JP2000249559A - 三角柱三脚音叉振動子および角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子センサの角速度検出精度を高める。 【解決手段】 頂点をわずかに面取りしたバイモルフ構
造とした圧電素子２、３から３本の正三角形の柱Ａ，
Ｂ，Ｃを根本部にテーパ部５４〜５９を設けて切り出
し、それぞれ２対の音叉を構成する方向に配置すると共
に、正三角形の柱の隣接する２つの面にそれぞれコリオ
リ検出電極を共用する励振電極４、５を配置し、他の１
つの面に励振電極を兼用する２つのモニタ電極６を配置
し、バイモルフサンドイッチ面にサンドイッチ電極７を
配置する。三角柱Ａ，Ｃの励振電極４、５に電圧印加し
て三角柱Ｂの電極４、５からコリオリを検出する。その
際、三角柱ＢはＡ，Ｃと逆向きに撓むため、コリオリ発
生時の固定部にかかる回転モーメントをキャンセルで
き、角速度検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、角速度を検出する振動
子および角速度センサに関し、例えば、車輌のナビゲー
ションシステム、車体制御システムに有効な角速度セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５は従来の角速度センサの構造を示
している。図１５（ａ）において、Ｕ字型の金属振動板
１０１の上部のそれぞれに、これと直角に配置された２
枚の金属板１０２、１０２’を有し、Ｕ字型金属板１０
１の片面に励振用圧電素子１０６を、もう一方の面にモ
ニタ用圧電素子１０７を、さらに金属板１０２と１０
２’のそれぞれは、コリオリ検出用圧電素子１０８、１
０８’を圧電素子１０６，１０７と直角方向に貼り付け
て成る音叉振動子１０３が、固定軸１０４を介して基台
１０５に固定されている。圧電素子１０６，１０７，１
０８、１０８’は、それぞれリード線１０９，１１０，
１１２，１１３を介してリードピン１１４，１１５，１
１６，１１７に接続されている。リードピン１１４，１
１５，１１６，１１７は、いずれもガラスなどの絶縁体
１１８を介して基台１０５と電気的に絶縁されている。

【０００３】次に、上記角速度センサの動作について説
明する。図１５（ａ）はセンサの励振状態を示し、図１
５（ｂ）はセンサのコリオリ力を検出する状態を示して
いる。即ち、図１５（ａ）において、音叉振動子１０３
は、励振用圧電素子１０６への電圧印加によって、常時
１１９方向に音叉励振されている。この励振周波数と振
幅とは、モニタ圧電素子１０７によってモニタリングさ
れ、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１０６の印加電圧をコントロールしている。
このセンサの検出軸１２０に、図１５（ｂ）のように１
２１方向に回転角速度ωが加わると、励振方向１１９と
直角方向に発生するコリオリ力によって、金属板１０
２、１０２’は互いに逆方向１２２、１２３方向に撓む
ことになる。この時発生するコリオリ力ＦＣは、ＦＣ＝
２ｍＶωとなる。 ｍ ：音叉振動子１０３の質量 Ｖ ：励振速度 ω ：印加された回転角速度 このコリオリ力ＦＣは、検出用圧電素子１０８、１０
８’に伸びと縮みという互いに逆方向の歪みを発生させ
るため、差動出力として検出電圧をリードピン１１５，
１１７から取り出すことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の角速度センサには次のような問題がある。 １）角速度ωが発生すると、振動子１０３にコリオリ力
が加わって振動子１０３が図１５（ｂ）の方向（１２
２，１２３）に撓んだことによって発生する回転モーメ
ント１２４が、回転軸１０４に加わるため、回転軸１０
４と基台１０５および音叉振動子１０３との固定度合い
がセンサの角速度検出精度のバラツキ要因となること。 ２）励振用圧電素子１０６、モニタ用圧電素子１０７お
よび検出用圧電素子１０８，１０８’は、音叉振動子１
０３を構成する各金属板１０１，１０２，１０２’に接
着剤を用いて貼り付けられているため、接着のバラツキ
および接着剤の温度特性が、センサ角速度検出精度のバ
ラツキの要因となること。 ３）励振方向とコリオリ検出方向とでは、音叉振動子１
０３を構成する金属板１０１，１０２，１０２’の形状
が一致してないため、励振時の共振周波数とコリオリ検
出時の共振周波数とを一致させにくく、従って検出感度
を高めるのが困難なこと。即ち、図１６（ｂ）のような
共振型角速度センサにすることが難しく、図１６（ａ）
のような非共振型角速度センサになってしまうため、共
振型に比して感度が落ちる。 ４）音叉型振動子１０３の曲げ加工精度、固定軸１０４
と音叉型振動子１０３および基台１０５との固定精度、
および圧電素子１０６，１０７，１０８，１０８’の接
着精度など、組立加工精度のバラツキがセンサの角速度
検出精度のバラツキ要因となること。 ５）振動体にリード線１０９，１１０，１１２，１１３
が接続されるため、リード線１０９，１１０，１１２，
１１３の振れがセンサの角速度検出精度のバラツキ要因
となること。 本発明は、以上の角速度センサに関する課題を解決する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を講じたものである。 １）コリオリ発生時の固定部にかかる回転モーメントを
キャンセルするために三脚音叉構造を採用し、固定部の
固定度合いのバラツキが角速度検出精度に影響を及ぼさ
ないように構成した。 ２）振動子を圧電切り出し構造で形成することで、圧電
素子そのものを振動子にでき、接着部をなくしてセンサ
の検出感度を向上した。 ３）正三角柱で構成される三脚音叉構造を採用すること
により、６０゜の対向位置に電極を形成することによっ
て励振用電極と検出用電極とを共用して角速度検出感度
を向上した。 ４）正三角柱の音叉構造を採用することによって励振時
の共振周波数ｆ０１とコリオリ検出時の共振周波数ｆ０
２とを近づけることができ、共振型角速度センサを実現
して検出感度を向上させた。 ５）正三角柱の根本部分に厚肉部を形成することによ
り、正三角柱の強度を増し、耐衝撃正および耐震性を向
上させた。 本発明は、上記手段を効果的に実施することにより、高
感度で小型な角速度センサを実現できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、頂点を面取りしたバイモルフ構造とした圧電素子か
らなる３本の三角形の柱をそれぞれ２対の音叉を構成す
る方向に配置すると共に、三角形の柱の隣接する２つの
面にそれぞれコリオリ検出電極を共用する励振電極を配
置し、他の１つの面に励振電極を兼用する２つのモニタ
電極を配置し、バイモルフ中間面にサンドイッチ電極を
配置し、３本の三角柱のそれぞれの根本部分に厚肉部を
形成したことを特徴とする角速度検出用の三角柱三脚音
叉振動子であり、三脚音叉構造としているため、コリオ
リ力発生時の回転モーメントがキャンセルでき、振動ロ
スを最小限にできると共に、固定部の検出精度に対する
影響をなくすことができるため、角速度検出が高精度で
実現できる。さらに、各三角柱の根本部分に厚肉部を形
成することにより、三角柱の強度を増し、耐衝撃正およ
び耐震性を向上することができる。

【０００７】本発明の請求項２に記載の発明は、バイモ
ルフ圧電シート状態で励振電極とサンドイッチ電極との
分極を実施しておき、その後に三角柱を切り出し加工
し、メッキ加工、電極分割加工後にモニタ電極とサンド
イッチ電極間の分極を実施するようにした請求項１記載
の三角柱三脚音叉振動子であり、振動子を圧電切り出し
構造で形成することで、圧電素子そのものを振動子にで
き、接着部をなくしてセンサの検出感度を向上できる。

【０００８】本発明の請求項３に記載の発明は、三角柱
切り出し加工後、三角柱を分離せずに予めブリッジ接続
しておき、メッキ後にブリッジカットすることにより、
サンドイッチ電極を他の電極と電気的に絶縁するように
した請求項２記載の三角柱三脚音叉振動子であり、電極
の形成を容易に行うことができる。

【０００９】本発明の請求項４に記載の発明は、三角柱
切り出し加工時にワークを平面的に固定して砥石加工す
ることにより、三角柱の根本部分に厚肉部を形成するよ
うにした請求項２または３記載の三角柱三脚音叉振動子
であり、厚肉部を容易に形成することができる。

【００１０】本発明の請求項５に記載の発明は、三角形
の各面に配置された各電極を三角柱基台の一方の片面に
導出したことを特徴とする請求項１または４記載の三角
柱三脚音叉振動子であり、信号線の接続を振動子ではな
く、固定部で実施しているため、検出精度に影響を及ぼ
さず、検出精度を安定化できる。

【００１１】本発明の請求項６に記載の発明は、３本の
三角柱が正三角柱である請求項１から５のいずれかに記
載の三角柱三脚音叉振動子であり、製造が容易で性能の
安定した角速度センサを実現することができる。

【００１２】本発明の請求項７に記載の発明は、各励振
電極をドライブ電源の一方の極側に接続し、並んだ三角
柱のうち、両端の２本の三角柱のモニタ電極をドライブ
電源のもう一方の極側に接続し、真中の三角柱のモニタ
電極を別の電源端子に接続し、サンドイッチ電極を各励
振電極よりも低電位に分極したことを特徴とする請求項
１から６のいずれかに記載の三角柱三脚音叉振動子であ
り、コリオリ検出軸を両側から励振できるため、振幅を
増幅でき、高感度の角速度センサを実現できる。

【００１３】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１から７のいずれかに記載の三角柱三脚音叉振動子の固
定部を板バネで基台に固定すると共に、基台に絶縁配置
されたリードピンと三角柱三脚音叉振動子の各電極とを
ワイヤボンディング工法によって接続し、検出および励
振回路を含むプリント基板と共に気密封止したことを特
徴とする角速度センサであり、信号線の取り出しをハン
ダ付けではなく、ワイヤボンディングで実施しているた
め、超小型化に対応できると共に、検出精度への影響も
なくすことができる。

【００１４】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。 （実施の形態）図１および図２は本発明の実施の形態に
おける三角柱三脚音叉構造の角速度センサ振動子を示
す。図１の（ａ）は同振動子の表面側の斜視図、（ｂ）
は裏面側の斜視図であり、図２の（ａ）は同振動子の平
面図、（ｂ）は正面図である。三角柱Ａ、Ｂ、Ｃは、符
号１で示す面内で２枚貼り合わせてバイモルフ構造とし
た板状圧電素子２，３から切り出されており、正三角形
断面の各頂点が８ａ、８ａ’、８ａ’’（８ｂ、８
ｂ’、８ｂ’’、８ｃ、８ｃ’、８ｃ’’）の如く面取
りされている。また、各三角柱の３つの面４，５，６，
（４’，５’，６’，４’’，５’’，６’’）には、
図２（ａ）に示すように、それぞれ電極（４ａ，５ａ，
６ａ，６ａ’（４ｂ，５ｂ，６ｂ，６ｂ’，４ｃ，５
ｃ，６ｃ，６ｃ’）とサンドイッチ電極７ａ（７ｂ、７
ｃ）が、矢印ａ，ａ’（ｂ，ｂ’、ｃ，ｃ’）の方向と
矢印ａ’’，ａ’’’（ｂ’’，ｂ’’’、ｃ’’，
ｃ’’’）の方向に分極されている（分極による圧電素
子内の電位を＋、−で示す）。３つの三角柱Ａ、Ｂ、Ｃ
は、ＡとＢとで一対の音叉、またＢとＣとで一対の音叉
を構成しており、Ｌ１：Ｌ２＝１：１またはＬ１：Ｌ２
＝１：２など、２つの音叉が最大効率で振動するように
重心配置寸法Ｌ１，Ｌ２が決定されている。重心配置寸
法は、重心間ピッチまたは図心間ピッチを意味してい
る。

【００１５】三角柱Ａ，Ｂ，Ｃの根本部分には、厚肉部
５４、５５、５６、５７、５８、５９が形成されて、太
さが次第に増して三角柱基台３Ｄに連続している。三角
柱基台Ｄの表面９と裏面１０には電極が形成されてい
る。即ち、表面９には、三角柱Ａ，Ｂ，Ｃの面１からＥ
面側の電極５ａ，６ａ’（５ｂ，６ｂ’、５ｃ，６
ｃ’）がＧ部に、Ｆ面側の電極４ａ，６ａ（４ｂ、６
ｂ、４ｃ、６ｃ）が裏面１０のＩ部とスルーホール２
４，２５，２６，２７，２８，２９を介してＨ部に導出
されている。また、サンドイッチ電極７ａ、７ｂ、７ｃ
は一体に繋がった電極であり、スルーホール３０を介し
て、やはりＨ部に導出されている。電極の配置をより詳
細に述べると、三角柱ＡのＥ側の電極５ａは１２へ、電
極６ａ’は１１へ、Ｆ側の電極４ａは裏面電極１８’お
よびスルーホール２５を介して１８へ、電極６ａは裏面
電極１７’およびスルーホール２４を介して１７へ導出
されている。電極４ｂは裏面電極２０’およびスルーホ
ール２６を介して２０へ、電極６ｂは裏面電極２１’お
よびスルーホール２７を介して２１へ導出されており、
三角柱ＣのＥ側電極５ｃは１６へ、電極６ｃは１５へ、
Ｆ側電極４ｃは裏面電極２３’およびスルーホール２９
を介して２３へ、電極６ｃは裏面電極２２’およびスル
ーホール２８を介して２２へ導出されている。また、サ
ンドイッチ電極７ａ、７ｂ、７ｃは、裏面電極１９’お
よびスルーホール３０を介して１９へ導出されている。
Ｊ部は三角柱三脚音叉振動子の固定部である。

【００１６】図３は上記三角柱三脚音叉振動子Ｚを組み
込んだ一次元角速度センサ、図４は三次元角速度センサ
を示す。三角柱三脚音叉振動子Ｚは、固定部Ｊを３２，
３３でスポット溶接された板バネ３１で基台４８に固定
されており、前述した各電極１１，１２，１３，１４，
１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２
３と回路基板３４に形成されたパッド３５，３６，３
７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４
５，４６，４７とはボンディングワイヤにて接続されて
いる。三角柱三脚音叉振動子Ｚからの出力は、回路基板
３４から回路基板４９を介して基台４８に絶縁固定され
たリードピン５０，５１に導出される。図４に示す３次
元角速度センサは、振動子Ｚ、Ｚ’、Ｚ”を互いに直交
するように配置し、ｘ、ｙ、ｚ３軸方向の角速度を検知
するようにしたものであり、詳細説明は省略する。

【００１７】次に上記三角柱三脚音叉振動子Ｚの動作に
ついて説明する。図５（ａ）において、電極４ａ，５ａ
（４ｂ、５ｂおよび４ｃ、５ｃ）は、三角柱Ａ（Ｂ、
Ｃ）を矢印７０の面内応力に励振するための励振電極で
あると共に、コリオリ力が発生し、三角柱Ａ（Ｂ、Ｃ）
が矢印７１の面垂直方向に撓んだときのコリオリ検出電
極を兼ねている。電極６ａ，６ａ’（６ｂ，６ｂ’、６
ｃ，６ｃ’）は、励振の共振周波数と振幅とをモニタリ
ングするためのモニタ電極（励振電極と兼ねる）であ
る。また、サンドイッチ電極７ａ、７ｂ、７ｃは、コリ
オリ検出電極を兼ねる励振電極４ａ，５ａ（４ｂ、５ｂ
および４ｃ、５ｃ）より低電位に分極されている。

【００１８】図５（ｂ）に各電極の接続図を示す。コリ
オリ力を検出する励振電極４ｂ，５ｂには、アンプ７８
が接続され、その出力端子７９から差動増幅にて電圧変
化分が出力される。各励振電極４ａ，５ａ、４ｂ、５ｂ
および４ｃ、５ｃは、それぞれ抵抗を介してドライブ電
源８０の一方の極側に接続され、モニタ電極６ａ，６
ａ’および６ｃ，６ｃ’は、ドライブ電極８０の他方の
極側に接続されている。また、モニタ電極６ｂ，６ｂ’
は、別の電源端子８１に接続され、サンドイッチ電極７
ａ、７ｂ、７ｃは、グランド端子８２、８３に接続され
ている。励振電極４ａ，５ａおよび、４ｃ，５ｃに電圧
を印加することにより、コリオリ検出軸Ｂは励振軸Ａ、
Ｃによって両側から音叉励振されると共に、自らも励振
電極４ｂ、５ｂへの電圧印加によって励振する。従っ
て、コリオリ検出軸Ｂの振幅は励振軸Ａ、Ｃよりも大き
く増幅されることになり、ある瞬間の励振方向は、音叉
励振のため励振軸Ａ，Ｃ（７４の向きに撓む）とは逆の
向きになり（７５の向きに撓む）、また、音叉励振のた
め、次の瞬間の励振方向は７４，７５とはそれぞれ逆方
向になる。

【００１９】各三角柱Ａ，Ｂ，Ｃが矢印７０の面内方向
に励振されるメカニズムを励振軸Ａを例にとって図５お
よび図６を参照しながら説明する。励振軸Ａの各電極４
ａ，５ａ，６ａ，６ａ’に電圧を交互に印加すると、極
性の電圧印加では励振軸Ａの励振電極４ａ，５ａの内部
電荷（＋）が反転して（−）になり、モニタ電極（励振
電極を兼ねる）６ａ，６ａ’には内部電荷と同じ（＋）
の電圧が印加されるため、７２の部分が７６方向に縮
み、７３の部分が７７の方向に伸びる。このため励振軸
Ａは矢印７４の方向に撓むことになり、励振軸Ａとコリ
オリ検出軸Ｂとの音叉構成によってコリオリ検出軸Ｂも
矢印７５の方向に撓ませられる。同様に、励振軸Ｃとコ
リオリ検出軸Ｂとのもう一対の音叉によって、コリオリ
検出軸Ｂは励振軸Ｃの音叉によっても矢印７５の方向に
撓ませられるため、振幅は増幅される。このように、矢
印７０の面内方向に常時励振している三角柱Ａ，Ｂ，Ｃ
に、図７に示す検出軸８５に角速度８６が加わると、各
三角柱Ａ，Ｂ，Ｃには、矢印７１の面垂直方向にコリオ
リ力が発生し、三角柱Ａ，Ｂ，Ｃは、図７のように面垂
直方向に撓みを生じながら振動することになる。

【００２０】コリオリ力による三角柱Ａ，Ｂ，Ｃの面垂
直撓みの方向は励振の方向によって決まるため、三角柱
ＡとＣと同方向（８７の方向）に撓み、三角柱Ｂは逆方
向（８８の方向）に撓むことになる。三角柱Ｂが図７の
８８の方向に撓むと、図５、図６において、コリオリ検
出電極（励振電極を兼ねる）４ｂは伸び、５ｂは縮むこ
とになるため、サンドイッチ電極７ｂとコリオリ検出電
極４ｂ間およびサンドイッチ電極７ｂとコリオリ検出電
極５ｂ間の電位が変化するため、アンプ７８を介して端
子７９とで差動増幅にて電圧変化分を出力することがで
きる。この時コリオリ検出電極４ｂ、５ｂは、コリオリ
力発生方向に対して直角に近いかたちで配置されるた
め、検出感度が高くなる。さらに、三角柱ＡまたはＣと
三角柱Ｂとの逆方向の面垂直撓みを利用して、三角柱Ａ
または三角柱Ｂとの差動出力も取り出すことが可能であ
り、出力感度の更なる向上が期待できる（図示せず）。

【００２１】以上のように、本実施の形態によれば、振
動子Ｚが三脚音叉構造であるため、コリオリ力が発生し
たときの三角柱三脚音叉振動子Ｚにかかる回転モーメン
トＭは、図８に示すように、＋Ｍ、−Ｍの逆等モーメン
トとなり、三角柱基台部Ｄではキャンセルされた形にな
り、固定部Ｊではモーメントの発生はほとんどゼロにな
る。従って、この三角柱三脚音叉振動子Ｚを固定部Ｊで
固定した場合は、固定の度合いによってコリオリ力検出
精度が影響を受けることがなくなり、検出精度が極めて
高いものとなる。また、この三角柱三脚音叉振動子Ｚ
は、圧電材からの切り出し構造としているため、接着剤
による貼り合わせ部がなく、接着バラツキおよび接着剤
の温度特性の影響がないこと、および寸法バラツキが加
工精度で決定されるため、組立精度のバラツキが重畳さ
れず、角速度検出精度のバラツキを最小限に抑えること
ができる。さらに、正三角柱構成としているため、励振
方向とコリオリ検出方向の共振周波数と一致させやす
く、感度の極めて高い共振型角速度センサを実現でき
る。また、信号線の引き回しが振動の影響の少ない三角
柱基台で行うため、線材の振れが角速度検出精度に影響
を与えることはない。なお、本実施の形態では、３本の
三角柱Ａ，Ｂ，Ｃを正三角柱としたが、必ずしも正三角
柱である必要はなく、三角柱であればどのような形状で
あってもよい。

【００２２】次に本発明の三角柱三脚音叉振動子の製造
方法について説明する。まず、図９（ａ）（ｂ）は２枚
の圧電シート２０１，２０２を積層したバイモルフ圧電
シートＹを示し、図９（ｂ）は図９（ａ）を矢印２０３
の方向から見たスルーホール２０４および２０５を含む
拡大断面図を示す。バイモルフ圧電シートＹには、電極
２０６，２０７とサンドイッチ電極２０８が形成されて
おり、矢印２０９，２１０方向に分極されている。スル
ーホール２０４は、電極２０６と２０７に通じるように
開けられており、サンドイッチ電極２０８とは接続され
ていない。また、スルーホール２０５はサンドイッチ電
極２０８に通じており、電極２０６および２０７とに通
じている。スルーホール２０４，２０５はそれぞれバイ
モルフ圧電シートＹに多数個形成されている。

【００２３】このような構成からなるバイモルフ圧電シ
ートＹから、図１０のようにスリッタなどによってブリ
ッジ２１９，２３１，２３２，２３３によって接続され
た正三角柱Ａ，Ｂ，Ｃを多数個一括して切り出し、図１
１のような三角柱群シートＸを製作する。この時バイモ
ルフ圧電シートＹは、平面的に固定して砥石加工される
ため、三角柱の根元には砥石加工によって厚肉部２３
４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９が形成さ
れるため、各三角柱Ａ、Ｂ、Ｃの根元部は正三角形より
太くなり強度の向上が図られている。このようにして製
作された三角柱群シートＸに、図１１のように、全面メ
ッキを施す。このメッキ被膜によってスルーホール２０
４を介して、電極２０６，２０７とが接続され、スルー
ホール２０５を介してサンドイッチ電極２０８と電極２
０６および２０７とが接続されることになる。

【００２４】その後、図１２に示すように、三角柱Ａ，
Ｂ，Ｃを繋ぐブリッジ２１９，２３１，２３２，２３３
を切り離し、三角柱Ａ，Ｂ，Ｃの各頂点２１３，２１
５，２１３’、２１５’および２１３”、２１５”を面
取りする。ブリッジ２１９，２３１，２３２，２３３の
切り離し部２４０，２１４，２１４’、２４１，２４２
部にはメッキが施されていないので、サンドイッチ電極
２２８は他の電極と電気的に絶縁されていることにな
る。さらに、スリッタまたはレーザとなどによる溝部２
１６，２１７，２１８，２２０，２２１，２２２，２２
３，２２４，２２５，２２６および２２７を形成してメ
ッキを部分的に剥ぐことによって個々の電極に分割す
る。その後、図１３の三角柱Ｃの断面に示すように、モ
ニタ電極（励振電極を兼ねる）２４３および２４４とサ
ンドイッチ電極２２８との間で矢印２４５，２４６の方
向に分極される。励振電極（検出電極と共用）２４７，
２４８とサンドイッチ電極２２８との間の分極は、図９
のバイモルフ圧電シートＹの状態で破線矢印２４９，２
５０の方向に分極済みとなっている。このようにして製
作された三角柱群シートＸを、最後に図１４のように、
２５１，２５２の箇所で個片カットすることにより、三
角柱三脚音叉振動子Ｚが製作されることになる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以下に示すような効果を有す
る。 １）三脚音叉構造としているため、コリオリ力発生時の
回転モーメントがキャンセルでき、振動ロスを最小限に
できると共に、固定部の検出精度に対する影響をなくす
ことができるため、角速度検出が高精度で実現できる。 ２）三脚音叉構造としているため、コリオリ検出軸を両
側から励振することができ、振幅を増幅して小型で高感
度の角速度センサを実現できる。 ３）三角柱構造としているため、コリオリ力発生方向に
対して検出電極を直角に近い形で配置でき、検出感度を
高くできる。 ４）三角柱構造としているため、励振電極と検出電極と
を共用でき、構造がシンプルにできると共に、励振方向
とコリオリ検出方向の共振周波数を一致させやすいた
め、極めて感度の高い小型の角速度センサを実現でき
る。 ５）三角柱で三脚音叉構造としているため、コリオリ検
出軸自体が励振と出力（差動）検出を同時に行うことが
できると共に、他軸との音叉構成による出力増幅も可能
となり、極めて高感度のセンサを実現できる。 ６）三角柱の根本部に厚肉部を形成しているため、三角
柱の強度が増し、加工時のクラックを防止できる。 ７）切り出し加工された三角柱群シートをメッキ前にブ
リッジ接続しているため、ブリッジカット後はサンドイ
ッチ電極が他の電極と電気的に絶縁されることになり、
レーザ等によるサンドイッチ電極の分割加工が不要とな
る。 ８）振動子を圧電材切り出しによって形成しているた
め、接着部がなく、検出精度を高めることができる。 ９）信号線の接続を振動子ではなく、固定部で実施して
いるため、検出精度に影響を及ぼさず、検出精度を安定
化できる。 １０）信号線の取り出しをハンダ付けではなく、ワイヤ
ボンディングで実施しているため、超小型化に対応でき
ると共に、検出精度への影響もなくすことができる。 １１）三角柱の各面に配置された各電極を振動の影響の
少ない三角柱基台部の片面だけに導出することにより、
信号線の接続作業を容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態における角速度セン
サ振動子の表面側の斜視図 （ｂ）本発明の実施の形態における角速度センサ振動子
の裏面側の斜視図

【図２】（ａ）同振動子の平面図 （ｂ）同振動子の正面図

【図３】同振動子を組み込んだ一次元角速度センサ構造
を示す斜視図

【図４】同振動子を組み込んだ三次元角速度センサ構造
を示す斜視図

【図５】（ａ）同振動子の電極配置構成を示す平面図 （ｂ）同振動子の電極接続を示す平面図

【図６】同振動子の励振時の動作を示す正面図

【図７】同振動子のコリオリ発生時の撓み方向を示す斜
視図

【図８】（ａ）同振動子のコリオリ力印加時の発生モー
メントを示す平面図 （ｂ）同振動子のコリオリ力印加時の発生モーメントを
示す正面図

【図９】（ａ）同振動子を切り出すバイモルフ圧電シー
トを示す斜視図 （ｂ）同バイモルフ圧電シートの部分拡大断面図

【図１０】同振動子の切り出し加工を示す斜視図

【図１１】同振動子の切り出し後の三角柱群シートのメ
ッキ加工を示す斜視図

【図１２】同振動子の電極分割加工を示す斜視図

【図１３】同振動子のモニタ電極の分極状態を示す平面
図

【図１４】同振動子の個片分割加工を示す斜視図

【図１５】（ａ）従来の角速度センサ（通常励振時）を
示す斜視図 （ｂ）従来の角速度センサ（コリオリ発生時）を示す斜
視図

【図１６】（ａ）非共振角速度センサの共振点を示す特
性図 （ｂ）共振角速度センサの共振点を示す特性図

【符号の説明】

２、３ 板状圧電素子 ４、５ 励振電極（コリオリ検出電極共用）６ モ
ニタ電極（励振電極兼用） ７ サンドイッチ電極 ５４〜５９ 厚肉部 Ａ，Ｂ，Ｃ 三角柱 Ｄ 三角柱基台 Ｊ 固定部

フロントページの続き (72)発明者 福田 徹 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 森川 貴志 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA01 BB02 BB15 CC01 CC05 CD02 CD06 CD13 CD20 4M112 AA02 BA08 CA23 CA26 CA33 DA05 DA18 EA20 GA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂点を面取りしたバイモルフ構造とした
   圧電素子からなる３本の三角形の柱をそれぞれ２対の音
   叉を構成する方向に配置すると共に、三角形の柱の隣接
   する２つの面にそれぞれコリオリ検出電極を共用する励
   振電極を配置し、他の１つの面に励振電極を兼用する２
   つのモニタ電極を配置し、バイモルフ中間面にサンドイ
   ッチ電極を配置し、３本の三角柱のそれぞれの根本部分
   に厚肉部を形成したことを特徴とする角速度検出用の三
   角柱三脚音叉振動子。
2. 【請求項２】 バイモルフ圧電シート状態で励振電極と
   サンドイッチ電極との分極を実施しておき、その後に三
   角柱を切り出し加工し、メッキ加工、電極分割加工後に
   モニタ電極とサンドイッチ電極間の分極を実施するよう
   にした請求項１記載の三角柱三脚音叉振動子。
3. 【請求項３】 三角柱切り出し加工後、三角柱を分離せ
   ずに予めブリッジ接続しておき、メッキ後にブリッジカ
   ットすることにより、サンドイッチ電極を他の電極と電
   気的に絶縁するようにした請求項２記載の三角柱三脚音
   叉振動子。
4. 【請求項４】 三角柱切り出し加工時にワークを平面的
   に固定して砥石加工することにより、三角柱の根本部分
   に厚肉部を形成するようにした請求項２または３記載の
   三角柱三脚音叉振動子。
5. 【請求項５】 三角形の各面に配置された各電極を三角
   柱基台の一方の片面に導出したことを特徴とする請求項
   １から４のいずれかに記載の三角柱三脚音叉振動子。
6. 【請求項６】 ３本の三角柱が正三角柱である請求項１
   から５のいずれかに記載の三角柱三脚音叉振動子。
7. 【請求項７】 各励振電極をドライブ電源の一方の極側
   に接続し、並んだ三角柱のうち、両端の２本の三角柱の
   モニタ電極をドライブ電源のもう一方の極側に接続し、
   真中の三角柱のモニタ電極を別の電源端子に接続し、サ
   ンドイッチ電極を各励振電極よりも低電位に分極したこ
   とを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の三角
   柱三脚音叉振動子。
8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載の三角
   柱三脚音叉振動子の固定部を板バネで基台に固定すると
   共に、基台に絶縁配置されたリードピンと三角柱三脚音
   叉振動子の各電極とをワイヤボンディング工法によって
   接続し、検出および励振回路を含むプリント基板と共に
   気密封止したことを特徴とする角速度センサ。