JP2001124561A - 角速度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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、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。

【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。

【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、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。

【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。

【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〜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。

【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。

【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、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。

【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。

【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。

【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。

【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、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。

【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。

【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、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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図13】非共振角速度センサの共振点を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。