fixed shaft 2, the base 1, and the metal diaphragm 3 depends on the variation factor of the angular velocity detection accuracy of the sensor. As a result, there is a problem that the detection accuracy of the angular velocity cannot be improved.
【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。Further, since the excitation piezoelectric element 6, the monitor piezoelectric element 7, and the Coriolis detection piezoelectric elements 8, 9 are fixed to the metal vibration plate 3 and the metal plates 4, 5 with an adhesive, the dispersion of the adhesion and the adhesion are reduced. In addition to the temperature characteristics of the agent causing variations in the detection accuracy of the angular velocity of the sensor, the adhesion accuracy, the bending accuracy of the tuning fork vibrator 20, the fixing accuracy of the fixed shaft 2, the tuning fork vibrator 20, and the base 1 and the like. The variation in the accuracy of the assembling process also caused the variation in the accuracy of detecting the angular velocity by the sensor.
【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。Further, since the shapes (thickness and width) of the metal vibration plate 3 and the metal plates 4 and 5 do not match in the excitation direction and the Coriolis detection direction, as shown in FIG. It is difficult to match the resonance frequency at the time of detection,
A non-resonant type angular velocity sensor results in a problem that the sensitivity is reduced as compared with the resonance type.
【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。The lead wires 10 to 13 are connected to the piezoelectric elements 6 to 9 respectively.
Are connected to the vibrating metal plate 3 and the vibrating plates 4 and 5 via the interface, the torsion of the lead wires 10 to 13 causes a variation in the detection accuracy of the angular velocity of the sensor.
【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。The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an angular velocity sensor capable of improving the angular velocity detection accuracy and reducing the size.
【００１８】[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。In the angular velocity sensor according to the present invention, three triangular columns made of a unimorph piezoelectric element are arranged to face each other to form two pairs of tuning fork vibrators. A method for manufacturing an angular velocity sensor provided with a three-legged tuning fork vibrator for detecting angular velocity, wherein a plurality of plate-shaped piezoelectric elements are cut out from a plate-shaped unimorph piezoelectric element in which a polarization direction is set to a fixed direction. Thereafter, a piezoelectric element cutting step of cutting individual piezoelectric elements from the plate-shaped piezoelectric element,
In a state where the individual piezoelectric elements are mounted on a jig, a vibrator cutting step of forming the three-legged tuning fork vibrator by performing cutting processing on the piezoelectric elements of the individual pieces, An electrode forming step of forming an electrode on the surface and the base of the three pillars, and an electrode independent step of chamfering the apex of each of the pillars and dividing the electrode of the base. The electrodes of the two pillars located at the center constitute an excitation electrode, the electrode of the pillar located at the center of the pillars constitutes a Coriolis detection electrode also serving as an excitation monitor electrode, and the electrode led out to the base is And a lead electrode for the excitation electrode and the Coriolis electrode.
【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。According to this manufacturing method, the three-leg tuning fork vibrator can have an integral structure cut out from a plate-shaped unimorph piezoelectric element. Therefore, the acceleration detection accuracy of the three-leg tuning fork vibrator can be determined by the mechanical accuracy. As a result, it is possible to prevent the influence of the variation in the assembly accuracy as in the related art, thereby improving the angular velocity detection accuracy.
【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。Further, since the three-leg tuning fork vibrator has an integral structure, the direction of deflection of the central Coriolis detection column can be opposite to the direction of deflection of the excitation columns at both ends when Coriolis occurs. It is possible to cancel the rotational moment when Coriolis occurs. For this reason, the vibration loss can be minimized, and the occurrence of a rotational moment in the fixing portion for fixing the three-legged tuning fork vibrator can be prevented, so that the angular velocity detection accuracy can be improved.
【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。Also, since a plurality of tripod tuning fork vibrators are cut out from a plate-shaped unimorph piezoelectric element,
The manufacturing process of the leg tuning fork vibrator can be reduced, and the manufacturing cost of the angular velocity sensor can be reduced.
【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。According to a second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first aspect, in the electrode forming step, the electrode is formed by plating or vapor deposition.
【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。According to this manufacturing method, since the Coriolis detection electrode serving also as the excitation electrode and the monitor electrode is formed on each column by plating or vapor deposition, the variation in the electrode thickness is reduced, and the variation in the characteristics of the three-leg tuning fork vibrator is reduced. Can be reduced, and electrodes can be formed on a fine triangular slope, so that the tripod tuning fork vibrator can be reduced in size, and as a result, the angular velocity sensor can be reduced in size. In addition, a printing operation such as a silver electrode and a baking operation under a high temperature are not required, and the operation of forming the electrode can be simplified.
【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。According to a third aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first or second aspect, in the electrode forming step, the electrodes formed on the respective columns are led out to one surface of the base. .
【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。According to this manufacturing method, the excitation electrode and the extraction electrode of the Coriolis electrode are led out to one surface of the base. Therefore, when the base of the tripod tuning fork vibrator is attached to the fixed part of the angular velocity sensor, The extraction electrode can be connected to the lead pin on the side by wire bonding, which can cope with ultra-miniaturization, and reduces the accuracy of angular velocity detection because there is no twist of the signal line as in the past. Can be prevented.
【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。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the angular velocity sensor according to any one of the first to third aspects, wherein, in the vibrator cutting step, a dimensional ratio of a center of gravity pitch or a pitch between centroids of the three columns is provided. Is 1: 1 or 2: 1.
【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。According to this manufacturing method, the Coriolis detection column and the excitation detection column paired with the Coriolis detection column can be excited with maximum efficiency.
【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。According to a fifth aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to any one of the first to fourth aspects, in the vibrator cutting step, a cutting process is performed so that each of the columns has a regular triangular shape. I have to.
【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。According to this manufacturing method, the shape (width, thickness, etc.) of each column can be made the same, so that the resonance frequency at the time of excitation and the resonance frequency at the time of Coriolis detection can be substantially matched, and the angular velocity The sensitivity of the sensor can be increased.
【００３０】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following is an explanation based on an embodiment of the present invention.
【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。1 to 11 are views showing one embodiment of a method for manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention.
【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。First, the configuration will be described. In FIGS. 1 and 2, a three-legged tuning fork vibrator 21 for detecting an angular velocity, which is composed of a unimorph piezoelectric element, has three regular triangular pillars 22.
【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、Ｃ
3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。The three-legged tuning fork vibrator 21 is cut out from a single plate-shaped unimorph piezoelectric element 26 in which the polarization direction is set in advance to a fixed direction (direction C in FIG. 2A). After the cut-out, the vertices 27a to 27c, 28a to 28c, and 29a to 29c of the equilateral triangle have acute angles as shown in FIG. Then, in this state, after plating each surface of each of the columns 23 to 25 or forming electrodes to be described later by means such as vapor deposition, as shown in FIG. 27c, 28a-28c and 29a-29c are chamfered. As a result, each of the columns 23 to 25 has C1, C2, C
Polarized in three directions. The method of manufacturing the three-leg tuning fork vibrator 21 will be described later in detail.
【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。The tripod column 22 has an excitation column 23 at both ends.
24 and a central part thereof constitutes a Coriolis detection column 25. The excitation column 23 and the Coriolis detection column 25 constitute a pair of tuning fork vibrators, and the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25. Constitute a pair of tuning fork vibrators. That is, the tripod column portion 22 has two pairs of tuning fork vibrators.
【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。The dimensional ratio of the pitch L1 between the center of gravity or the centroid of the excitation column 23 and the Coriolis detection column 25 and the pitch L2 between the center of gravity or the center L of the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25 is 1: The three-leg tuning fork vibrator 21 is cut out from the unimorph piezoelectric element so that it becomes 1.
【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。On the other hand, the excitation column 23 has excitation electrodes 30a and 30b provided on two adjacent surfaces crossing the polarization direction C1 at an acute angle, and an earth electrode 30c provided on the remaining one surface. The excitation column 24 has excitation electrodes 31a and 31 on two surfaces adjacent to each other at an acute angle to the polarization direction C2, and a ground electrode 31c on the other surface. These electrodes 30a, 30b, 31b and 31a, 31b, 31c are electrically insulated because the vertices 27a to 27c, 28a to 28c become independent by being chamfered as described above.
【００３７】また、コリオリ検出用柱25は、分極方向Ｃ
3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。The Coriolis detection column 25 has a polarization direction C
A Coriolis detection electrode 32a, which also serves as an excitation monitor electrode, is provided on two adjacent surfaces crossing at an acute angle to 3, and a ground electrode 32c is provided on the remaining one surface. Each of these electrodes 32a, 32b, 32b has a vertex 29a.
29c are electrically insulated because they are independent by being chamfered as described above.
【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。In this embodiment, the vertices 27a and 28a that intersect the polarization directions C1 and C2 of the excitation columns 23 and 24 at an acute angle with the vertices that intersect the polarization direction C3 of the Coriolis detection column 25 at an acute angle. 29a are arranged in the opposite direction.
【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、32
ａ〜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。An extraction electrode is provided at the base 36 of the tripod column 22, and the electrodes 30a to 30c, 31a to 31c, 32
a to 32c are led out to the extraction electrode.
【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。More specifically, the excitation electrode 30b is led out to an extraction electrode 33a on the surface of the base 36 of the tripod column 22. Also,
The ground electrode 30c is an extraction electrode on the surface of the base 36 of the tripod column 22.
33b. In addition, the excitation electrode 30a has a three-post structure.
The lead-out electrode 33c led out to the back of the base 36 of the 22 is led to the lead-out electrode 33e on the surface of the base 36 of the tripod-post 22 via the back electrode (lead-out electrode) 33d provided on the bottom surface of the tripod-post 22. You.
【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。The Coriolis detection electrode 32b is connected to the three pillars 22.
To the extraction electrode 34a on the surface of the base 36. In addition, the ground electrode 32c is connected to the extraction electrode 34b led out to the back of the base 36 of the tripod column 22 via the back electrode (extraction electrode) 34c provided on the bottom surface of the tripod column 22. base
It is led out to the extraction electrode 34d on the surface 36. Also, the Coriolis detection electrode 32a is connected to the three-legged column 22 via a back electrode (leading electrode) 34f provided on the bottom surface of the three-legged column 22 from an extraction electrode 34e led to the back of the base 36 of the three-legged column 22. To the extraction electrode 34g on the surface of the base 36.
【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31
ｃ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。The excitation electrode 31b is connected to the base 36 of the three pillars 22.
It is led to the extraction electrode 35a on the surface. Earth electrode 31
“c” is led out to the extraction electrode 35 b on the surface of the base 36 of the tripod column 22. In addition, the excitation electrode 31a is connected to the extraction electrode 35c led out to the back surface of the base 36 of the tripod column 22 via the back electrode (extraction electrode) 35d provided on the bottom surface of the tripod column 22. It is led out to the extraction electrode 35e on the surface of the base 36.
【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。Also, extraction electrodes 33a, 33b, 33c, 34a, 34d, 34g, 35a, 35b,
A vertical groove 39a and a horizontal groove 39b are formed between 35e, so that the extraction electrode 33a and the like are divided and the base electrode 36 is divided into an upper base 36a and a lower base 36b.
【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。An extraction electrode formed on the back surface of the base 36
A vertical groove 38 is formed between 33c, 34b, 34e, and 35c to divide each of the extraction electrodes 33c.
【００４５】この結果、各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31
ｃ、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。As a result, each of the electrodes 30a-30c, 31a-31
The extraction electrodes 33a to 33e, 34a to 34g, and 35a to 35e are led out to the surface of the base 36 of the three-pillar portion 22 in a divided state (without contact) with c, 32a to 32c. Note that in FIG.
Numeral 40 is a fixing part for fixing the three-leg tuning fork vibrator 21 to the base of the angular velocity sensor.
【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30
ａ、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。FIG. 3 is a diagram showing a circuit diagram of the three-legged tuning fork vibrator 21. In FIG. 3, the excitation electrodes 30 of the excitation columns 23 and 24 are shown.
a, 30b, 31a, 31b are connected to one pole side of the drive power supply 42, and the ground electrodes 30c, 31c are connected to the drive power supply 42.
42 is connected to the other pole side.
【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。Further, amplifiers 43, 44, 45 are connected to the Coriolis detection electrodes 32a, 32b of the Coriolis detection column 25, and a voltage change V is output by differential amplification output from output terminals 46, 47. Is done.
【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。Further, the Coriolis detection electrodes 32a and 32b are also used as electrodes for monitoring the excitation.
The voltage change M output from the output terminals 50 and 51 via 48 and 49 is monitored.
【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。FIG. 4 is a view showing a one-dimensional angular velocity sensor in which the three-legged tuning fork vibrator 21 is incorporated. In FIG. 4, reference numeral 52 denotes an angular velocity sensor mounted on a posture control and navigation system of a moving body such as a vehicle, an aircraft, and a ship.
The fixed portion 41 of the three-legged tuning fork vibrator 21 is fixed to a base (fixing member) 55 by a leaf spring 56 with the extraction electrode 33a on the surface of the base portion 36 positioned on the upper surface side. The part is fixed to the base 55 by spot welds 53 and 54.
【００５０】また、各電極30ａ〜30ｃ、31ａ〜31ｃ、32
ａ〜32ｃは３脚柱部22の表面に形成された引出し電極33
ａ、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。Each of the electrodes 30a-30c, 31a-31c, 32
Reference numerals a to 32c denote extraction electrodes 33 formed on the surface of the tripod column 22.
a, 33b, 33e, 34a, 34d, 34g, 35a, 35b, 35e
And pads formed on the circuit board 57 via the lead wires
58a to 58m. That is, the three-leg tuning fork vibrator 21 is connected to the circuit board 57 by wire bonding. The Coriolis detection electrode of the three-legged tuning fork vibrator 21
Output signals from 32a and 32b are sent from circuit board 57 to circuit board 59.
Lead pins 60a and 60b insulated and fixed to base 55 through
Is derived.
【００５１】次に、角速度の検出方法を説明する。Next, a method for detecting the angular velocity will be described.
【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。First, each of the columns 23 to 25 is indicated by an arrow E in FIG.
The mechanism for moving in the direction will be described with reference to FIGS. 2 (b), 2 (c), 3 and 5, taking the excitation column 23 as an example.
【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。First, when a voltage as shown in FIG. 5A is alternately applied to each of the electrodes 30a to 30c of the excitation column 23, the direction of the electric field coincides with the polarization direction C1 when the voltage having the polarity shown in FIG. 3 is applied. However, as shown in FIG.
Since the electric field density of the portion 27c becomes larger than the electric field density of the vertex 27a, the portion of the excitation column 23 facing the Coriolis detection column 25 (see 61 in FIG. 5A) as shown in FIG. (Shown portion) in the direction of arrow F decreases,
The extension in the direction of arrow G of the portion 62 opposite to the portion indicated by 61 increases, and the excitation column 23 falls in the direction of arrow H.
【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。At this time, the excitation column 23 and the Coriolis detection column
With the tuning fork configuration 25, the Coriolis detection column 25 also falls down in the direction of arrow I. Similarly, since the excitation column 24 is excited in the same direction (H direction) as the excitation column 23, the Coriolis detection column
25 falls in the I direction due to the tuning fork configuration of the Coriolis detection column 25. That is, the Coriolis detection columns 25 are the excitation columns 23 and 24
, The amplitude increases.
【００５５】そして、次の瞬間に励振用柱23の各電極30
ａ〜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。At the next moment, each electrode 30 of the excitation column 23 is
When a voltage having a polarity opposite to that shown in FIG. 3 is applied to a to 30c, the direction of the electric field becomes opposite to the polarization direction C1, and the excitation column 23 falls down in the direction opposite to the arrow H direction. At this time, the Coriolis detection column 25 also falls in the direction opposite to the arrow I direction due to the tuning fork configuration of the excitation column 23 and the Coriolis detection column 25. Also,
Similarly, since the excitation column 24 is excited in the direction opposite to the H direction, the Coriolis detection column 25 falls down in the direction opposite to the arrow I direction due to the tuning fork configuration of the Coriolis detection column 25 (ie, the excitation column 23). And the Coriolis detection column 25 are separated from each other, and the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25 are close to each other.) As a result, the amplitude of the Coriolis detection column 25 is increased.
【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。Next, the mechanism for detecting the Coriolis force is shown in FIG.
(C) will be described with reference to FIGS. 3 and 6.
【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。As described above, when an angular velocity is applied in the J direction to the detection shaft 63 shown in FIG. 6 to each of the columns 23 to 25 which are always excited in the direction of the arrow E in FIG. 25, a Coriolis force is generated in the direction perpendicular to the surface K, and the columns 23 to 25 vibrate while bending in the direction K perpendicular to the surface.
【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。Since the direction of the vertical deflection of each of the columns 23 to 25 with respect to this Coriolis force is determined by the direction of excitation, at a certain moment, the columns 23 and 24 for excitation bend in the same direction (indicated by an arrow P) to detect Coriolis. The pillar 25 will flex in the opposite direction (indicated by arrow Q). At the next moment, the excitation columns 23 and 24
Since the Coriolis detection column 25 bends in the direction opposite to the above direction, this vibration is repeated.
【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32
ａ、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。When the Coriolis detection column 25 bends in the Q direction, the Coriolis detection electrode 32a extends and the Coriolis detection electrode 32b
The voltage between the electrodes 32a and 32b changes,
A voltage change V is output by differential amplification between terminals 46 and 47 via 43, 44 and 45. At this time, the Coriolis detection electrode 32
Since a and 32b are arranged so as to be nearly perpendicular to the Coriolis generation direction, the detection sensitivity is increased.
【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。The excitation columns 23 and 24 and the Coriolis detection column
It is also possible to take out the so-called differential output between the excitation column 23 or the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25 using the surface vertical deflection in the opposite direction of 25, so that the output sensitivity can be improved. Further improvement can be expected.
【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30
ａ、30ｂ、31ａ、31ｂへの印加電圧をコントロールする
ことができる。Further, when monitoring the excitation of the Coriolis detection column 25, the Coriolis detection electrode when the excitation columns 23 and 24 and the Coriolis detection column 25 are in-plane excited in the arrow E direction.
Since the change in electric field density between 32a, 32b and the ground electrode 32c can be detected as a sum output between the terminal 50 and the terminal 51 via the amplifiers 48, 49, the excitation columns 23, 24 are always fixed. Excitation electrode 30 to be excited at frequency and amplitude
a, 30b, 31a and 31b can be controlled.
【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。Next, a method of manufacturing the three-leg tuning fork vibrator 21 will be described with reference to FIGS.
【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。First, as shown in FIG. 7A, a single plate-like unimorph piezoelectric element (hereinafter, simply referred to as a piezoelectric block) 71 having electrodes 72a and 72b adhered to the side surface is prepared. After a voltage is applied to the piezoelectric block 71b to manufacture the piezoelectric block 71 in which the thickness direction of the piezoelectric block 71 is the polarization direction C, the electrodes 72a and 72b are removed from the piezoelectric block 71 and the process proceeds to a cutting step.
【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。In the cutting step, as shown in FIG. 7B, a plate-like piezoelectric element (hereinafter, simply referred to as a piezoelectric sheet) 73 is cut by a wire saw or the like so that the polarization direction is the same as that of FIG. 2A. , This cutting work is piezoelectric block
A plurality of piezoelectric sheets 73 having a plate thickness corresponding to the length of the piezoelectric block 71 in the longitudinal direction are collectively formed by performing the collective operation in the longitudinal direction of the piezoelectric block 71. In FIG. 7B, a virtual line is a diagram showing a part of the cutting position. Next, the piezoelectric block 71 is cut along cut lines S1 and S2 shown in FIG. 2A to divide one piezoelectric sheet into a plurality of piezoelectric sheets 74.
【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。Next, the process proceeds to a vibrator cutting step.
In this vibrator cutting step, as shown in FIG. 8A, a jig capable of mounting a plurality of piezoelectric sheets 74 in an oblique state.
Prepare a plurality of piezoelectric sheets 74 in the grooves 75a of the jig 75.
After cutting is performed on the horizontal cut line S3 and the cut line S3 and the diagonal cut line S4,
As shown in FIG. 8B, by cutting at the cut lines S5 and S6 that divide the excitation columns 23 and 24 and the Coriolis detection column 25, the equilateral triangular excitation columns 23 and 24 and the Coriolis detection column 25 are cut. The pillars 25 are formed collectively.
【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。Next, the process proceeds to an electrode forming step. In this electrode forming step, the excitation columns 23 and 24 and the Coriolis detection column 25
Then, an electrode is formed on the base 36 by plating or vapor deposition.
【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、29
ａ〜29ｃを面取りするとともに、基部36に縦溝37ａ、3
8、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。Next, the process proceeds to the electrode independent process. In this electrode independent process, the excitation columns 23, 24,
Vertices 27a-27c, 28a-28c, 29 of Coriolis detection column 25
a to 29c are chamfered, and vertical grooves 37a, 3
8. By forming the lateral grooves 37c and the grooves 39, unnecessary plating electrodes or vapor deposition electrodes are peeled off.
【００６８】このため、励振用柱23、24に励振電極30
ａ、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、34
ａ〜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。For this reason, the excitation poles 23 and 24 are
a, 31a, 30b, 31b and ground electrodes 30c, 31c are formed, and Coriolis detection columns 25 are formed with Coriolis detection electrodes 32a, 32b also serving as an excitation monitor electrode and a ground electrode 32c. ~ 30c, 31a ~
31c, 32a to 32c are non-contact and lead electrodes 33a to 33e, 34
a to 34g and 35a to 35e are led out to the surface of the base 36 of the tripod column 22 to produce the tripod tuning fork vibrator 21 capable of detecting the angular velocity as described above.
【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。As described above, in the present embodiment, the three-leg tuning fork vibrator 21 can be formed as an integral structure cut out from the plate-shaped piezoelectric block 71. , And can be prevented from being affected by variations in assembly accuracy as in the related art, thereby improving the detection accuracy of angular velocity.
【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。Further, since the three-legged tuning fork vibrator 21 has an integral structure, the direction of bending of the central Coriolis detection column 25 is opposite to the direction of bending of the excitation columns 23 and 24 at both ends when Coriolis occurs. Direction, and the rotational moment when Coriolis occurs can be canceled.
【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。Specifically, for this reason, as shown in FIG. 9, the rotational moment M generated in each of the columns 23, 24, 25 when Coriolis occurs can be made equal to the opposite moment of + M, -M. The rotational moment generated at 23, 24, 25 can be canceled. For this reason, the vibration loss can be minimized, and the fixing portion 40 of the three-leg tuning fork vibrator 21 can be reduced.
In this case, the occurrence of a rotational moment can be prevented (almost zero), and the detection accuracy of the angular velocity can be improved.
【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。Further, the excitation electrodes 30a, 30b,
Since the Coriolis detection electrodes 32a and 32b, which also serve as the monitor electrodes 31a and 31b, are formed by plating or vapor deposition, variations in the thickness of the electrodes 30a and the like are reduced to reduce variations in characteristics of the three-legged tuning fork vibrator 21. In addition, since the electrodes 31a and the like can be formed on a fine triangular slope, the size of the tripod tuning fork vibrator 21 can be reduced, and as a result, the size of the angular velocity sensor can be reduced. In addition, a printing operation such as a silver electrode and a baking operation under a high temperature are not required, and the operation of forming the electrode 30a and the like can be simplified.
【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。Since a plurality of the three-leg tuning fork vibrators 21 are cut out from the plate-shaped piezoelectric block 71, the number of steps for manufacturing the three-leg tuning fork vibrator 21 can be reduced, and the manufacturing cost of the angular velocity sensor can be reduced. Can be reduced.
【００７４】また、基部36の表面に励振電極30ａ、30
ｂ、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、34
ｄ、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。The excitation electrodes 30a, 30a are provided on the surface of the base 36.
b, 31a, 31b and the lead-out electrodes 33a-33e, 34a-34g, and 35a-35e of the Coriolis electrodes 32a, 32b, so that the base 36 of the tripod tuning fork vibrator 21 is attached to the fixed portion 55 of the angular velocity sensor. The lead electrodes 33a, 33b, 33e, 34a, 34 to the lead pins on the angular velocity sensor side.
Since d, 34g, 35a, 35b, and 35e can be connected by wire bonding, it is possible to cope with ultra-miniaturization, and since the twisting of the signal line does not occur as in the related art, the detection accuracy of the angular velocity decreases. Can be prevented.
【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Ｌ
2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。The dimensional ratio of the pitch L1 between the center of gravity of the excitation column 23 and the Coriolis detection column 25 or the pitch L1 between the centroids and the pitch between the center of gravity of the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25 or the pitch L2 between the centroids is 1: Since the three-leg tuning fork vibrator 21 is configured to be 1, the Coriolis detection column 25 and the Coriolis detection column 25
And the excitation detection columns 23 and 24 forming a pair can be excited with maximum efficiency. The excitation column 23 and the Coriolis detection column
25 is the center-of-gravity pitch or center-to-center pitch L1, the center of gravity pitch or center-to-center pitch L of the excitation column 24 and the Coriolis detection column 25
The same effect can be obtained even if the dimensional ratio of 2 is set to 2: 1.
【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。Further, since the columns 23, 24, and 25 have the same shape (width, thickness, etc.) by forming a regular triangle, the resonance frequency at the time of excitation and the resonance frequency at the time of Coriolis detection are changed as shown in FIG. They can be substantially matched, and the sensitivity of the angular velocity sensor 52 can be increased.
【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。In this embodiment, the columns 23, 24, and 25 are formed as equilateral triangles. However, the present invention is not limited to this.
It may be a scalene triangle. Also, the vertices 27a and 28a that intersect the polarization directions C1 and C2 of the excitation columns 23 and 24 at an acute angle with the vertices 29a and 28a that intersect the polarization direction C3 of the Coriolis detection column 25 at an acute angle are in the same direction. You may arrange. The point is that the vertices 27a and 28a of the excitation columns 23 and 24 need only be arranged in the same direction.
【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。In this embodiment, the three-leg tuning fork vibrator 21
Is attached to the one-dimensional angular velocity sensor 52, but is not limited to this, and as shown in FIG.
Are respectively extended in the X direction, and Y is orthogonal to the X direction.
The three-legged tuning fork vibrators 21a, 21b, 21c may be mounted on the base 55 so as to be located in the direction and the Z direction orthogonal to the X, Y directions to form the three-dimensional angular velocity sensor 65. This makes it possible to detect angular velocities in the X, Y, and Z directions, and to obtain a high-performance angular velocity sensor.
【００７９】[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。According to the present invention, the three-legged tuning fork vibrator can be formed as an integral structure cut out from a plate-shaped unimorph piezoelectric element, so that the accuracy of detecting the acceleration of the three-legged tuning fork vibrator is determined by the mechanical precision. As a result, the detection accuracy of the angular velocity can be improved by preventing the influence of the variation in the assembly accuracy as in the related art.
【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。Further, since the three-leg tuning fork vibrator has an integral structure, the direction in which the central Coriolis detection column bends in the direction opposite to the direction in which the excitation columns at both ends bend when Coriolis occurs. It is possible to cancel the rotational moment when Coriolis occurs. For this reason, the vibration loss can be minimized, and the occurrence of a rotational moment in the fixing portion for fixing the three-legged tuning fork vibrator can be prevented, so that the angular velocity detection accuracy can be improved.
【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。Since a plurality of tripod tuning fork vibrators are cut out from a plate-shaped unimorph piezoelectric element,
The manufacturing process of the leg tuning fork vibrator can be reduced, and the manufacturing cost of the angular velocity sensor can be reduced.
【図１】本発明に係る角速度センサおよび角速度センサ
の製造方法の一実施形態を示す図であり、（ａ）はその
３脚音叉振動子の表面側の斜視図、（ｂ）はその回し電
極を示す３脚音叉振動子の底面図、（ｃ）は３脚音叉振
動子の裏面側の斜視図である。FIGS. 1A and 1B are views showing an embodiment of an angular velocity sensor and a method for manufacturing the angular velocity sensor according to the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view of the front side of a three-leg tuning fork vibrator, and FIG. FIG. 3C is a bottom view of the three-legged tuning fork vibrator, and FIG.
【図２】（ａ）は一実施形態の３脚音叉振動子を切り出
す前のユニモルフ圧電素子の外観図、（ｂ）は３脚音叉
振動子をメッキした直後の電極構成を示す図、（ｃ）は
３脚音叉振動子の各柱の面取りをした電極構成を示す図
である。2A is an external view of a unimorph piezoelectric element before cutting out a three-leg tuning fork vibrator according to one embodiment, FIG. 2B is a diagram showing an electrode configuration immediately after plating the three-leg tuning fork vibrator, and FIG. () Is a diagram showing an electrode configuration in which each pillar of the three-leg tuning fork vibrator is chamfered.
【図３】一実施形態の角速度センサの回路構成を示す図
である。FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of an angular velocity sensor according to one embodiment.
【図４】一実施形態の３脚音叉振動子を組込んだ１次元
角速度センサの外観図である。FIG. 4 is an external view of a one-dimensional angular velocity sensor incorporating a three-leg tuning fork vibrator according to one embodiment.
【図５】（ａ）は一実施形態の励振用柱に電圧を印加し
たときの電界密度を示す図、（ｂ）は各柱の励振方向を
示す図である。5A is a diagram illustrating an electric field density when a voltage is applied to an excitation column according to one embodiment, and FIG. 5B is a diagram illustrating an excitation direction of each column.
【図６】一実施形態の３脚音叉振動子にコリオリが発生
したときの撓み方向を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a bending direction when Coriolis occurs in the three-legged tuning fork vibrator of one embodiment.
【図７】一実施形態の３脚音叉振動子の製造手順を示す
図であり、（ａ）は圧電ブロックの分極工程、（ｂ）は
圧電素子切り出し工程を示す図である。7A and 7B are diagrams illustrating a manufacturing procedure of the three-legged tuning fork vibrator according to the embodiment, wherein FIG. 7A is a diagram illustrating a piezoelectric block polarization process, and FIG. 7B is a diagram illustrating a piezoelectric element cutting process.
【図８】図７（ｂ）に後続する振動子切り出し工程の手
順を示す図であり、（ａ）は各柱の三角形状を切り出し
加工する状態を示す図、（ｂ）は各柱間を分割する加工
を示す図である。8A and 8B are diagrams showing a procedure of a transducer cutting step subsequent to FIG. 7B, in which FIG. 8A shows a state in which a triangular shape of each column is cut out, and FIG. It is a figure showing processing which divides.
【図９】一実施形態のコリオリ発生時に各柱に発生する
モーメントを示す図であり、（ａ）はその３脚音叉振動
子の上面図、（ｂ）はその３脚音叉振動子の正面図であ
る。9A and 9B are diagrams showing a moment generated in each pillar when Coriolis occurs according to one embodiment, wherein FIG. 9A is a top view of the three-leg tuning fork resonator, and FIG. 9B is a front view of the three-leg tuning fork resonator. It is.
【図10】一実施形態の共振角速度センサの共振点を示す
特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a resonance point of the resonance angular velocity sensor of one embodiment.
【図11】一実施形態の３脚音叉振動子を組込んだ３次元
角速度センサの外観図である。FIG. 11 is an external view of a three-dimensional angular velocity sensor incorporating a three-leg tuning fork vibrator according to one embodiment.
【図12】（ａ）は従来の角速度センサの斜視図、（ｂ）
はそのセンサのコリオリ発生時の状態を示す斜視図であ
る。FIG. 12A is a perspective view of a conventional angular velocity sensor, and FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a state of the sensor when Coriolis occurs.
【図13】非共振角速度センサの共振点を示す特性図であ
る。FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating a resonance point of the non-resonant angular velocity sensor.
21 ３脚音叉振動子 23、24 励振用柱 25 コリオリ検出用柱 26、73 板状の圧電素子 27ａ〜27ｃ、28ａ〜28ｃ、29ａ〜29ｃ 頂点 30ａ、30ｂ、31ａ、31ｂ 励振電極 30ｃ、31ｃ、32ｃ アース電極 32ａ、32ｂ コリオリ検出電極 33ａ〜33ｅ、34ａ〜34ｇ、35ａ〜35ｅ 引出し電極 36 基部 52、65 角速度センサ 71 ユニモルフ圧電素子 74 個片の圧電素子 Ｃ、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3 分極方向 21 Tripod tuning fork vibrator 23, 24 Excitation column 25 Coriolis detection column 26, 73 Plate-shaped piezoelectric elements 27a-27c, 28a-28c, 29a-29c Apex 30a, 30b, 31a, 31b Excitation electrodes 30c, 31c, 32c Ground electrode 32a, 32b Coriolis detection electrode 33a-33e, 34a-34g, 35a-35e Extraction electrode 36 Base 52, 65 Angular velocity sensor 71 Unimorph piezoelectric element 74 Piezoelectric element C, C1, C2, C3 Polarization direction
Claims (5)
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。1. A three-legged tuning-fork vibrator for detecting angular velocity, comprising three triangular pillars made of a unimorph piezoelectric element arranged to face each other to form two pairs of tuning-fork vibrators. A method for manufacturing an angular velocity sensor, comprising: cutting out a plurality of plate-shaped piezoelectric elements from a plate-shaped unimorph piezoelectric element in which a polarization direction is set to a fixed direction, and then cutting individual piezoelectric elements from the plate-shaped piezoelectric element A piezoelectric element cutting step; and a vibrator cutting step of forming the three-legged tuning fork vibrator by cutting the piezoelectric elements of the individual pieces while placing the individual piezoelectric elements on a jig. An electrode forming step of forming an electrode on each surface of each pillar and the base of the three pillars, and an electrode independent step of chamfering a vertex of each pillar and dividing the electrode of the base, Out of the pillar Electrodes of two pillars positioned at both ends constitute the excitation electrodes, the electrode posts positioned in the center of the column constitutes the Coriolis detection electrodes used also the excitation monitoring electrode,
A method of manufacturing an angular velocity sensor, wherein the electrodes led out to the base constitute lead-out electrodes of the excitation electrode and the Coriolis electrode.
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。2. The method according to claim 1, wherein the electrode is formed by plating or vapor deposition in the electrode forming step.
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。3. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein in the electrode forming step, electrodes formed on each of the columns are led out to one surface of the base.
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。4. The vibrator cut-out step, wherein cut-out processing is performed so that a dimensional ratio of a center-of-gravity pitch or a pitch between centroids of the three columns is 1: 1 or 2: 1. Item 4. A method for manufacturing an angular velocity sensor according to any one of Items 1 to 3.
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。5. The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 1, wherein in the step of cutting out the vibrator, a cutting process is performed so that each of the columns has a regular triangular shape.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30593699A JP2001124561A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Method of manufacturing angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30593699A JP2001124561A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Method of manufacturing angular velocity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001124561A true JP2001124561A (en) | 2001-05-11 |
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ID=17951089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30593699A Pending JP2001124561A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Method of manufacturing angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001124561A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7673512B2 (en) | 2006-10-30 | 2010-03-09 | Sony Corporation | Angular velocity sensor and electronic device |
| US20220158601A1 (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-19 | Seiko Epson Corporation | Vibrator Device And Method For Manufacturing Vibrator Device |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30593699A patent/JP2001124561A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7673512B2 (en) | 2006-10-30 | 2010-03-09 | Sony Corporation | Angular velocity sensor and electronic device |
| US20220158601A1 (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-19 | Seiko Epson Corporation | Vibrator Device And Method For Manufacturing Vibrator Device |
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