JP2002257549A - Tuning fork vibrator, angular velocity sensor provided with tuning fork vibrator, and method of manufacturing angular velocity sensor - Google Patents
Tuning fork vibrator, angular velocity sensor provided with tuning fork vibrator, and method of manufacturing angular velocity sensorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来と比較して角速度の検出精度の高い音叉
振動子、角速度センサ及び角速度センサの製造方法を提
供すること。
【解決手段】 突起状の固定部22a、22bが形成さ
れた基台22と、基台22から立設されて対向配置され
る励振軸23及び検出軸24とを有し、圧電素子から構
成される音叉振動子21において、励振軸23が励振電
極25a、25dと励振電極25b、25cとで互いに
逆方向の分極方向になるように面垂直分極され、検出軸
24が、両端の検出電極26a、26fと検出電極26
c、26dとで互いに逆方向の分極方向になるように面
垂直分極されるとともに、中央の検出電極26b、26
eで両端の検出電極26a、26f、26c、26dと
の間で零電位となるように面内分極され、励振電極25
b、25cと検出電極26c、26dとの分極方向が同
一であるようにする。
(57) [Summary] To provide a tuning fork vibrator, an angular velocity sensor, and a method of manufacturing an angular velocity sensor with higher angular velocity detection accuracy compared to the related art. SOLUTION: The piezoelectric device has a base 22 on which protruding fixing portions 22a and 22b are formed, an excitation shaft 23 and a detection shaft 24 which are erected from the base 22 and arranged to face each other, and are constituted by piezoelectric elements. In the tuning fork vibrator 21, the excitation axis 23 is perpendicularly polarized in plane so that the excitation electrodes 25 a and 25 d and the excitation electrodes 25 b and 25 c are in opposite polarization directions, and the detection axis 24 is connected to the detection electrodes 26 a at both ends. 26f and detection electrode 26
c and 26d, the surfaces are perpendicularly polarized so that the polarization directions are opposite to each other, and the central detection electrodes 26b and 26d
e, the electrodes are in-plane polarized so as to have zero potential between the detection electrodes 26a, 26f, 26c, and 26d at both ends.
b, 25c and the detection electrodes 26c, 26d have the same polarization direction.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音叉振動子、角速
度センサ及び角速度センサの製造方法に関し、より詳し
くは、車両、航空機、及び、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使用される音叉振動子、角
速度センサ及び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 tuning fork vibrator, an angular velocity sensor, and a method of manufacturing an angular velocity sensor, and more particularly, to a posture control and navigation system of a moving body such as a vehicle, an aircraft, and a ship. The present invention relates to a tuning fork vibrator, an angular velocity sensor, and a method for manufacturing an angular velocity sensor.
【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。中でも角速度
センサはニーズが高いセンサであり、特に音叉振動型の
角速度センサは小型軽量に製造できることから幅広い分
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. Among them, the angular velocity sensor is a sensor with high needs, and in particular, the tuning fork vibration type angular velocity sensor can be manufactured in a small size and light weight, so that it is applied in a wide range of fields.
【0003】従来、音叉振動型の角速度センサとして、
例えば、図24に示すような角速度センサが知られてい
る。Conventionally, as a tuning fork vibration type angular velocity sensor,
For example, an angular velocity sensor as shown in FIG. 24 is known.
【0004】まず、この角速度センサの構成について説
明する。First, the configuration of the angular velocity sensor will be described.
【0005】図24において、角速度センサ900の基
台910には固定軸920を介してU字型の金属振動板
940が設けられている。金属振動板940の一方の面
には励振用圧電素子951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952が設けられてお
り、圧電素子951、952は接着剤によって金属振動
板940に固着されている。In FIG. 24, a base 910 of the angular velocity sensor 900 is provided with a U-shaped metal vibration plate 940 via a fixed shaft 920. An excitation piezoelectric element 951 is provided on one surface of the metal vibration plate 940.
A monitor piezoelectric element 952 is provided on the other surface, and the piezoelectric elements 951 and 952 are fixed to the metal vibration plate 940 with an adhesive.
【0006】また、金属振動板940には一対の金属板
941、942が、金属振動板940の面と金属板94
1、942の面とが直交するように設けられている。金
属板941、942にはそれぞれコリオリ検出用圧電素
子953、954が、圧電素子951、952の面とコ
リオリ検出用圧電素子953、954の面とが直交する
ように設けられており、圧電素子953、954は接着
剤によって金属板941、942に固着されている。The metal diaphragm 940 includes a pair of metal plates 941 and 942, and a surface of the metal diaphragm 940 and the metal plate 94.
1, 942 are provided so as to be orthogonal to each other. The metal plates 941 and 942 are provided with Coriolis detecting piezoelectric elements 953 and 954, respectively, such that the surfaces of the piezoelectric elements 951 and 952 and the surfaces of the Coriolis detecting piezoelectric elements 953 and 954 are orthogonal to each other. , 954 are fixed to the metal plates 941, 942 by an adhesive.
【0007】そして、これら金属振動板940、金属板
941、942、圧電素子951〜954が音叉振動子
930を構成している。The metal vibration plate 940, the metal plates 941 and 942, and the piezoelectric elements 951 to 954 form a tuning fork vibrator 930.
【0008】また、圧電素子951〜954はそれぞれ
リード線961〜964によってリードピン971〜9
74に接続されており、リードピン971〜974はガ
ラス等の絶縁体980を介して基台910と電気的に絶
縁されている。The piezoelectric elements 951 to 954 are connected to lead pins 971 to 9 by lead wires 961 to 964, respectively.
The lead pins 971 to 974 are electrically insulated from the base 910 via an insulator 980 such as glass.
【0009】次に、この各速度センサの動作について説
明する。Next, the operation of each speed sensor will be described.
【0010】図24(a)において、励振用圧電素子9
51に電圧を印加すると、音叉振動子930が矢印93
0aの方向に音叉励振される。なお、励振用圧電素子9
51への印加電圧は、モニタ用圧電素子952によって
モニタリングされる励振周波数及び振幅に基づいて、音
叉振動子930が常に一定の周波数と振幅で励振される
ようにコントロールされる。In FIG. 24 (a), the excitation piezoelectric element 9
When a voltage is applied to 51, the tuning fork vibrator 930 turns
The tuning fork is excited in the direction of 0a. The excitation piezoelectric element 9
The voltage applied to 51 is controlled based on the excitation frequency and amplitude monitored by the monitoring piezoelectric element 952 so that the tuning fork vibrator 930 is always excited at a constant frequency and amplitude.
【0011】このとき、図24(b)に示すように、角
速度センサ900の検出軸901に矢印900aの方向
の回転角速度ωが加わると、音叉励振されている矢印9
30aの方向に対して直角方向に発生するコリオリ力F
Cによって金属板941、942が互いに逆方向(矢印
941a、942aの方向)に撓む。At this time, as shown in FIG. 24 (b), when the rotational angular velocity ω in the direction of the arrow 900a is applied to the detection axis 901 of the angular velocity sensor 900, the arrow 9 excited by the tuning fork is turned on.
Coriolis force F generated in a direction perpendicular to the direction of 30a
C causes the metal plates 941 and 942 to bend in opposite directions (directions of arrows 941a and 942a).
【0012】ここで、コリオリ力FCは、コリオリ検出
用圧電素子953、954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ので、コリオリ検出用圧
電素子953、954の検出電圧をリード線963、9
64を介してリードピン973、974から差動出力と
して取り出すことができる。また、コリオリ力FCは、
回転角速度ω、音叉振動子930の質量m、及び、音叉
振動子930の励振速度Vを用いて次式のように表すこ
とができる。 FC=2mVω ・・・式(1)Here, the Coriolis force FC expands in one of the Coriolis detecting piezoelectric elements 953 and 954 and generates a distortion in the other direction of contraction in the other direction. Therefore, the detection voltage of the Coriolis detecting piezoelectric elements 953 and 954 is read. Lines 963, 9
64 and can be taken out from the lead pins 973 and 974 as differential outputs. The Coriolis force FC is
Using the rotational angular velocity ω, the mass m of the tuning fork vibrator 930, and the excitation speed V of the tuning fork vibrator 930, the following expression can be used. FC = 2mVω Equation (1)
【0013】したがって、回転角速度ω、即ち、角速度
は、角速度センサ900を用いることによって得ること
ができていた。Accordingly, the rotational angular velocity ω, that is, the angular velocity, can be obtained by using the angular velocity sensor 900.
【0014】[0014]
【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おいては、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, the conventional angular velocity sensor described above has a problem that the angular velocity detection accuracy cannot be improved.
【0015】より詳細に説明すると、角速度センサ90
0においては、回転角速度ωが発生し、音叉振動子93
0にコリオリ力FCが加わると、音叉振動子930が図
24(b)の矢印941a、942aの方向に撓むこと
によって発生する回転モーメントMが固定軸920に加
わるため、固定軸920と基台910及び金属振動板9
40との固定度合いが角速度の検出精度のばらつき要因
となっていた。また、励振用圧電素子951、モニタ用
圧電素子952及びコリオリ検出用圧電素子953、9
54が接着剤によって金属振動板940及び金属板94
1、942に固着されていたため、接着ばらつき及び接
着剤の温度特性が角速度センサ900による角速度の検
出精度のばらつき要因となっていた。更に、この接着精
度や、上述した固定軸920と基台910及び音叉振動
子930との固定精度や、音叉振動子930の曲げ加工
精度等の組み立て加工時の精度のばらつきも角速度セン
サ900による角速度の検出精度のばらつき要因となっ
ていた。More specifically, the angular velocity sensor 90
0, a rotational angular velocity ω is generated and the tuning fork vibrator 93
When the Coriolis force FC is applied to the fixed shaft 920, a rotational moment M generated by bending the tuning fork vibrator 930 in the directions of arrows 941a and 942a in FIG. 24B is applied to the fixed shaft 920. 910 and metal diaphragm 9
The degree of fixing to 40 has caused a variation in the detection accuracy of the angular velocity. Further, the excitation piezoelectric element 951, the monitor piezoelectric element 952, and the Coriolis detection piezoelectric elements 953, 9
54 is a metal vibration plate 940 and a metal plate 94 by an adhesive.
1 and 942, the variation in adhesion and the temperature characteristics of the adhesive cause the variation in detection accuracy of the angular velocity by the angular velocity sensor 900. Furthermore, the angular velocity sensor 900 also determines variations in the adhesion precision, the precision in fixing the fixed shaft 920 to the base 910 and the tuning fork vibrator 930, and the precision in the assembling processing such as the bending precision of the tuning fork vibrator 930. Was a cause of the variation in the detection accuracy.
【0016】また、振動する金属振動板940及び金属
板941、942に、リード線961〜964が圧電素
子951〜954を介して接続されるため、リード線9
61〜964の捩れが角速度センサ900による角速度
の検出精度のばらつき要因となっていた。Since the leads 961 to 964 are connected to the vibrating metal vibration plate 940 and the metal plates 941 and 942 via the piezoelectric elements 951 to 954, the lead wire 9
The torsion of 61 to 964 has caused a variation in the detection accuracy of the angular velocity by the angular velocity sensor 900.
【0017】また、上記従来の角速度センサは非共振型
角速度センサであるので、共振型角速度センサに比べて
感度が低いという問題があった。より詳細に説明する
と、角速度センサ900において、励振方向(矢印93
0aの方向)とコリオリ検出方向(矢印941a、94
2aの方向)とでは、金属振動板940及び金属板94
1、942の形状(厚み及び幅)が一致しないので、図
25に示すように励振時の共振周波数Faとコリオリ検
出時の共振周波数Fbを一致させ難かった。Further, since the conventional angular velocity sensor is a non-resonant angular velocity sensor, there is a problem that the sensitivity is lower than that of the resonance angular velocity sensor. More specifically, in the angular velocity sensor 900, the excitation direction (arrow 93)
0a) and the Coriolis detection direction (arrows 941a, 941)
2a), the metal diaphragm 940 and the metal plate 94
Since the shapes (thickness and width) of Nos. 1 and 942 do not match, it was difficult to match the resonance frequency Fa during excitation with the resonance frequency Fb during Coriolis detection as shown in FIG.
【0018】そこで、本発明は、従来と比較して角速度
の検出精度の高い音叉振動子、角速度センサ及び角速度
センサの製造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tuning fork vibrator, an angular velocity sensor, and a method of manufacturing an angular velocity sensor which have higher angular velocity detection accuracy than the prior art.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の音叉振動子は、突起状の固定部が形成され
た基台と、前記基台から立設されて対向配置される第1
励振軸及び第1検出軸とを有し、圧電素子から構成され
るとともに、前記第1励振軸及び前記第1検出軸が近接
離隔する面内方向に励振し、励振した状態で、前記第1
励振軸と第1検出軸とに平行で、これら2つの軸に対向
中心軸を回転軸とした角速度が印加された時に発生する
コリオリ力を面垂直方向の撓みとして検出する音叉振動
子において、前記第1励振軸が、表裏面に前記基台に導
出され互いに対向する励振電極を2組設け、前記2組の
励振電極で互いに逆方向の分極方向になるように面垂直
分極され、前記第1検出軸が、表裏面に前記基台に導出
され互いに対向する検出電極を3組設け、前記3組の検
出電極のうち両端の検出電極で互いに逆方向の分極方向
になるように面垂直分極されるとともに、前記3組の検
出電極のうち中央の検出電極で前記両端の検出電極との
間で零電位となるように面内分極され、前記2組の励振
電極のうち前記第1検出軸側の1組の励振電極と、前記
3組の検出電極のうち前記第1励振軸側の1組の検出電
極との分極方向が同一である構成を有している。この構
成により、音叉振動子を面内方向に励振させておき、こ
の励振状態で、音叉振動子の中心軸回りに角速度が印加
されることによって励振方向と直角の面垂直方向に発生
するコリオリ力を検出軸の面垂直方向の撓みとして検出
することによって角速度を検出することができる。ま
た、この構成では、音叉振動子をユニモルフの一体構成
にすることができるため、バイモルフ音叉振動子を構成
したときのような接着剤を不要にでき、振動特性の安定
化を図ることができる上、音叉振動子の特性を生かして
面内振動特性を安定化させることができる。また、音叉
振動子の励振を面内の音叉励振としているため、励振効
率の向上を図ることができる上に、励振軸の表裏面の2
つづつの電極形成を行うことによって面内励振のための
励振電極面積を大きくとることができるため、励振効率
を向上させることができる。また、検出軸に、面内分極
により零電位となる電極を中央に配置し、面垂直分極に
よって両側に+−逆方向の電位となる電極を配置するこ
とによって、コリオリ力の検出出力を両側の電極と中央
零電位の電極との差動で取り出すことができるため、ノ
イズのキャンセルを行うことができ、検出感度を向上で
きる。In order to solve the above-mentioned problems, a tuning fork vibrator of the present invention is provided so as to face a base on which a protruding fixing portion is formed, and stand upright from the base to face each other. First
An excitation axis and a first detection axis, which are composed of a piezoelectric element, and are excited in an in-plane direction where the first excitation axis and the first detection axis are close to and separated from each other;
A tuning fork vibrator for detecting a Coriolis force generated when an angular velocity which is parallel to an excitation axis and a first detection axis and an angular velocity about a center axis opposed to these two axes as a rotation axis is applied as a bending in a direction perpendicular to a plane, A first excitation axis is provided on the front and back sides with two sets of excitation electrodes which are led to the base and are opposed to each other, and the two excitation electrodes are plane-perpendicularly polarized so as to have polarization directions opposite to each other. The detection axis is provided on the front and back surfaces with three sets of detection electrodes led to the base and opposed to each other. Of the three sets of detection electrodes, the detection electrodes at both ends are surface-perpendicularly polarized so as to have polarization directions opposite to each other. In addition, the center detection electrode of the three detection electrodes is in-plane polarized so as to have a zero potential between the detection electrodes at both ends, and the first detection axis side of the two excitation electrodes Of one set of excitation electrodes and three sets of detection electrodes The polarization direction of the pair of sensing electrodes Chi said first excitation axis side has a configuration the same. With this configuration, the tuning fork vibrator is excited in the in-plane direction, and in this excited state, when an angular velocity is applied around the central axis of the tuning fork vibrator, the Coriolis force generated in a direction perpendicular to the excitation direction is perpendicular to the excitation direction. Is detected as the deflection in the direction perpendicular to the plane of the detection axis, the angular velocity can be detected. Further, in this configuration, since the tuning fork vibrator can be integrated with a unimorph, an adhesive unlike the case of forming a bimorph tuning fork vibrator can be eliminated, and the vibration characteristics can be stabilized. The in-plane vibration characteristics can be stabilized by utilizing the characteristics of the tuning fork vibrator. In addition, since the excitation of the tuning fork vibrator is an in-plane tuning fork excitation, the excitation efficiency can be improved, and the excitation shaft has two sides.
By forming successive electrodes, the area of the excitation electrode for in-plane excitation can be increased, so that the excitation efficiency can be improved. In addition, an electrode having zero potential due to in-plane polarization is arranged at the center of the detection axis, and electrodes having potentials in the opposite direction are arranged on both sides due to plane perpendicular polarization. Since it is possible to take out the difference between the electrode and the electrode having the central zero potential, noise can be canceled and the detection sensitivity can be improved.
【0020】また、本発明の角速度センサは、音叉振動
子と、前記音叉振動子の前記突起状の固定部の稜部を挟
持するアーム状の嵌合部を有し、前記嵌合部に前記稜部
を嵌合させることによって前記音叉振動子を保持する保
持部材とを備えた構成を有している。この構成により、
本発明の角速度センサは、音叉振動子を保持する保持部
材を設け、この保持部材に、突起状の固定部の稜部を挟
持するように稜部に嵌合されるアーム状の嵌合部を設け
たため、音叉振動子を保持する際にアーム状の嵌合部を
変形させるようにしてバネ性を得ることができ、線当た
り固定としているために音叉振動子を安定して保持する
ことができるとともに、固定のばらつきが検出感度に影
響を与えるのを少なくすることができる。Further, the angular velocity sensor according to the present invention has a tuning fork vibrator and an arm-like fitting portion for sandwiching a ridge of the projecting fixing portion of the tuning fork vibrator. And a holding member that holds the tuning fork vibrator by fitting the ridge. With this configuration,
The angular velocity sensor of the present invention is provided with a holding member that holds the tuning fork vibrator, and the holding member has an arm-shaped fitting portion that is fitted to the ridge so as to sandwich the ridge of the protruding fixed portion. With this arrangement, when holding the tuning fork vibrator, the arm-shaped fitting portion is deformed to obtain a spring property, and since the line fork is fixed, the tuning fork vibrator can be stably held. In addition, it is possible to reduce the influence of the fixed variation on the detection sensitivity.
【0021】また、本発明の角速度センサは、前記音叉
振動子の前記基台への電極パターン配置において、前記
基台に導出される前記第1励振軸の2つの励振電極が、
前記音叉振動子の中心軸の片側だけに配置された構成を
有している。この構成により、本発明の角速度センサ
は、基台に導出される励振軸の2つの電極パターンを、
音叉振動子の中心軸の片側に配置することによって、励
振駆動時に2つの励振電極パターンが基台自体を伸縮す
るのをキャンセルさせ、基台自体が振動するのを防止す
ることができる。そのため、検出感度を向上できる。さ
らに、励振、検出の両電極を基台に導出することによ
り、回路基板との信号線接続を振動の少ない基台で行う
ことができるため、接続の信頼性の向上を図ることがで
きる。Further, in the angular velocity sensor according to the present invention, in the electrode pattern arrangement of the tuning fork vibrator on the base, two excitation electrodes of the first excitation shaft led out to the base include:
The tuning fork vibrator has a configuration arranged only on one side of a central axis. With this configuration, the angular velocity sensor according to the present invention includes two electrode patterns of the excitation axis led to the base,
By arranging it on one side of the center axis of the tuning fork vibrator, the two excitation electrode patterns can be prevented from expanding and contracting the base itself during excitation driving, and the base itself can be prevented from vibrating. Therefore, the detection sensitivity can be improved. Furthermore, since the excitation and detection electrodes are led out to the base, the signal line connection with the circuit board can be performed on the base with less vibration, so that the connection reliability can be improved.
【0022】また、本発明の角速度センサは、前記保持
部材が、ピンを有し、前記ピンを回路基板に固定するこ
とによって前記音叉振動子を前記回路基板に実装する構
成を有している。この構成により、本発明の角速度セン
サは、保持部材を直接回路基板に半田付け等によって簡
単に実装することができるため、音叉振動の実装の信頼
性を高くすることができるとともに実装作業の作業性を
向上させることができる。The angular velocity sensor according to the present invention has a configuration in which the holding member has a pin, and the tuning fork vibrator is mounted on the circuit board by fixing the pin to the circuit board. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention can easily mount the holding member directly on the circuit board by soldering or the like, so that the reliability of the mounting of the tuning fork vibration can be increased and the workability of the mounting operation can be improved. Can be improved.
【0023】また、本発明の角速度センサは、前記保持
部材が、前記嵌合部にV溝を有し、応力を平等化させた
バネ性のV溝クランパである構成を有している。この構
成により、本発明の角速度センサは、保持部材を応力を
平等化させた形状にすることによって小型化を実現する
とともに、強力なクランプ力を発生させることができ
る。このようなV溝保持部材を用いて音叉振動子を保持
(固定)すると励振時の機械的リークが安定するため、
特性を安定化することが可能となる。Further, the angular velocity sensor according to the present invention has a configuration in which the holding member has a V-groove in the fitting portion, and is a spring-like V-groove clamper for equalizing stress. With this configuration, the angular velocity sensor according to the present invention can achieve downsizing by forming the holding member into a shape in which the stress is equalized, and can generate a strong clamping force. When the tuning fork vibrator is held (fixed) using such a V-groove holding member, mechanical leakage at the time of excitation becomes stable,
Characteristics can be stabilized.
【0024】また、本発明の角速度センサは、前記保持
部材が、タングステン、リン青銅又はステンレス鋼から
構成された構成を有している。この構成により、本発明
の角速度センサは、保持部材として比重が大きく、バネ
性の強いタングステン、リン青銅又はステンレス鋼を使
用することによって、音叉振動子の励振時とコリオリ力
検出時の振動リークを少なくして音叉振動子を保持部材
によって安定して保持することができる。The angular velocity sensor according to the present invention has a configuration in which the holding member is made of tungsten, phosphor bronze, or stainless steel. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention has a large specific gravity as a holding member, and uses tungsten, phosphor bronze, or stainless steel having a strong spring property to reduce vibration leakage during excitation of the tuning fork vibrator and detection of Coriolis force. At least, the tuning fork vibrator can be stably held by the holding member.
【0025】また、本発明の角速度センサは、角速度発
生時のコリオリ力検出回路として、前記第1検出軸の励
振を、前記第1励振軸からの音叉駆動だけでなく、前記
第1検出軸自体の駆動も合わせて行う構成を有してい
る。この構成により、本発明の角速度センサは、検出軸
の励振を、励振軸からの従属的音叉駆動だけでなく、検
出軸自体の駆動も合わせて行うため、振幅が大きくで
き、検出感度が向上する。In the angular velocity sensor according to the present invention, as the Coriolis force detecting circuit when the angular velocity is generated, the excitation of the first detection axis can be performed not only by the tuning fork driving from the first excitation axis but also by the first detection axis itself. Is also performed in combination. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention excites the detection axis, not only the subordinate tuning fork drive from the excitation axis but also the drive of the detection axis itself, so that the amplitude can be increased and the detection sensitivity is improved. .
【0026】また、本発明の角速度センサは、前記音叉
振動子の回転軸とヨー回転軸との方向が同一となるよう
に、前記音叉振動子が前記回路基板に実装された構成を
有している。この構成により、本発明の角速度センサ
は、自動車等のヨー回転時の角速度を高精度に検出する
ことができる。The angular velocity sensor according to the present invention has a configuration in which the tuning fork vibrator is mounted on the circuit board so that the direction of the rotation axis of the tuning fork vibrator and the direction of the yaw rotation axis are the same. I have. With this configuration, the angular velocity sensor according to the present invention can accurately detect the angular velocity of the vehicle or the like during yaw rotation.
【0027】また、本発明の角速度センサは、前記音叉
振動子を前記保持部材に保持して前記回路基板に実装す
ることによって成る振動子ユニットを、アンダー弾性シ
ートとアッパー弾性シートとを介してステムとキャップ
とで挟持するとともに、信号線接続をフレキシブルな基
板で行うことによって、前記音叉振動子を弾性支持する
構成を有している。この構成により、本発明の角速度セ
ンサは、音叉振動子をステムからフローティングした弾
性支持とすることができるため、外部振動ノイズからの
影響を最小限にすることが可能になる。また、落下衝撃
に対しても強くすることができる。Further, the angular velocity sensor according to the present invention is characterized in that a vibrator unit formed by holding the tuning fork vibrator on the holding member and mounting the vibrator on the circuit board is connected to a stem via an under elastic sheet and an upper elastic sheet. The tuning fork vibrator is elastically supported by sandwiching the signal line with a flexible substrate and connecting the signal line with a flexible substrate. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention can make the tuning fork vibrator an elastic support floating from the stem, thereby minimizing the influence of external vibration noise. In addition, it can be made strong against a drop impact.
【0028】また、本発明の角速度センサは、前記音叉
振動子が、前記基台を挟んで前記第1検出軸に対向配置
されるとともに前記第1励振軸と同一条件の分極方向及
び電極を有する第2励振軸と、前記基台を挟んで前記第
1励振軸に対向配置されるとともに前記第1検出軸と同
一条件の分極方向及び電極を有する第2検出軸とを有
し、前記第1励振軸及び前記第2励振軸が面内方向に励
振するときに、前記第1励振軸及び前記第1検出軸の励
振方向に対して前記第2励振軸及び前記第2検出軸が逆
方向に励振し、励振した状態で、前記回転軸のまわりに
角速度を印加した時に発生するコリオリ力によって前記
第1検出軸及び前記第2検出軸が面垂直方向で互いに逆
方向に振動する構成を有している。この構成により、本
発明の角速度センサは、音叉振動子を基台を挟んで励振
軸及び検出軸が交互に対向するH型構造としたため、面
内方向励振時には、音叉振動のための振動リークを小さ
くすることができる。これに加えて、面垂直方向検出時
には、上下二組の励振軸及び検出軸の面垂直振動をモー
メントを打ち消し合う方向に作用させることができ、励
振時及びコリオリ力検出時の両方で振動リークが少ない
音叉振動子を得ることができる。この結果、検出感度の
向上を図ることができるとともに、励振を面内方向に二
組の励振軸及び検出軸の開閉方向(近接、離隔方向)が
互いに逆方向になるように行うことができ、固定部での
モーメントを低減(キャンセル)して安定した固定を行
うことができる。また、コリオリ力検出時の面垂直振動
によって、固定部に発生するモーメントも上下の励振軸
及び検出軸でキャンセルする方向に作用させることがで
きるため、コリオリ力検出に対しても安定した固定を行
うことができる。この結果、励振、検出の両方の効率を
向上させることができ、感度の向上を図ることができ
る。Further, in the angular velocity sensor according to the present invention, the tuning fork vibrator is disposed to face the first detection axis with the base interposed therebetween, and has a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first excitation axis. A second excitation axis, a second detection axis disposed opposite to the first excitation axis with the base interposed therebetween, and having a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first detection axis; When the excitation axis and the second excitation axis excite in the in-plane direction, the second excitation axis and the second detection axis are opposite to the excitation direction of the first excitation axis and the first detection axis. In the excited state, the first detection axis and the second detection axis vibrate in opposite directions in a plane perpendicular direction by Coriolis force generated when an angular velocity is applied around the rotation axis in an excited state. ing. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention has an H-shaped structure in which the excitation axis and the detection axis alternately face each other with the tuning fork vibrator sandwiching the base. Can be smaller. In addition, when detecting the vertical direction of the surface, the vertical vibration of the upper and lower two sets of excitation axes and detection axes can be applied in the direction to cancel the moment, and vibration leakage occurs both at the time of excitation and when the Coriolis force is detected. A small number of tuning fork vibrators can be obtained. As a result, the detection sensitivity can be improved, and the excitation can be performed in the in-plane direction such that the opening and closing directions (proximity and separation directions) of the two sets of the excitation axis and the detection axis are opposite to each other. A stable fixing can be performed by reducing (cancelling) the moment at the fixing portion. In addition, the moment generated in the fixed portion can be caused to act in a direction to be canceled by the upper and lower excitation axes and the detection axis due to the surface vertical vibration at the time of detecting the Coriolis force, so that a stable fixing is performed also for the Coriolis force detection. be able to. As a result, the efficiency of both excitation and detection can be improved, and the sensitivity can be improved.
【0029】また、本発明の角速度センサは、前記音叉
振動子が、前記基台を挟んで前記第1励振軸に対向配置
されるとともに前記第1励振軸と同一条件の分極方向及
び電極を有する第2励振軸と、前記基台を挟んで前記第
1検出軸に対向配置されるとともに前記第1検出軸と同
一条件の分極方向及び電極を有する第2検出軸とを有
し、前記第1励振軸及び前記第2励振軸が面内方向に励
振するときに、前記第1励振軸及び前記第1検出軸の励
振方向に対して前記第2励振軸及び前記第2検出軸が同
方向に励振し、励振した状態で、前記回転軸のまわりに
角速度を印加した時に発生するコリオリ力によって前記
第1検出軸及び前記第2検出軸が面垂直方向で同方向に
振動する構成を有している。この構成により、本発明の
角速度センサは、音叉振動子を基台を挟んで励振軸及び
検出軸が交互に対向するH型構造としたため、コリオリ
力発生時、二対の励振軸及び検出軸からの出力を得るこ
とができ感度を向上できる。また、面内方向励振時に
は、音叉振動のための振動リークを小さくすることがで
きる。Further, in the angular velocity sensor according to the present invention, the tuning fork vibrator is disposed so as to face the first excitation axis with the base interposed therebetween, and has a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first excitation axis. A second excitation axis, a second detection axis disposed opposite to the first detection axis with the base interposed therebetween, and having a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first detection axis; When the excitation axis and the second excitation axis excite in the in-plane direction, the second excitation axis and the second detection axis are in the same direction with respect to the excitation direction of the first excitation axis and the first detection axis. In the excited state, the first detection axis and the second detection axis vibrate in the same direction in a direction perpendicular to the plane by Coriolis force generated when an angular velocity is applied around the rotation axis in an excited state. I have. With this configuration, the angular velocity sensor of the present invention has an H-shaped structure in which the excitation axis and the detection axis alternately oppose each other with the tuning fork vibrator interposed therebetween, so that when Coriolis force is generated, two pairs of the excitation axis and the detection axis are used. And the sensitivity can be improved. Further, at the time of in-plane excitation, vibration leakage due to tuning fork vibration can be reduced.
【0030】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記音叉振動子を製造するに際して、圧電素子から
なるシート材を準備して前記シート材にフォトリソグラ
フィーによって一括して前記励振電極及び前記検出電極
を形成し、次いで、前記励振電極及び前記検出電極に電
圧を印加して前記分極方向に一括して分極処理を行った
後、前記シート材から前記音叉振動子を切り出す構成を
有している。この構成により、角速度センサの心臓部で
ある音叉振動子を一括電極形成、一括分極処理、一括切
り出し方式によって製造することができ、角速度センサ
のコストを低減することができる。In the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, in manufacturing the tuning fork vibrator, a sheet material made of a piezoelectric element is prepared, and the excitation electrode and the detection electrode are collectively formed on the sheet material by photolithography. After forming an electrode, and then applying a voltage to the excitation electrode and the detection electrode to collectively perform polarization processing in the polarization direction, the tuning fork vibrator is cut out from the sheet material. . With this configuration, the tuning fork vibrator, which is the heart of the angular velocity sensor, can be manufactured by the collective electrode formation, the collective polarization processing, and the collective cutout method, and the cost of the angular velocity sensor can be reduced.
【0031】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記励振電極及び前記検出電極に電圧を印加して前
記分極方向に一括して分極処理を行う際、前記2組の励
振電極のうち前記第1検出軸側の1組の励振電極と、前
記3組の検出電極のうち前記第1励振軸側の1組の検出
電極との分極方向が同一となるように分極処理を行う構
成を有している。この構成により、一括分極処理時、励
振軸と検出軸との隣り合う電極の分極方向が同一となる
ように分極処理することにより、励振軸と検出軸とで互
いに分極の影響を低減することができるため、分極時の
減極を低減することができる。In the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, when a voltage is applied to the excitation electrode and the detection electrode to perform a polarization process collectively in the polarization direction, A configuration is provided in which a polarization process is performed so that the polarization direction of one set of excitation electrodes on the first detection axis side and one of the three detection electrodes on the first excitation axis side are the same. are doing. With this configuration, during the collective polarization processing, by performing the polarization processing so that the polarization directions of the adjacent electrodes of the excitation axis and the detection axis are the same, it is possible to reduce the influence of polarization on the excitation axis and the detection axis. Therefore, depolarization during polarization can be reduced.
【0032】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記励振電極及び前記検出電極に電圧を印加して前
記分極方向に一括して分極処理を行う際、前記シート材
の裏面の対向する対応電極をGNDに接続した状態で前
記シート材の表面の負電極に負の分極電圧を印加して面
垂直分極を行い、次いで、前記シート材の裏面の対向す
る対応電極をGNDに接続した状態で前記シート材の表
面の正電極に正の分極電圧を印加して面垂直分極を行っ
た後、前記3組の検出電極のうち中央の検出電極をGN
Dに接続した状態で、前記シート材の表裏面の正負同電
極同士を接続して、正、負の分極電圧を印加して前記3
組の検出電極のうち中央の検出電極の両側を同時に面内
分極する構成を有している。この構成により、2カ所の
面垂直分極と2カ所の面内分極が3回の分極回数で実施
できて、分極の効率化が図れるばかりでなく、検出軸の
3組の検出電極のうち中央の検出電極を零電位とした両
側の面内分極が同時に実施できて、面内分極のばらつき
が低減できるというメリットを有する。Further, in the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, when a voltage is applied to the excitation electrode and the detection electrode and the polarization process is performed collectively in the polarization direction, the back surface of the sheet material is opposed to the opposite direction. In the state where the electrode is connected to GND, a negative polarization voltage is applied to the negative electrode on the front surface of the sheet material to perform surface perpendicular polarization, and then, in the state where the opposite corresponding electrode on the back surface of the sheet material is connected to GND. After applying a positive polarization voltage to the positive electrode on the surface of the sheet material to perform surface perpendicular polarization, the center detection electrode of the three detection electrodes is connected to GN.
D, the positive and negative electrodes on the front and back surfaces of the sheet material are connected to each other, and a positive and negative polarization voltage is applied to the sheet material.
It has a configuration in which both sides of the center detection electrode of the set of detection electrodes are simultaneously in-plane polarized. With this configuration, two plane-perpendicular polarizations and two in-plane polarizations can be performed with three times the number of times of polarization, so that not only the efficiency of polarization can be improved but also the center of the three sets of detection electrodes of the detection axis. This has the advantage that the in-plane polarization on both sides can be performed simultaneously with the detection electrode at zero potential, and the variation in in-plane polarization can be reduced.
【0033】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記音叉振動子のメッキとして、下地メッキとして
低リンタイプ無電解Niメッキ、又は、Ni−B(ボロ
ン)タイプ無電解Niメッキを施し、前記下地メッキの
上に光沢電気Niメッキを施すというコンバインメッキ
にする構成を有している。この構成により、電極パター
ンのフォトソリグラフィー形成とアルミ線のワイヤボン
ディングとの両立を可能ならしめるものである。Further, in the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, as the plating of the tuning fork vibrator, a low phosphorus type electroless Ni plating or a Ni-B (boron) type electroless Ni plating is applied as a base plating. It has a structure in which combine plating is performed in which bright electric Ni plating is applied on the undercoat. With this configuration, it is possible to achieve both photolithographic formation of the electrode pattern and wire bonding of the aluminum wire.
【0034】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、メッキ処理が施された前記保持部材を準備するとと
もに、前記シート材から切り出された前記音叉振動子の
固定部を前記保持部材の前記嵌合部に嵌合した後、前記
保持部材を加熱して前記保持部材に施されたメッキを溶
融して前記固定部と前記嵌合部との隙間に充填する構成
を有している。この構成により、保持部材を固定部に密
着させることができ、音叉振動子を保持部材に安定して
確実に取り付けることができる。In the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, the holding member plated with the material is prepared, and the fixing portion of the tuning fork vibrator cut out of the sheet material is fitted to the fitting member of the holding member. After the fitting, the holding member is heated to melt the plating applied to the holding member and fill the gap between the fixing portion and the fitting portion. With this configuration, the holding member can be brought into close contact with the fixing portion, and the tuning fork vibrator can be stably and reliably attached to the holding member.
【0035】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記保持部材にクランプされた前記音叉振動子の前
記励振軸に形成された前記励振電極のそれぞれに交流電
圧を印加することによって、前記音叉振動子を面内方向
に励振させておき、次いで、前記検出軸の同一面側に形
成された両端の前記検出電極と、中央の前記検出電極と
の間に発生するそれぞれの出力電圧の差をモニタするこ
とによって、前記音叉振動子のよじれ振動の有無と、前
記音叉振動子によじれ振動が有った場合のよじれの大き
さ及びよじれ方向とを判定する構成を有している。この
構成により、面内励振させているにも拘わらず混入する
面垂直方向の不要振動モード(結果として音叉振動子は
よじれ振動となる)の大きさと振動方向を組み立ての前
段階で容易に検出することができる。Further, in the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, the tuning fork is applied by applying an AC voltage to each of the excitation electrodes formed on the excitation shaft of the tuning fork vibrator clamped to the holding member. The vibrator is excited in the in-plane direction, and then the difference between the respective output voltages generated between the detection electrodes at both ends formed on the same plane side of the detection axis and the detection electrode at the center is determined. By monitoring, the presence or absence of kinking vibration of the tuning fork vibrator and the magnitude and direction of kinking when the tuning fork vibrator has kinking vibration are determined. With this configuration, the magnitude and the vibration direction of the unnecessary vibration mode in the direction perpendicular to the surface (as a result, the tuning fork vibrator becomes kinked vibration) mixed despite the in-plane excitation can be easily detected at a stage before assembly. be able to.
【0036】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記音叉振動子のよじれ振動の有無の判定の結果、
前記音叉振動子によじれ振動が有った場合、前記励振軸
又は前記検出軸の何れかのカド部を面取りすることによ
って、前記音叉振動子のよじれ振動を低減する構成を有
している。この構成により、面内励振させているにも拘
わらず混入している不要振動モード(音叉振動子の励振
軸と検出軸との形状寸法の微少な違いなどが原因で発生
する)を容易に低減させ正規の面内励振をさせることが
可能となる。Further, according to the method of manufacturing an angular velocity sensor of the present invention, as a result of determining whether or not the tuning fork vibrator has kinking vibration,
In the case where the tuning fork vibrator has a kinking vibration, a bend portion of either the excitation shaft or the detection shaft is chamfered to reduce the kinking vibration of the tuning fork vibrator. With this configuration, unnecessary vibration modes (generated due to minute differences in the shape and dimensions between the excitation axis and the detection axis of the tuning fork vibrator) that are mixed despite in-plane excitation can be easily reduced. It is possible to cause regular in-plane excitation.
【0037】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記励振軸又は前記検出軸の何れかのカド部を面取
りする際に、よじれが向かう方向に位置する前記励振軸
又は前記検出軸のカド部を1カ所又は複数カ所面取りす
ることによって、前記音叉振動子のよじれ振動を低減す
る構成を有している。この構成により、よじれ振動の方
向とそれを矯正するためのC面取りカド部箇所を特定で
きる。Further, in the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention, when chamfering a quad portion of the excitation shaft or the detection shaft, the quadrature of the excitation shaft or the detection shaft positioned in a direction in which kinks are directed. One or more chamfered portions are provided to reduce the kinking vibration of the tuning fork vibrator. With this configuration, it is possible to specify the direction of the kinking vibration and the location of the C chamfered corner for correcting the direction.
【0038】また、本発明の角速度センサの製造方法
は、前記フレキシブルな基板で接続された前記回路基板
に前記保持部材を介して前記音叉振動子を実装し、サポ
ータと組み合わせて成るセンサユニットを、前記ステム
上に前記アンダー弾性シートの弾性突起で挟持すること
によって保持し、前記フレキシブルな基板の信号線を前
記ステムに形成されたリードピンに接続した状態で角速
度の印加を行ってコリオリ出力を検出測定するととも
に、検出測定した測定データに基づいて前記回路基板に
実装又は形成された抵抗体をトリミングすることによっ
て特性調整を行う構成を有している。この構成により、
音叉振動子を、キャン封止した状態と近い状態で角速度
印加を行って、コリオリ出力を測定できるため、測定デ
ータがキャン封止された最終形状の角速度センサの測定
データとあまり差がなく従ってこの状態でトリミングに
よる特性調整を実施しても調整精度が高く、角速度セン
サの歩留まりが向上できる。Further, the method of manufacturing an angular velocity sensor according to the present invention includes a sensor unit comprising the tuning fork vibrator mounted on the circuit board connected by the flexible board via the holding member and combined with a supporter. Detecting and measuring Coriolis output by applying angular velocity with the signal line of the flexible substrate connected to the lead pin formed on the stem while holding it by clamping it with the elastic projection of the under elastic sheet on the stem In addition, a characteristic adjustment is performed by trimming a resistor mounted or formed on the circuit board based on the measurement data detected and measured. With this configuration,
Since the Coriolis output can be measured by applying an angular velocity to the tuning fork vibrator in a state close to the can-sealed state, the measurement data is not so different from the measurement data of the final-shape angular velocity sensor in the can-sealed state. Even if the characteristics are adjusted by trimming in the state, the adjustment accuracy is high, and the yield of the angular velocity sensor can be improved.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0040】本実施の形態に係る角速度センサは、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ものである。The angular velocity sensor according to the present embodiment is mounted on a posture control and navigation system of a moving body such as a vehicle, an aircraft, and a ship.
【0041】まず、音叉振動子の構成について、組み立
て順序を含めて説明する。First, the structure of the tuning fork vibrator will be described, including the order of assembly.
【0042】図1及び図2において、音叉振動子21は
突起状の固定部22a、22bが形成された基台22
と、基台22から立設されて対向配置される励振軸(第
1励振軸)23及び検出軸(第1検出軸)24とを備
え、圧電セラミックスから構成されている。In FIGS. 1 and 2, the tuning fork vibrator 21 has a base 22 on which protruding fixing portions 22a and 22b are formed.
And an excitation shaft (first excitation shaft) 23 and a detection shaft (first detection shaft) 24 which are erected from the base 22 and arranged to face each other, and are made of piezoelectric ceramics.
【0043】また、励振軸23の表面には2つの励振電
極25a、25bが設けられているとともに励振軸23
の裏面には励振電極25a、26bに対向するように2
つの励振電極25c、25dが設けられており、これら
励振電極25a〜25dは基台22に導出されている。On the surface of the excitation shaft 23, two excitation electrodes 25a and 25b are provided.
On the back surface of the device so as to face the excitation electrodes 25a and 26b.
Two excitation electrodes 25 c and 25 d are provided, and these excitation electrodes 25 a to 25 d are led out to the base 22.
【0044】また、検出軸24の表面に3つの検出電極
26a〜26cが設けられているとともに検出軸24の
裏面には検出電極26a〜26cに対向するように3つ
の検出電極26d〜26fが設けられており、これら検
出電極26a〜26fは基台22に導出されている。Further, three detection electrodes 26a to 26c are provided on the front surface of the detection shaft 24, and three detection electrodes 26d to 26f are provided on the back surface of the detection shaft 24 so as to face the detection electrodes 26a to 26c. The detection electrodes 26 a to 26 f are led out to the base 22.
【0045】また、励振電極25a、25dと励振電極
25b、25cとは分極方向が逆方向(矢印27a、2
7bの方向)になるように面垂直分極が行われている。
また、両側の検出電極26a、26fと検出電極26
c、26dとは分極方向が逆方向(矢印28a、28b
の方向)になるように面垂直分極が行われており、中央
の検出電極26bと両側の検出電極26a、26cとは
矢印29a、29bの方向に面内分極されているととも
に、中央の検出電極26eと両側の検出電極26d、2
6fとは矢印29a、29bの方向と逆方向(矢印29
c、29dの方向)に面内分極されている。The polarization directions of the excitation electrodes 25a and 25d and the excitation electrodes 25b and 25c are opposite (arrows 27a and 27d).
7b).
The detection electrodes 26a and 26f on both sides and the detection electrodes 26
The polarization direction is opposite to that of c and 26d (arrows 28a and 28b
), The center detection electrode 26b and the detection electrodes 26a, 26c on both sides are in-plane polarized in the directions of arrows 29a, 29b, and the center detection electrode 26b. 26e and detection electrodes 26d on both sides, 2
6f is opposite to the direction of the arrows 29a and 29b (arrow 29).
(direction of c, 29d).
【0046】このため、分極後の+電位は励振電極25
a、25c及び検出電極26a、26dとなるととも
に、−電極は励振電極25b、25d及び検出電極26
f、26cとなり、中央の検出電極26b、26eは零
電極となって基台22に導出される。基台22に導出さ
れた励振電極25a、25b及び励振電極25c、25
dは、ともに音叉振動子21の中心軸40の片側に配置
されている。For this reason, the positive potential after the polarization is
a and 25c and the detection electrodes 26a and 26d, and the negative electrodes are the excitation electrodes 25b and 25d and the detection electrodes 26a and 26d.
f, 26c, and the central detection electrodes 26b, 26e become zero electrodes and are led out to the base 22. Excitation electrodes 25a, 25b and excitation electrodes 25c, 25 led out to the base 22
d is arranged on one side of the central axis 40 of the tuning fork vibrator 21.
【0047】また励振軸23の表面に形成された励振電
極25a、25bは零電極である検出電極26bを経由
してワイヤ30a、30bによって接続されており、励
振軸23の裏面に形成された励振電極25c、25dは
ワイヤ30cによって接続されている。また、検出電極
26dと検出電極26fとはワイヤ30dで、励振電極
25cと検出電極26dとはワイヤ30eで接続されて
いる。ワイヤ30d、30eによる接続は省略すること
も可能である。The excitation electrodes 25a, 25b formed on the surface of the excitation shaft 23 are connected by wires 30a, 30b via a detection electrode 26b, which is a zero electrode. The electrodes 25c and 25d are connected by a wire 30c. The detection electrode 26d and the detection electrode 26f are connected by a wire 30d, and the excitation electrode 25c and the detection electrode 26d are connected by a wire 30e. The connection by the wires 30d and 30e can be omitted.
【0048】また、固定部22a、22bの表裏面には
それぞれ独立電極31a〜31dが形成されており、こ
れら独立電極31a〜31dは図3及び図4に示すクラ
ンパブロック(保持部材)32に接触するようになって
いる。Further, independent electrodes 31a to 31d are formed on the front and back surfaces of the fixing portions 22a and 22b, respectively, and these independent electrodes 31a to 31d come into contact with a clamper block (holding member) 32 shown in FIGS. It is supposed to.
【0049】このクランパブロック32はタングステ
ン、リン青銅、又は、ステンレス鋼等から構成されてお
り、固定部22a、22bを挟持するようにして音叉振
動子21を保持するようになっている。The clamper block 32 is made of tungsten, phosphor bronze, stainless steel, or the like, and holds the tuning fork vibrator 21 so as to sandwich the fixing portions 22a and 22b.
【0050】即ち、クランパブロック32は、ガイドピ
ン33a〜33dが形成された本体33と、本体33に
設けられ、先端部に形成されたV溝34a、35aによ
って固定部22a、22bの稜部22c〜22fを保持
するように固定部22a、22bに嵌合されるアーム部
材(嵌合部)34、35と備えており、本体33にアー
ム部材34、35を形成するために本体33とアーム部
材34、35はスリワリ36a、36bによって分離さ
れている。なお、アーム部材34、35の先端にはV溝
の代わりに半円形の溝を形成しても良い。That is, the clamper block 32 is provided with a main body 33 on which guide pins 33a to 33d are formed, and V-grooves 34a, 35a formed on the main body 33 and formed on the ridges 22c of the fixing portions 22a, 22b. Arm members (fitting portions) 34, 35 fitted to the fixing portions 22a, 22b so as to hold the main members 33 to 22f. 34, 35 are separated by a slot 36a, 36b. Note that semicircular grooves may be formed at the ends of the arm members 34 and 35 instead of the V grooves.
【0051】このクランパブロック32は、音叉振動子
21をアーム部材34、35によって保持する際、スリ
ワリ36a、36bの面積が広がるようにアーム部材3
4、35を変形させることによって、バネ性を得ること
ができるが、アーム部材34、35を変形させた時、ア
ーム部材34、35の各部が平等の応力になるような平
等応力化設計を実施しているため、局部的に応力が集中
することがない形状になっている。When the tuning fork vibrator 21 is held by the arm members 34 and 35, the clamper block 32 extends the arm members 3 so that the areas of the slits 36a and 36b are widened.
By deforming the arm members 4 and 35, a spring property can be obtained. However, when the arm members 34 and 35 are deformed, an equal stress design is performed so that each part of the arm members 34 and 35 becomes equal stress. Therefore, the shape is such that stress is not locally concentrated.
【0052】また、クランパブロック32のV溝34
a、35aには、図4(a)に示すように予め低融点メ
ッキ37が施されており、音叉振動子21にクランパブ
ロック32を取り付けた後、このV溝34a、35b部
分を図4(b)に示すようにヒータブロック38で加熱
して低融点メッキ37をリフローすることにより、音叉
振動子21の加工精度等によって生じる固定部22a、
22bの稜部22c〜22fと、V溝34a、35bと
の隙間に独立電極31a〜31dを介して低融点メッキ
37を充填させ、音叉振動子21とクランパブロック3
2の固定ばらつきを低減するようにしている。また、音
叉振動子21は、低融点メッキ37が塗布されたクラン
パブロック32を介して、独立電極31a〜31dがア
ースされるようにしても良い。The V-groove 34 of the clamper block 32
As shown in FIG. 4 (a), low melting point plating 37 is previously applied to the a and 35a. After the clamper block 32 is attached to the tuning fork vibrator 21, the V-grooves 34a and 35b are removed from FIG. As shown in b), by heating with the heater block 38 and reflowing the low-melting-point plating 37, the fixed portion 22 a generated by the processing accuracy of the tuning fork vibrator 21,
The gap between the ridges 22c to 22f of the base 22b and the V-grooves 34a and 35b is filled with the low melting point plating 37 via the independent electrodes 31a to 31d, and the tuning fork vibrator 21 and the clamper block 3 are filled.
2 is reduced. Further, in the tuning fork vibrator 21, the independent electrodes 31a to 31d may be grounded via the clamper block 32 on which the low melting point plating 37 is applied.
【0053】ここで、音叉振動子21の動作メカニズム
を図5に基づいて説明する。Here, the operation mechanism of the tuning fork vibrator 21 will be described with reference to FIG.
【0054】クランパブロック32によって固定部22
a、22bが固定された音叉振動子21は、励振軸23
による励振と、音叉効果とによって、図5(a)に示す
ように励振軸23及び検出軸24が面内方向(矢印39
a、39b及び矢印39c、39dの方向)に励振され
る。The fixed part 22 is fixed by the clamper block 32.
The tuning fork vibrator 21 to which a and 22b are fixed has an excitation shaft 23.
5A and the tuning fork effect, the excitation shaft 23 and the detection shaft 24 are moved in the in-plane direction (arrow 39) as shown in FIG.
a, 39b and directions of arrows 39c, 39d).
【0055】具体的には、励振軸23が矢印39aの方
向に振動すると、音叉効果によって検出軸24が矢印3
9cの方向に振動し、次の瞬間では励振軸23及び検出
軸24が矢印39a、39cの方向と逆方向(矢印39
b、39dの方向)に振動し、この動作、即ち、励振軸
23及び検出軸24が近接、離隔する面内方向の振動を
繰り返す。Specifically, when the excitation shaft 23 vibrates in the direction of the arrow 39a, the detection shaft 24 is moved by the arrow 3a due to the tuning fork effect.
9c, and at the next moment, the excitation axis 23 and the detection axis 24 are opposite to the directions of arrows 39a and 39c (arrow 39).
b, 39d), and this operation, that is, the vibration in the in-plane direction where the excitation shaft 23 and the detection shaft 24 approach and separate from each other is repeated.
【0056】このような面内励振状態において、音叉振
動子21に、音叉振動子21の中心軸40を回転中心と
する回転角速度Ωが印加されると、励振方向と略直交す
る方向にコリオリ力が発生するため、励振軸23及び検
出軸24は図5(b)及び図5(c)に示すように面垂
直方向40a、40bおよび40a′、40b′の成分
の振動が発生する。そして、この振動成分を検出軸24
に形成された検出電極26a〜26fで検出することに
よって印加された角速度の大きさを計測するのである。In such an in-plane excitation state, when a rotational angular velocity Ω around the center axis 40 of the tuning fork vibrator 21 is applied to the tuning fork vibrator 21, the Coriolis force is applied in a direction substantially orthogonal to the excitation direction. 5b, the excitation shaft 23 and the detection shaft 24 generate vibrations in the components in the direction perpendicular to the plane 40a, 40b and 40a ', 40b' as shown in FIGS. 5B and 5C. Then, this vibration component is detected by the detection shaft 24.
The magnitude of the applied angular velocity is measured by detecting with the detection electrodes 26a to 26f formed in the above.
【0057】なお、図6(a)は励振及び角速度を検出
する回路構成を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing a circuit configuration for detecting the excitation and the angular velocity.
【0058】図6(a)において、励振軸23の表面に
形成された励振電極25a、25bは電源42の一方の
端子(COMONライン)42aに接続されているとと
もに、裏面に形成された励振電極25c、25dは電源
42の他方の端子(DRVライン)42bに接続されて
おり、電源42から正負の電圧を交互に励振電極25a
〜25dに印加することによって励振軸23の符号43
aで囲む右部分と符号43bで囲む左部分が交互に伸
び、縮みを繰り返し、励振軸23が面内方向Xに振動す
る。このときに音叉効果によって検出軸24が面内方向
Xに上述したメカニズムで振動する。In FIG. 6A, the excitation electrodes 25a and 25b formed on the surface of the excitation shaft 23 are connected to one terminal (COMMON line) 42a of the power source 42, and the excitation electrode formed on the back surface. 25c and 25d are connected to the other terminal (DRV line) 42b of the power supply 42, and alternately apply positive and negative voltages from the power supply 42 to the excitation electrodes 25a.
To 25d, the reference numeral 43 of the excitation shaft 23 is obtained.
The right portion surrounded by a and the left portion surrounded by reference numeral 43b alternately expand and contract, and the excitation shaft 23 vibrates in the in-plane direction X. At this time, the detection shaft 24 vibrates in the in-plane direction X by the above-described mechanism due to the tuning fork effect.
【0059】検出軸24に形成された検出電極26a〜
26cはコリオリ力が発生することによって生じる面垂
直方向Yに振動するため、検出軸24の符号44aで囲
む上部分と符号44bで囲む下部分との交互の伸び、縮
みによって検出軸24に生じる電圧を、検出電極26b
をアース電極として、差動アンプ45から取り出された
検出電極26a、26cの差動出力(S-とS+ライン出
力との差動)として出力端子46a、46bから外部に
取り出すことができる。なお、図6中、+、−はそれぞ
れ高電位、低電位を示している。The detection electrodes 26a to 26a formed on the detection shaft 24
26c vibrates in the direction perpendicular to the plane caused by the generation of the Coriolis force, and the voltage generated on the detection shaft 24 due to the alternate extension and contraction of the upper portion surrounded by the reference numeral 44a and the lower portion surrounded by the reference numeral 44b of the detection shaft 24. To the detection electrode 26b
Can be taken out from the output terminals 46a, 46b as differential outputs (differential between S − and S + line outputs) of the detection electrodes 26a, 26c taken out of the differential amplifier 45 using the ground electrode as a ground electrode. In FIG. 6, + and-indicate a high potential and a low potential, respectively.
【0060】また、回路構成を図6(b)に示すよう
に、検出軸24の裏面側の検出電極26d、26fを電
源42の一方の端子42bに、検出電極26eをもう一
方の端子42aに接続してもよい(破線で示す)。この
ようにすると検出軸24は、励振軸23で従属的に励振
されるだけでなく検出軸24自体も励振することができ
るためコリオリ力発生時の検出感度が向上する。As shown in FIG. 6B, the detection electrodes 26d and 26f on the back side of the detection shaft 24 are connected to one terminal 42b of the power supply 42, and the detection electrode 26e is connected to the other terminal 42a. They may be connected (shown by broken lines). In this way, the detection shaft 24 can be excited not only by the excitation shaft 23 but also by the excitation shaft 23 itself, so that the detection sensitivity when Coriolis force is generated is improved.
【0061】なお、音叉振動子21への電極パターン配
置としては、図1、図2の他に図7、図8に示すよう
に、励振軸23の励振電極25a、25bの両方が基台
22の中心軸40に対して同一の側に配置される構成で
あれば図7、図8の電極パターン配置でもよい。The arrangement of the electrode patterns on the tuning fork vibrator 21 is such that both the excitation electrodes 25a and 25b of the excitation shaft 23 are mounted on the base 22 as shown in FIGS. 7 and 8 may be used as long as they are arranged on the same side with respect to the central axis 40 of FIG.
【0062】次に、音叉振動子21が装着された角速度
センサの構成を組み立て順序を含めて説明する。Next, the configuration of the angular velocity sensor on which the tuning fork vibrator 21 is mounted will be described including the order of assembly.
【0063】まず、図9は振動子ユニットを示す図であ
る。図9において、クランパブロック32と音叉振動子
21が一体化されてなる振動子ユニット47は電子部品
48a、48bが一体的に設けられた回路基板48に取
り付けられている。具体的には、本体33に形成された
ガイドピン33a、33bが回路基板48に形成された
挿通孔に挿通されて半田付けされることにより振動子ユ
ニット47がクランパブロック32を介して回路基板4
8に固定されている。なお、回路基板48は図6で説明
した回路を含んでいる。FIG. 9 is a view showing a vibrator unit. In FIG. 9, a vibrator unit 47 in which the clamper block 32 and the tuning fork vibrator 21 are integrated is mounted on a circuit board 48 on which electronic components 48a and 48b are integrally provided. Specifically, the vibrator unit 47 is inserted into the insertion holes formed in the circuit board 48 and soldered by inserting the guide pins 33 a and 33 b formed in the main body 33 into the circuit board 4 via the clamper block 32.
8 is fixed. The circuit board 48 includes the circuit described in FIG.
【0064】また、図10に示すように、励振軸23の
裏面に形成された励振電極25dと回路基板48に形成
された図6の回路で説明したCOMONパターン25
d’がワイヤ49aによって接続されている。As shown in FIG. 10, the excitation electrode 25d formed on the back surface of the excitation shaft 23 and the COMMON pattern 25 formed on the circuit board 48 and described in the circuit of FIG.
d 'is connected by a wire 49a.
【0065】図11は各電極と図6で説明した回路との
接続を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the connection between each electrode and the circuit described in FIG.
【0066】図11において、励振軸23の表面に形成
された励振電極25aと25bとが、検出軸24の中央
に形成された零電位の検出電極26bを経由してワイヤ
30a、30bを介して回路基板48に形成された励振
パターン25a’にワイヤ49bによって接続されてい
る。また、検出電極26cと回路基板48に形成された
第1の検出パターン26c’(差動アンプ45のS
-側)がワイヤ49cによって接続されている。また、
検出電極26aと回路基板48に形成された第2の検出
パターン26a’はワイヤ49dによって接続されてい
る。In FIG. 11, excitation electrodes 25a and 25b formed on the surface of the excitation shaft 23 are connected via wires 30a and 30b via a zero-potential detection electrode 26b formed at the center of the detection shaft 24. The excitation pattern 25a 'formed on the circuit board 48 is connected by a wire 49b. Further, the first detection pattern 26c ′ formed on the detection electrode 26c and the circuit board 48 (S
- side) are connected by a wire 49c. Also,
The detection electrode 26a and the second detection pattern 26a 'formed on the circuit board 48 are connected by a wire 49d.
【0067】一方、図11に示す回路基板48に実装さ
れた振動子ユニット47は、図12に示すように電子部
品50a、50bが実装されるとともにサポータ51に
接着された回路基板50に固定されている。具体的に
は、クランパブロック32のガイドピン33c、33d
が回路基板50に形成された図示しない挿通孔に挿通さ
れて半田付けされることにより振動子ユニット47及び
回路基板48がサポータ51を介して回路基板50に取
り付けられている。また、回路基板48及び回路基板5
0はフレキシブル基板52によって位置52a、52b
で半田付けなどによって接続されて、センサユニット6
5を構成している。On the other hand, the vibrator unit 47 mounted on the circuit board 48 shown in FIG. 11 has the electronic parts 50a and 50b mounted thereon and is fixed to the circuit board 50 adhered to the supporter 51 as shown in FIG. ing. Specifically, the guide pins 33c and 33d of the clamper block 32
Is inserted into an insertion hole (not shown) formed in the circuit board 50 and soldered, whereby the vibrator unit 47 and the circuit board 48 are attached to the circuit board 50 via the supporter 51. The circuit board 48 and the circuit board 5
0 is the position 52a, 52b
The sensor unit 6 is connected by soldering or the like.
5.
【0068】次に、図13に示すように弾性突起62
a、62b及び弾性突起63a、63bを有するアンダ
ー弾性シート61が組み付けられたステム55にセンサ
ユニット65が、サポータ51に形成された角穴64
a、64bと弾性突起62a、62bとをY方向に案内
挿入されて挟持状態で組み立てられる。Next, as shown in FIG.
a, a sensor unit 65 is mounted on a stem 55 on which an under elastic sheet 61 having elastic projections 63a, 63b is attached, and a square hole 64 formed on the supporter 51.
a and 64b and the elastic protrusions 62a and 62b are guided and inserted in the Y direction, and are assembled in a sandwiched state.
【0069】また、組み立て後、弾性突起63aと63
bとは図14に示すようにセンサユニット65を挟持し
た状態になっている。After the assembly, the elastic projections 63a and 63a
b indicates a state in which the sensor unit 65 is sandwiched as shown in FIG.
【0070】また、サポータ51は図14に示すように
封止ガラス53a〜53cによってハーメチック固定さ
れたリードピン54a〜54cと、ロウ付け53d等に
よって気密接合されたリードピン54dとを有するステ
ム55にアンダー弾性シート61を介して取り付けら
れ、フレキシブル基板52の各端子部52c、52d、
52e、52fがそれぞれリードピン54a、54b、
54c、54dに挿入されて半田付け固定される。この
状態で、回転を与えて角速度が測定され、回路基板48
又は回路基板50に実装された抵抗(図示せず)の抵抗
値をトリミングして共振周波数や感度の調整を行う。共
振周波数や感度の調整後、ステム55に、図15で示す
ようにアッパー弾性シート66を介してキャップ56を
取り付ける。このキャップ56は底面がステム55に取
り付けられた状態でキャップ56を真空吸引してキャッ
プ56の底面56a全周をステム55にリングプロジェ
クション溶接または冷間圧接することによりステム55
に固定されるようになっている。このようにして角速度
センサ58が得られる。As shown in FIG. 14, the supporter 51 has an under elasticity on a stem 55 having lead pins 54a to 54c hermetically fixed by sealing glasses 53a to 53c and lead pins 54d hermetically joined by brazing 53d or the like. Each terminal portion 52c, 52d of the flexible substrate 52 is attached via a sheet 61,
52e and 52f are lead pins 54a and 54b, respectively.
It is inserted into 54c and 54d and fixed by soldering. In this state, the angular velocity is measured by applying rotation, and the circuit board 48 is rotated.
Alternatively, the resonance value and the sensitivity are adjusted by trimming the resistance value of a resistor (not shown) mounted on the circuit board 50. After the adjustment of the resonance frequency and the sensitivity, the cap 56 is attached to the stem 55 via the upper elastic sheet 66 as shown in FIG. The cap 56 is vacuum-sucked with the bottom surface attached to the stem 55, and the entire periphery of the bottom surface 56 a of the cap 56 is ring-projection welded or cold-pressed to the stem 55 to thereby obtain the stem 55.
Is to be fixed. Thus, the angular velocity sensor 58 is obtained.
【0071】以上のような構成にすることにより音叉振
動子21を保持するセンサユニット65は、アンダー弾
性シート61とアッパー弾性シート66とで挟持された
状態となり、ステム55に植設されたリードピン54
a、54b、54c、54dとは柔らかなフレキシブル
基板52だけで固定されていることになるため、角速度
センサとしては、センサ外部からの振動を遮断すること
になり外部振動の影響を受けにくくなっている。With the above configuration, the sensor unit 65 holding the tuning fork vibrator 21 is sandwiched between the under elastic sheet 61 and the upper elastic sheet 66, and the lead pin 54 implanted on the stem 55 is provided.
Since the a, 54b, 54c, and 54d are fixed only by the soft flexible substrate 52, the angular velocity sensor blocks vibration from the outside of the sensor and is less susceptible to external vibration. I have.
【0072】なお、本発明に係る角速度センサの上述し
た実装形態以外の実装形態としては、例えば、図16及
び図17に示すような音叉振動子71が装着された角速
度センサがある。音叉振動子71は、励振軸は第1励振
軸73のほかに第2励振軸74の2種類有し、検出軸も
第1検出軸75と第2検出軸76の2種類有するいわゆ
るH型の音叉振動子71で構成されるものである。As an implementation other than the implementation of the angular velocity sensor according to the present invention, there is an angular velocity sensor having a tuning fork vibrator 71 as shown in FIGS. 16 and 17, for example. The tuning fork vibrator 71 has a so-called H-shape having two types of excitation axes, a second excitation axis 74 in addition to the first excitation axis 73, and two types of detection axes, a first detection axis 75 and a second detection axis 76. The tuning fork vibrator 71 is configured.
【0073】音叉振動子71の動作メカニズムを説明す
る。The operation mechanism of the tuning fork vibrator 71 will be described.
【0074】図16は、第1励振軸73(第1検出軸7
5)と第2励振軸74(第2検出軸76)とは、中心7
0に対して点対称の位置に配置された例を示す。FIG. 16 shows the first excitation shaft 73 (the first detection shaft 7).
5) and the second excitation axis 74 (second detection axis 76)
An example in which they are arranged at point symmetric positions with respect to 0 is shown.
【0075】クランパブロック32によって固定部72
a、72bが固定された音叉振動子71は、第1励振軸
73及び第2励振軸74による励振と、音叉効果とによ
って図16(a)に示すように第1、第2励振軸73、
74及び第1、第2検出軸75、76が面内方向(矢印
96a〜96d及び矢印97a〜97dの方向)に励振
される。The fixed portion 72 is fixed by the clamper block 32.
The tuning fork vibrator 71 to which a and 72b are fixed is excited by the first excitation shaft 73 and the second excitation shaft 74 and the tuning fork effect, as shown in FIG.
74 and the first and second detection shafts 75 and 76 are excited in in-plane directions (directions of arrows 96a to 96d and arrows 97a to 97d).
【0076】具体的には、第1励振軸73が矢印96b
の方向に振動すると、音叉効果によって第1検出軸75
が矢印96aの方向に振動し、同様に第2励振軸74が
矢印97aの方向に振動すると、音叉効果によって第2
検出軸76が矢印97bの方向に振動し、次の瞬間では
第1励振軸73及び第1検出軸75が矢印96a、96
bの方向と逆方向(矢印96c、96dの方向)に振動
し、同様に第2励振軸74及び第2検出軸76が矢印9
7b、97aの方向と逆方向(矢印97d、97cの方
向)に振動し、この動作、即ち、第1励振軸73及び第
1検出軸75と第2励振軸74及び第2検出軸76が近
接、離隔する面内方向の振動を繰り返す。即ち、第1励
振軸73と第1検出軸75の組み合せから成る第1音叉
振動子と第2励振軸74と第2検出軸76の組み合せか
ら成る第2音叉振動子とが逆の開閉動作を繰り返すこと
になる。Specifically, the first excitation shaft 73 is indicated by an arrow 96b.
Vibrates in the direction of the first detection axis 75 due to the tuning fork effect.
Vibrates in the direction of arrow 96a, and similarly, the second excitation shaft 74 vibrates in the direction of arrow 97a.
The detection shaft 76 vibrates in the direction of the arrow 97b, and at the next moment, the first excitation shaft 73 and the first detection shaft 75 are moved by the arrows 96a and 96a.
Vibration in the direction opposite to the direction b (directions of arrows 96c and 96d), and the second excitation shaft 74 and the second detection shaft 76
Vibration occurs in the direction opposite to the directions of 7b and 97a (directions of arrows 97d and 97c), and this operation, that is, the first excitation shaft 73 and the first detection shaft 75, and the second excitation shaft 74 and the second detection shaft 76 come close to each other. The vibration in the in-plane direction that separates is repeated. That is, the first tuning fork vibrator composed of the combination of the first excitation shaft 73 and the first detection shaft 75 and the second tuning fork vibrator composed of the combination of the second excitation shaft 74 and the second detection shaft 76 open and close in reverse. Will repeat.
【0077】このような面内励振状態において、音叉振
動子71に、音叉振動子71の中心軸98を回転中心と
する回転角速度Ωが印加されると、励振方向と略直交す
る方向にコリオリ力が発生するため、第1、2励振軸7
3、74及び第1、2検出軸75、76は図16(b)
及び図16(c)に示すように面垂直方向99a〜99
dの成分の振動が発生する。そしてこの振動成分を第
1、第2検出軸75、76に形成された検出電極(図示
しない)で検出することによって印加された角速度の大
きさを計測するのである。In such an in-plane excitation state, when a rotational angular velocity Ω about the center axis 98 of the tuning fork vibrator 71 is applied to the tuning fork vibrator 71, the Coriolis force is applied in a direction substantially orthogonal to the excitation direction. Occurs, the first and second excitation shafts 7
The third and the 74 and the first and the second detection axes 75 and 76 are shown in FIG.
And as shown in FIG.
The vibration of the component of d occurs. Then, the magnitude of the applied angular velocity is measured by detecting the vibration component with detection electrodes (not shown) formed on the first and second detection shafts 75 and 76.
【0078】図17は、図16における音叉振動子71
において、第1励振軸73(第1検出軸75)と第2励
振軸74(第2検出軸76)とはセンタライン69に対
して対称位置に配置された例を示し、この場合は、第1
音叉振動子(第1励振軸73及び第1検出軸75で構
成)と第2音叉振動子(第2励振軸74及び第2検出軸
76で構成)とは、同じ開閉動作を繰り返すことにな
る。FIG. 17 shows the tuning fork vibrator 71 shown in FIG.
Shows an example in which the first excitation axis 73 (first detection axis 75) and the second excitation axis 74 (second detection axis 76) are arranged symmetrically with respect to the center line 69. 1
The tuning fork vibrator (composed of the first excitation shaft 73 and the first detection shaft 75) and the second tuning fork vibrator (composed of the second excitation shaft 74 and the second detection shaft 76) repeat the same opening and closing operation. .
【0079】そのため音叉振動子71の中心軸98を回
転中心とする回転角速度Ωが印加されると、図17
(b)及び図17(c)のように第1、第2励振軸7
3、74は同一方向100a、100bの方向に撓み、
第1、第2検出軸75、76も同一方向100c、10
0dに撓むことになる。When a rotation angular velocity Ω about the center axis 98 of the tuning fork vibrator 71 as a rotation center is applied,
(B) and the first and second excitation shafts 7 as shown in FIG.
3, 74 are bent in the same direction 100a, 100b,
The first and second detection axes 75, 76 are also in the same direction 100c, 10c.
It will bend to 0d.
【0080】この振動成分を第1、第2検出軸75、7
6に形成された検出電極(図示しない)で検出すること
によって印加された角速度の大きさを計測する。The vibration components are converted into the first and second detection shafts 75 and 7.
The magnitude of the applied angular velocity is measured by detecting with a detection electrode (not shown) formed in 6.
【0081】さて、音叉振動子21の製造方法について
説明する。Now, a method for manufacturing the tuning fork vibrator 21 will be described.
【0082】まず、図18(a)に示すようにシート状
に焼成され、所定の板厚寸法に仕上げられた圧電セラミ
ックシート材101を準備する。次いで、図18(b)
に示すように無電解Niメッキまたは、金スパッタ等に
よって圧電セラミックシート材101の全面に電極を形
成した後、図18(c)に示すように圧電セラミックシ
ート材101の端面101a〜101dを加工してこの
端面101a〜101dから電極を取り除いて加工の基
準面となる端面101a、101bを仕上げ加工する。
圧電セラミックシート材101に施すメッキとしてはフ
ォトリソグラフィー性とワイヤボンディング性とを成立
させるため、低リン無電解Niメッキ又はNi−B(ボ
ロン)無電解Niメッキを下地として、その上に光沢性
の電気Niメッキを施している。First, as shown in FIG. 18A, a piezoelectric ceramic sheet material 101 fired in a sheet shape and finished to a predetermined thickness is prepared. Next, FIG.
After electrodes are formed on the entire surface of the piezoelectric ceramic sheet material 101 by electroless Ni plating or gold sputtering as shown in FIG. 18, end faces 101a to 101d of the piezoelectric ceramic sheet material 101 are processed as shown in FIG. The electrodes are removed from the end surfaces 101a to 101d, and the end surfaces 101a and 101b serving as the reference surfaces for processing are finished.
As the plating applied to the piezoelectric ceramic sheet material 101, in order to achieve photolithographic properties and wire bonding properties, low-phosphorus electroless Ni plating or Ni-B (boron) electroless Ni plating is used as a base, and glossiness is further provided thereon. Electric Ni plating is applied.
【0083】次いで、図18(d)に示すように圧電セ
ラミックシート材101の表裏面電極にフォトリソグラ
フィー加工を施すことによって励振電極と零電位電極を
含んだ検出電極を一括して形成する。Next, as shown in FIG. 18D, the front and back electrodes of the piezoelectric ceramic sheet material 101 are subjected to photolithography to collectively form detection electrodes including excitation electrodes and zero potential electrodes.
【0084】次いで、図19(a)に示すように面垂直
分極102aと面内分極102bを一括して行うことに
より、図1示す各方向への分極27a、27b、28
a、28b、29a〜29dを行う。Next, as shown in FIG. 19 (a), polarization 27a, 27b, 28 in each direction shown in FIG.
a, 28b, and 29a to 29d.
【0085】ここで、図20及び図21を用いて分極方
法について具体的に説明する。Here, the polarization method will be specifically described with reference to FIGS. 20 and 21.
【0086】図20(a)は、フォトソリグラフィー加
工によって励振電極と、零電位電極を含んだ検出電極を
一括形成された圧電セラミックシート材101を示し、
(+)電極105、(−)電極106及び零電位電極1
07が形成されている。2点鎖線108は、分極後に切
り出される音叉振動子の形状を示し、切り出し後は図1
に示す音叉振動子21となる。図20(b)は、励振軸
23と検出軸24の断面を示し、各矢印は分極後の分極
方向を示すが、励振軸23と検出軸24のとなり合う励
振電極25b、25c及び検出電極26c、26dの分
極後の分極方向(矢印27bと矢印28bの方向)と
は、同一方向になるようレイアウトされている。FIG. 20A shows a piezoelectric ceramic sheet material 101 on which excitation electrodes and detection electrodes including zero potential electrodes are collectively formed by photolithography.
(+) Electrode 105, (-) electrode 106 and zero potential electrode 1
07 is formed. The two-dot chain line 108 shows the shape of the tuning fork vibrator cut out after polarization.
The tuning fork vibrator 21 shown in FIG. FIG. 20 (b) shows a cross section of the excitation axis 23 and the detection axis 24, and each arrow indicates a polarization direction after polarization. The excitation electrodes 25b and 25c and the detection electrode 26c which are adjacent to the excitation axis 23 and the detection axis 24 are shown. , And 26d are laid out in the same direction as the polarization direction after polarization (the direction of arrow 27b and arrow 28b).
【0087】分極手順は、図21(a)に示すように、
最初に裏面の対応電極(励振電極25c、検出電極26
d)をGNDに接続した状態で、表面(TOP面)の
(−)電極(励振電極25b、検出電極26c)に負の
分極電圧を印加して第1の面垂直分極を行う。矢印27
b、28bは分極方向を示す。The polarization procedure is as shown in FIG.
First, the corresponding electrodes (excitation electrode 25c, detection electrode 26
With d) connected to GND, a negative polarization voltage is applied to the (-) electrode (excitation electrode 25b, detection electrode 26c) on the surface (TOP surface) to perform first plane perpendicular polarization. Arrow 27
b and 28b indicate polarization directions.
【0088】次に、図21(b)に示すように、裏面の
対応電極(励振電極25d、検出電極26f)をGND
に接続した状態で、表面の(+)電極(励振電極25
a、検出電極26a)に正の分極電圧を印加して第2の
面垂直分極を実施する。矢印27a、28aは分極方向
を示す。Next, as shown in FIG. 21 (b), the corresponding electrodes (the excitation electrode 25d and the detection electrode 26f) on the back surface are connected to GND.
With the (+) electrode (excitation electrode 25
a, A second polarization perpendicular to the surface is performed by applying a positive polarization voltage to the detection electrode 26a). Arrows 27a and 28a indicate the polarization directions.
【0089】最後に、図21(c)に示すように零電位
電極(検出電極26b、26e)をGNDに接続した状
態で表裏同極電極同士(励振電極25a、検出電極26
a、励振電極25c及び検出電極26d同士、励振電極
25b、検出電極26c、励振電極25d及び検出電極
26f同士)を接続して、正、負の分極電圧を印加して
零電位電極(検出電極26b、26e)の両側の面内分
極(矢印29a、29b、及び矢印29c、29dの方
向)を同時に分極する。図21(d)は、以上の分極過
程を経て分極された複数個の振動子の分極状態を示す。Finally, as shown in FIG. 21 (c), with the zero-potential electrodes (detection electrodes 26b and 26e) connected to GND, the front and rear electrodes of the same polarity (excitation electrode 25a and detection electrode 26a) are connected.
a, the excitation electrode 25c and the detection electrode 26d are connected to each other, and the excitation electrode 25b, the detection electrode 26c, the excitation electrode 25d and the detection electrode 26f are connected to each other, and positive and negative polarization voltages are applied to the zero potential electrode (the detection electrode 26b). , 26e) are polarized simultaneously (in the directions of arrows 29a and 29b and arrows 29c and 29d). FIG. 21D shows the polarization state of a plurality of transducers that have been polarized through the above polarization process.
【0090】以上のようにして分極を行った後、図19
(b)に示すように圧電セラミックシート材101を短
冊シート103a、103bに分割する。そして、図1
9(c)に示すように各短冊シート103a、103b
から音叉振動子21の形状となるような短冊シート10
4を切削加工した後、この短冊シート104から図19
(d)に示すように音叉振動子21を個片分割する。After polarization as described above, FIG.
As shown in (b), the piezoelectric ceramic sheet material 101 is divided into strip sheets 103a and 103b. And FIG.
As shown in FIG. 9 (c), each strip sheet 103a, 103b
Strip sheet 10 having the shape of tuning fork vibrator 21
4 is cut from this strip sheet 104 as shown in FIG.
The tuning fork vibrator 21 is divided into individual pieces as shown in FIG.
【0091】次に、組み立て行程においての、よじれ振
動低減のための調整方法について説明する。Next, an adjustment method for reducing kinking vibration during the assembly process will be described.
【0092】図22は、よじれによる斜め振動発生時の
A出力値及びB出力値の発生メカニズムを模式的に示す
図である。なお、A出力値とは、検出電極26aに発生
する電荷量のことであり、B出力値とは、検出電極26
cに発生する電荷量のことである。FIG. 22 is a diagram schematically showing the mechanism of generating the A output value and the B output value when oblique vibration occurs due to kinking. Note that the A output value is the amount of charge generated on the detection electrode 26a, and the B output value is
This is the amount of charge generated in c.
【0093】図22(a)は、無励振時を示しており、
A出力値、B出力値は出ていない。FIG. 22A shows the state at the time of no excitation.
A output value and B output value are not output.
【0094】図22(b)は、振動方向が矢印115の
方向である理想的な面内振動時を示しており、斜め振動
の発生が無いためA出力値とB出力値とは同一の電荷量
(−10)となっている。FIG. 22B shows an ideal in-plane vibration in which the vibration direction is the direction of the arrow 115. Since no oblique vibration occurs, the A output value and the B output value have the same charge. Amount (−10).
【0095】図22(c)は、矢印116の方向のいわ
ゆる右肩下がりの斜め振動の場合を示している。音叉振
動子21がこの状態の時、検出電極26cに加わるよじ
れ量が検出電極26aに加わるよじれ量よりも小さいの
で、検出電極26cに加わるy方向の圧縮力で発生する
電荷量が検出電極26aに加わるy方向の圧縮力で発生
する電荷量よりも小さくなる。つまり、検出電極26a
には、x方向の圧縮力で発生する電荷量(−10)にy
方向の圧縮力で発生する電荷量(−3(図中に四角で囲
った部分))が加わるため、発生電荷量は(−13)と
なるのに対し、検出電極26cには、x方向の引張力で
発生する電荷量(−10)にy方向の圧縮力で発生する
電荷量(−2(図中に四角で囲った部分))が加わるた
め、発生電荷量は(−12)となる。したがって、A出
力値(−13)と比較してB出力値(−12)が小さく
なる。FIG. 22C shows a case of a so-called downward slanting vibration in the direction of arrow 116. When the tuning fork vibrator 21 is in this state, the amount of kinking applied to the detecting electrode 26c is smaller than the amount of kinking applied to the detecting electrode 26a, so that the amount of charge generated by the y-direction compressive force applied to the detecting electrode 26c is applied to the detecting electrode 26a. It becomes smaller than the amount of electric charge generated by the applied compressive force in the y direction. That is, the detection electrode 26a
, The amount of charge (−10) generated by the compressive force in the x direction is y
Since the amount of charge (−3 (portion enclosed in a square in the figure)) generated by the compressive force in the direction is added, the amount of generated charge is (−13), whereas the detection electrode 26c has the x-direction. Since the charge amount (−10 (portion surrounded by a square in the figure)) generated by the compressive force in the y direction is added to the charge amount (−10) generated by the tensile force, the generated charge amount is (−12). . Therefore, the B output value (-12) is smaller than the A output value (-13).
【0096】図22(d)は、矢印117の方向のいわ
ゆる右肩上がりの斜め振動の場合を示している。音叉振
動子がこの状態の時、検出電極26cに加わるよじれ量
が検出電極26aに加わるよじれ量よりも小さいので、
検出電極26cに加わるy方向の引張力で発生する電荷
量が検出電極26aに加わるy方向の引張力で発生する
電荷量よりも小さくなる。つまり、検出電極26aに
は、x方向の圧縮力で発生する電荷量(−10)にy方
向の引張力で発生する電荷量(+3(図中に四角で囲っ
た部分))が加わるため、発生電荷量は(−7)となる
のに対し、検出電極26cには、x方向の引張力で発生
する電荷量(−10)にy方向の引張力で発生する電荷
量(−2(図中に四角で囲った部分))が加わるため、
発生電荷量は(−12)となる。したがって、A出力値
(−7)と比較してB出力値(−12)が大きくなる。FIG. 22D shows a case of a so-called oblique vibration rising in the right direction in the direction of arrow 117. When the tuning fork vibrator is in this state, the amount of twist applied to the detection electrode 26c is smaller than the amount of twist applied to the detection electrode 26a.
The amount of charge generated by the tensile force in the y direction applied to the detection electrode 26c is smaller than the amount of charge generated by the tensile force in the y direction applied to the detection electrode 26a. That is, since the charge amount (−10) generated by the compressive force in the x direction and the charge amount (+3 (the portion surrounded by a square in the figure)) generated by the tensile force in the y direction are added to the detection electrode 26a, The generated charge amount is (−7), whereas the detection electrode 26c has a charge amount (−10) generated by a tensile force in the x direction and a charge amount (−2 (FIG. )) Is added,
The generated charge amount is (−12). Therefore, the B output value (-12) is larger than the A output value (-7).
【0097】以上のことにより、A出力値とB出力値と
の出力差をモニタすれば、よじれの大きさとよじれの方
向が判別できる。そして、図3のように、音叉振動子2
1をクランパブロック32に装着した状態で励振させた
時、図22(c)のように矢印116の方向の右肩下が
りの斜め振動が発生した場合は、よじれが向かう方向
(矢印118の方向、及び、矢印118’の方向)に位
置する励振軸23のカド部119又は検出軸24のカド
部119’の何れか一方又は両方を、斜線120又は斜
線120’のように面取りすることによって、よじれ振
動を低減できる。As described above, by monitoring the output difference between the A output value and the B output value, it is possible to determine the magnitude of the twist and the direction of the twist. Then, as shown in FIG.
When the device 1 is excited while mounted on the clamper block 32, as shown in FIG. 22 (c), if a diagonal vibration downward in the right direction in the direction of arrow 116 occurs, the direction in which the kinks are directed (the direction of arrow 118, And, by chamfering one or both of the corner 119 of the excitation shaft 23 and the corner 119 'of the detection shaft 24 located in the direction of arrow 118'), as indicated by oblique lines 120 or 120 ', the kinks are formed. Vibration can be reduced.
【0098】同様に、図22(d)のように、矢印11
7の方向の右肩上がりの斜め振動が発生した場合は、よ
じれが向かう方向(矢印121の方向、及び、矢印12
1’の方向)に位置する励振軸23のカド部122又は
検出軸24のカド部122’の何れか一方又は両方を、
斜線123又は斜線123’のように面取りすることに
よって、よじれ振動を低減できる。Similarly, as shown in FIG.
In the case where an oblique vibration rising upward to the right in the direction of arrow 7 occurs, the direction in which the kinks are going (the direction of arrow 121 and the direction of arrow 12)
Either one or both of the corner 122 of the excitation shaft 23 and the corner 122 ′ of the detection shaft 24 located in the direction 1 ′)
By chamfering like the oblique line 123 or the oblique line 123 ', kinking vibration can be reduced.
【0099】次に、組み立て行程において角速度センサ
としての感度などの特性調整方法について説明する。Next, a method of adjusting characteristics such as sensitivity as an angular velocity sensor in the assembling process will be described.
【0100】図23において、センサユニット65がア
ンダー弾性シート61に形成された弾性突起62a、6
2b、63a、63bとで挟持されて、ステム55上に
弾性保持された状態で自立しており、この状態で、角速
度印加用の回転テーブル124にリードピン54a、5
4b、54c、54dを挿入して装着され、回転(角速
度)を印加されてコリオリ出力を測定する。この測定デ
ータに基づいて、回路基板48又は回路基板50に実装
又は形成された抵抗体をトリミングすることによってセ
ンサとしての感度などの特性調整を行う。特性調整終了
後は図15に示すようにキャップ56で封止されるが、
このような音叉振動子21をキャン封止後に近い状態で
あるステム55への弾性保持状態でのコリオリ出力測定
は、最終形状の角速度センサ58の測定データとあまり
差がなく、高精度の調整が可能となる。In FIG. 23, the sensor unit 65 includes elastic projections 62a, 62 formed on the under elastic sheet 61.
2b, 63a, and 63b, and stands independently while being elastically held on the stem 55. In this state, the lead pins 54a, 5a
4b, 54c, and 54d are inserted and mounted, and rotation (angular velocity) is applied to measure Coriolis output. Based on the measurement data, characteristics such as sensitivity as a sensor are adjusted by trimming a resistor mounted or formed on the circuit board 48 or the circuit board 50. After the end of the characteristic adjustment, it is sealed with a cap 56 as shown in FIG.
The Coriolis output measurement in a state where the tuning fork vibrator 21 is elastically held on the stem 55, which is in a state close to the state after the can sealing, has little difference from the measurement data of the angular velocity sensor 58 of the final shape, and high-precision adjustment is possible. It becomes possible.
【0101】以上説明したように、本実施の形態では、
突起状の固定部22a、22bが形成された基台22
と、基台22から立設されて対向配置される励振軸23
及び検出軸24とを有する圧電セラミックから構成され
た音叉振動子21と、固定部22a、22bの稜部22
c〜22fに嵌合されるV溝34a、35aが形成され
たアーム部材34、35を有し、V溝34a、35aに
固定部22a、22bを嵌合させることにより音叉振動
子21を保持するクランパブロック32とを設け、励振
軸23の表裏面に励振電極25a〜25dを設けるとと
もに検出軸24の表裏面に検出電極26a〜26fを設
け、さらに、励振軸23の分極方向として、励振軸23
の表裏面の励振電極25a、25dと励振電極25b、
25cとで分極方向が互いに逆方向になるように面垂直
分極を行ない、検出軸24の分極方向として、検出軸2
4の表裏面の両側の検出電極26a、26c、26d、
26fでは表裏面で逆方向の面垂直分極を行うととも
に、検出軸24の表裏面の中央の検出電極26b、26
eでは両側の検出電極26a、26c、26d、26f
との間で中央の検出電極26b、26eが零電位となる
ように面内分極をしたため、音叉振動子21を面内方向
に励振させておき、この励振状態で、音叉振動子21の
中心軸40回りに角速度が印加されることによって励振
方向と直角の面垂直方向に発生するコリオリ力を検出軸
24の面垂直方向の撓みとして検出することによって角
速度を検出することができる。As described above, in the present embodiment,
Base 22 on which protruding fixing portions 22a and 22b are formed
And an excitation shaft 23 erected from the base 22 and opposed to the base 22
Tuning fork vibrator 21 made of piezoelectric ceramics having a detection shaft 24 and a ridge 22 of fixed portions 22a and 22b
Arm members 34, 35 having V grooves 34a, 35a fitted to c to 22f are formed, and the tuning fork vibrator 21 is held by fitting the fixing portions 22a, 22b to the V grooves 34a, 35a. A clamper block 32 is provided, excitation electrodes 25a to 25d are provided on the front and back surfaces of the excitation shaft 23, and detection electrodes 26a to 26f are provided on the front and back surfaces of the detection shaft 24. Further, as the polarization direction of the excitation shaft 23,
Excitation electrodes 25a and 25d and excitation electrodes 25b
The surface perpendicular polarization is performed so that the polarization directions are opposite to each other.
4, detection electrodes 26a, 26c, 26d on both sides of the front and back surfaces,
In 26f, the surface perpendicular polarization is performed in the opposite direction on the front and back surfaces, and the center detection electrodes 26b and 26
e, detection electrodes 26a, 26c, 26d, 26f on both sides
In this case, the tuning fork vibrator 21 is excited in the in-plane direction, and the center axis of the tuning fork vibrator 21 is excited in the in-plane direction. The angular velocity can be detected by detecting the Coriolis force generated in the direction perpendicular to the plane perpendicular to the excitation direction by the application of the angular velocity around 40 as the deflection of the detection shaft 24 in the direction perpendicular to the surface.
【0102】また、音叉振動子21をユニモルフの一体
構成にすることができるため、バイモルフ音叉振動子を
構成したときのように接着剤を不要にでき、振動特性の
安定化を図ることができる上に、音叉振動子21の特性
を生かして面内振動特性を安定化させることができる。Further, since the tuning fork vibrator 21 can be integrally formed with a unimorph, no adhesive is required as in the case of forming a bimorph tuning fork vibrator, and the vibration characteristics can be stabilized. In addition, the characteristics of the tuning fork vibrator 21 can be utilized to stabilize the in-plane vibration characteristics.
【0103】また、音叉振動子21を保持するクランパ
ブロック32が、音叉振動子21を保持する際にアーム
部材34、35を変形させるようにしてバネ性を得るこ
とができ、V溝クランプのため音叉振動子21を安定し
て保持することができるとともに、固定のばらつきが検
出感度に影響を与えるのを少なくすることができる。Further, the clamper block 32 holding the tuning fork vibrator 21 deforms the arm members 34 and 35 when holding the tuning fork vibrator 21, so that a spring property can be obtained. The tuning fork vibrator 21 can be stably held, and the influence of the variation in fixing on the detection sensitivity can be reduced.
【0104】さらに、クランパブロック32の形状を、
応力を平等化した平等梁構造とすることによって、クラ
ンパブロック32の小型化とクランプ力の強力化を実現
できる。Furthermore, the shape of the clamper block 32 is
By using the equal beam structure in which the stress is equalized, the size of the clamper block 32 can be reduced and the clamping force can be increased.
【0105】また、音叉振動子21の励振を面内の音叉
励振としているため、励振効率の向上を図ることができ
る上に、励振軸23に表裏面の2つづつの電極形成によ
って面内励振のための励振電極面積を大きくとることが
できるため、励振効率を向上させることができる。Further, since the excitation of the tuning fork vibrator 21 is an in-plane tuning fork excitation, the excitation efficiency can be improved, and the excitation shaft 23 is formed with two electrodes on the front and back surfaces to form the in-plane excitation. The area of the excitation electrode can be made large, so that the excitation efficiency can be improved.
【0106】また、検出軸24に、面内分極により零電
位となる検出電極26b、26cを中央に配置し、面垂
直分極により両側に+−逆方向の電位となる検出電極2
6a、26c、26d、26fを配置することによっ
て、コリオリ力の検出出力を両側の電極と中央零電位の
電極との差動で取り出すことができるため、ノイズのキ
ャンセルを行うことができ、検出感度を向上できる。Also, the detection electrodes 26b and 26c having zero potential due to in-plane polarization are arranged at the center of the detection axis 24, and the detection electrodes 2 having potentials of + and-opposite directions on both sides due to plane perpendicular polarization.
By arranging 6a, 26c, 26d, and 26f, the detection output of the Coriolis force can be taken out differentially between the electrodes on both sides and the electrode at the center zero potential, so that noise can be canceled and the detection sensitivity can be obtained. Can be improved.
【0107】さらに、励振電極25a〜25d、検出電
極26a〜26fを基台22に導出することにより、回
路基板48との信号線接続を振動の少ない基台22で行
うことができるため、接続の信頼性向上が図れる。Furthermore, since the excitation electrodes 25a to 25d and the detection electrodes 26a to 26f are led out to the base 22, the signal line connection with the circuit board 48 can be performed on the base 22 with less vibration. Reliability can be improved.
【0108】また、基台22に導出される励振軸23の
2つの励振電極を音叉振動子21の中心軸40の片側だ
けに配置したことにより、励振時に基台22自体を振動
させることがないので、コリオリ検出感度を向上でき
る。Further, since the two excitation electrodes of the excitation shaft 23 led to the base 22 are arranged only on one side of the central axis 40 of the tuning fork vibrator 21, the base 22 itself does not vibrate during excitation. Therefore, the Coriolis detection sensitivity can be improved.
【0109】また、音叉振動子21をクランパブロック
32を介して回路基板48に実装しているため、クラン
パブロック32を直接回路基板48に半田付け等によっ
て簡単に実装することができ、音叉振動子21の実装の
信頼性を高くすることができるとともに実装の作業性を
向上させることができる。Further, since the tuning fork vibrator 21 is mounted on the circuit board 48 via the clamper block 32, the clamper block 32 can be easily mounted directly on the circuit board 48 by soldering or the like. The mounting reliability of the mounting 21 can be increased, and the workability of mounting can be improved.
【0110】また、クランパブロック32として、比重
が大きく、バネ性の強いタングステン、リン青銅、又
は、ステンレス鋼を使用することによって、音叉振動子
21の励振時とコリオリ力検出軸の振動リークを少なく
して音叉振動子21をクランパブロック32によって安
定して保持することができる。Also, by using tungsten, phosphor bronze, or stainless steel having a large specific gravity and a high spring property as the clamper block 32, the vibration leakage of the tuning fork vibrator 21 and the vibration of the Coriolis force detection shaft are reduced. Thus, the tuning fork vibrator 21 can be stably held by the clamper block 32.
【0111】また、検出軸24の励振を、励振軸23か
らの従属的音叉駆動だけでなく、検出軸24自体の駆動
も合わせて行うようにすれば、検出軸24がアシスト駆
動されるので振幅が大きくでき、検出感度が向上する。Further, if the excitation of the detection shaft 24 is performed not only by the subordinate tuning fork drive from the excitation shaft 23 but also by the drive of the detection shaft 24 itself, the detection shaft 24 is assist-driven, so that the amplitude is increased. Can be increased, and the detection sensitivity is improved.
【0112】また、音叉振動子21の中心軸(回転軸)
40とヨー回転軸方向が同一方向となるように音叉振動
子21を回路基板48に実装したため、自動車等のヨー
回転時の角速度高精度に検出することができる。The center axis (rotation axis) of the tuning fork vibrator 21
Since the tuning fork vibrator 21 is mounted on the circuit board 48 so that the direction of the yaw rotation axis is the same as the direction of the yaw rotation axis 40, the angular velocity can be detected with high accuracy when the yaw rotation of the automobile or the like is performed.
【0113】また、センサユニット65を、アンダー弾
性シート61及びアッパー弾性シート66を介して、ス
テム55とキャップ56とで挟持するというフローティ
ング構造としているため外部振動ノイズからの影響を最
小限にすることが可能となるとともに落下衝撃に対して
も強くすることができる。Further, since the sensor unit 65 has a floating structure in which the sensor unit 65 is sandwiched between the stem 55 and the cap 56 via the under elastic sheet 61 and the upper elastic sheet 66, the influence of external vibration noise can be minimized. , And can be made strong against a drop impact.
【0114】また、音叉振動子21を製造するに際し
て、圧電セラミックシート材60を準備し、この圧電セ
ラミックシート材60にフォトリソグラフィーによって
一括して励振電極25a〜25d及び検出電極26a〜
26fを形成し、次いで、励振電極25a〜25d及び
検出電極26a〜26fに電圧を印加して図1に示すよ
うに分極方向に一括して分極処理を行った後、圧電セラ
ミックシート材60から音叉振動子21を切り出すよう
にしたため、角速度センサ58の心臓部である音叉振動
子21を一括電極形成、一括分極処理、一括切り出し方
式によって製造することができ、角速度センサ58のコ
ストを低減することができる。In manufacturing the tuning fork vibrator 21, a piezoelectric ceramic sheet material 60 is prepared, and the excitation electrodes 25a to 25d and the detection electrodes 26a to 26d are collectively formed on the piezoelectric ceramic sheet material 60 by photolithography.
26f is formed, and then a voltage is applied to the excitation electrodes 25a to 25d and the detection electrodes 26a to 26f to collectively perform polarization processing in the polarization direction as shown in FIG. Since the vibrator 21 is cut out, the tuning fork vibrator 21, which is the heart of the angular velocity sensor 58, can be manufactured by collective electrode formation, collective polarization processing, and collective cutout method, and the cost of the angular velocity sensor 58 can be reduced. it can.
【0115】また、励振軸23と検出軸24のとなり合
う電極の分極方向を同一としているため互いに干渉して
減極することがなくなるとともに、表裏4カ所の面内分
極を同時に実施するため分極が安定するするとともに、
振動子個々の分極ばらつきを解消できる。Since the electrodes adjacent to the excitation axis 23 and the detection axis 24 have the same polarization direction, the electrodes do not interfere with each other and are depolarized. To be stable,
The polarization variation of each transducer can be eliminated.
【0116】さらに、音叉振動子21の各電極を低リン
タイプの無電解Niメッキ(または、Ni−B(ボロ
ン)タイプ無電解Niメッキ)と光沢電気Niメッキと
のコンバインメッキとしているため、フォトリソグラフ
ィーによるパターニングとアルミワイヤボンディングと
を安定して行うことができ電極パターンの品質向上が図
れる。Further, since the electrodes of the tuning fork vibrator 21 are formed of a combination of low phosphorus type electroless Ni plating (or Ni-B (boron) type electroless Ni plating) and bright electric Ni plating, the Patterning by lithography and aluminum wire bonding can be stably performed, and the quality of the electrode pattern can be improved.
【0117】さらに、低融点メッキ37の処理が施され
たクランパブロック32を準備するとともに、圧電セラ
ミックシート材60から切り出された音叉振動子21の
固定部22a、22bをクランパブロック32のV溝3
4a、35aに嵌合した後、ヒータブロック38によっ
てクランパブロック32を加熱して低融点メッキ37を
固定部22a、22bとV溝34a、35aの間の隙間
に充填するようにしたため、クランパブロック32を固
定部22a、22bに密着させることができ、音叉振動
子21をクランパブロック32に安定して確実に取り付
けることができる。Further, the clamper block 32 on which the low melting point plating 37 has been processed is prepared, and the fixing portions 22a and 22b of the tuning fork vibrator 21 cut out from the piezoelectric ceramic sheet material 60 are fixed to the V-groove 3 of the clamper block 32.
4a and 35a, the clamper block 32 is heated by the heater block 38 to fill the gap between the fixing portions 22a and 22b and the V-grooves 34a and 35a with the low melting point plating 37. Can be brought into close contact with the fixing portions 22a and 22b, and the tuning fork vibrator 21 can be stably and reliably attached to the clamper block 32.
【0118】また、保持部材(クランパブロック)32
にクランプされた状態で音叉振動子21を面内励振し、
検出電極26a、26cからの出力をモニタすることに
よって不要なよじれ振動を組み立ての前段階で検出でき
るとともに励振軸23又は検出軸24を面取りすること
によってよじれ振動を低減できるので、角速度センサと
しての検出感度を向上できる。A holding member (clamper block) 32
In a state where the tuning fork vibrator 21 is clamped to
By monitoring the output from the detection electrodes 26a and 26c, unnecessary kinking vibration can be detected before the assembly, and the kinking vibration can be reduced by chamfering the excitation shaft 23 or the detection shaft 24. Sensitivity can be improved.
【0119】また、角速度センサとしての感度等の特性
調整を、キャン封止する前にキャン封止した状態とほぼ
同じ状態で(フローティング状態)行うことができるた
め、調整精度が高く、歩留りのよいセンサの製造が可能
となる。Further, since the characteristics such as the sensitivity as the angular velocity sensor can be adjusted in the same state (floating state) as before the can sealing before the can sealing, the adjustment accuracy is high and the yield is good. The manufacture of the sensor becomes possible.
【0120】[0120]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来と比較して角速度の検出精度の高い音叉振動子、角
速度センサ及び角速度センサの製造方法を提供すること
ができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a tuning fork vibrator, an angular velocity sensor, and a method of manufacturing an angular velocity sensor that have higher angular velocity detection accuracy than conventional ones.
【図1】(a)本発明の一実施形態に係る角速度センサ
の音叉振動子の正面図 (b)図1(a)に示す音叉振動子の分極方向を示す励
振軸及び検出軸の底面図1A is a front view of a tuning fork vibrator of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a bottom view of an excitation axis and a detection axis showing a polarization direction of the tuning fork vibrator shown in FIG.
【図2】(a)図1に示す音叉振動子の側面図 (b)図1に示す音叉振動子の背面図2A is a side view of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1. FIG. 2B is a rear view of the tuning fork vibrator shown in FIG.
【図3】(a)図1に示す音叉振動子をクランパブロッ
クで保持した状態を示す正面図 (b)図3(a)に示す音叉振動子及びクランパブロッ
クの側面図 (c)図3(a)に示す音叉振動子及びクランパブロッ
クの上面図3A is a front view showing a state in which the tuning fork vibrator shown in FIG. 1 is held by a clamper block. FIG. 3B is a side view of the tuning fork vibrator and the clamper block shown in FIG. Top view of the tuning fork vibrator and the clamper block shown in a)
【図4】(a)図3(a)に示す音叉振動子及びクラン
パブロックの部分詳細図 (b)図3(a)に示す音叉振動子及びクランパブロッ
クをヒータで加熱する状態を示す上面図4A is a partial detailed view of the tuning fork vibrator and the clamper block shown in FIG. 3A. FIG. 4B is a top view showing a state where the tuning fork vibrator and the clamper block shown in FIG. 3A are heated by a heater.
【図5】(a)図1に示す音叉振動子の励振状態を示す
正面図 (b)図1に示す音叉振動子のコリオリ力発生時の振動
状態を示す側面図 (c)図5(b)の状態での音叉振動子の斜視図5A is a front view showing an excitation state of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1; FIG. 5B is a side view showing a vibration state of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1 when Coriolis force is generated; FIG. Perspective view of the tuning fork vibrator in the state of FIG.
【図6】(a)図1に示す音叉振動子の角速度検出回路
を示す回路図 (b)図1に示す音叉振動子の図6(a)とは異なる角
速度検出回路を示す回路図6A is a circuit diagram showing an angular velocity detecting circuit of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1; FIG. 6B is a circuit diagram showing an angular velocity detecting circuit different from that of FIG. 6A of the tuning fork vibrator shown in FIG.
【図7】本発明の一実施形態に係る角速度センサの図1
とは異なるパターンを示す電極パターン図FIG. 7 is a diagram showing an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention;
Electrode pattern diagram showing a different pattern from
【図8】本発明の一実施形態に係る角速度センサの図1
及び図8とは異なるパターンを示す電極パターン図FIG. 8 shows an angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention.
Pattern diagram showing a pattern different from FIG. 8 and FIG.
【図9】(a)本発明の一実施形態に係る角速度センサ
の音叉振動子ユニットを基板に取り付けた状態を示す正
面図 (b)図9(a)に示す音叉振動子ユニット及び基板の
側面図 (c)図9(a)に示す音叉振動子ユニット及び基板の
上面図9A is a front view showing a state in which a tuning fork vibrator unit of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention is mounted on a substrate. FIG. 9B is a front view showing the tuning fork vibrator unit shown in FIG. FIG. 9C is a top view of the tuning fork vibrator unit and the substrate shown in FIG.
【図10】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サの音叉振動子ユニットの裏面を基板にワイヤボンディ
ングした状態を示す正面図 (b)図10(a)に示す音叉振動子ユニット及び基板
の下面図10A is a front view showing a state in which the back surface of the tuning fork vibrator unit of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention is wire-bonded to a substrate. FIG. 10B is a front view showing the tuning fork vibrator unit shown in FIG. Substrate bottom view
【図11】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サの音叉振動子ユニットの表面を基板にワイヤボンディ
ングした状態を示す正面図 (b)図11(a)に示す音叉振動子ユニット及び基板
の側面図 (c)図11(a)に示す音叉振動子ユニット及び基板
の上面図11A is a front view showing a state in which the surface of the tuning fork vibrator unit of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention is wire-bonded to a substrate. FIG. 11B is a front view showing the tuning fork vibrator unit shown in FIG. Side view of substrate (c) Top view of tuning fork vibrator unit and substrate shown in FIG.
【図12】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サの音叉振動子ユニットを基板及びサポータに取り付け
た状態を示す上面図 (b)図12(a)に示す音叉振動子ユニット、基板及
びサポータの正面図 (c)図12(a)に示す音叉振動子ユニット、基板及
びサポータの側面図12A is a top view showing a state where the tuning fork vibrator unit of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention is attached to a substrate and a supporter. FIG. 12B is a top view showing the tuning fork vibrator unit and the substrate shown in FIG. (C) Side view of the tuning fork vibrator unit, substrate and supporter shown in FIG.
【図13】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サのセンサユニットとステムとの組付けを示す正面図 (b)図13(a)に示すセンサユニット及びステムの
側面図 (c)図13(a)に示すセンサユニット及びステムの
上面図13A is a front view showing the assembling of the sensor unit and the stem of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention. FIG. 13B is a side view of the sensor unit and the stem shown in FIG. Top view of the sensor unit and the stem shown in FIG.
【図14】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サのセンサユニットをステムに取り付けた状態を示す正
面図 (b)図14(a)に示すセンサユニット及びステムの
側面図 (c)図14(a)に示すセンサユニット及びステムの
上面図14A is a front view showing a state in which a sensor unit of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention is attached to a stem. FIG. 14B is a side view of the sensor unit and the stem shown in FIG. Top view of the sensor unit and the stem shown in FIG.
【図15】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サの正面図 (b)図15(a)に示す角速度センサの側面図 (c)図15(a)に示す角速度センサの上面図15A is a front view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 15B is a side view of the angular velocity sensor shown in FIG. 15A. FIG. 15C is a top view of the angular velocity sensor shown in FIG.
【図16】(a)図1に示す音叉振動子とは異なる構成
の音叉振動子の励振状態を示す正面図 (b)図16(a)に示す音叉振動子のコリオリ力発生
時の振動状態を示す側面図 (c)図16(b)の状態での音叉振動子の斜視図16 (a) is a front view showing an excitation state of a tuning fork vibrator having a configuration different from that of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1; (b) a vibration state of the tuning fork vibrator shown in FIG. 16 (a) when Coriolis force is generated (C) A perspective view of the tuning fork vibrator in the state of FIG. 16 (b)
【図17】(a)図1及び図16に示す音叉振動子とは
異なる構成の音叉振動子の励振状態を示す正面図 (b)図17(a)に示す音叉振動子のコリオリ力発生
時の振動状態を示す側面図 (c)図17(b)の状態での音叉振動子の斜視図17A is a front view showing an excitation state of a tuning fork vibrator having a configuration different from that of the tuning fork vibrator shown in FIGS. 1 and 16; FIG. 17B is a diagram showing a state in which a Coriolis force is generated by the tuning fork vibrator shown in FIG. (C) Perspective view of the tuning fork vibrator in the state of FIG. 17 (b)
【図18】(a)〜(d)図1に示す音叉振動子の製造
手順を示す斜視図18 (a) to (d) are perspective views showing a procedure for manufacturing the tuning fork vibrator shown in FIG.
【図19】(a)〜(d)図18の(d)に継続する音
叉振動子の製造手順を示す斜視図19 (a) to 19 (d) are perspective views showing a procedure for manufacturing a tuning fork vibrator continued from FIG. 18 (d).
【図20】(a)電圧シートに形成されたパターン図 (b)音叉振動子の励振軸及び検出軸の分極状態を示す
断面図20A is a pattern diagram formed on a voltage sheet. FIG. 20B is a cross-sectional view showing a polarization state of an excitation axis and a detection axis of the tuning fork vibrator.
【図21】(a)図1に示す音叉振動子の第1の面垂直
分極を示す断面図 (b)図1に示す音叉振動子の第2の面垂直分極を示す
断面図 (c)図1に示す音叉振動子の面内分極を示す断面図 (d)図1に示す音叉振動子と同様な複数の音叉振動子
の分極状態を示す断面図21A is a cross-sectional view illustrating a first plane perpendicular polarization of the tuning fork vibrator illustrated in FIG. 1; FIG. 21B is a cross-sectional view illustrating a second plane perpendicular polarization of the tuning fork vibrator illustrated in FIG. Sectional view showing in-plane polarization of the tuning fork resonator shown in FIG. 1 (d) Sectional view showing the polarization state of a plurality of tuning fork resonators similar to the tuning fork resonator shown in FIG.
【図22】(a)図1に示す音叉振動子の無励振時の電
荷発生状態を示す断面図 (b)図1に示す音叉振動子の面内励振時の電荷発生状
態を示す断面図 (c)図1に示す音叉振動子のよじれ振動時の電荷発生
状態を示す断面図 (d)図1に示す音叉振動子の、図22(c)と逆方向
のよじれ振動時の電荷発生状態を示す断面図22 (a) is a cross-sectional view showing the state of charge generation when the tuning fork vibrator shown in FIG. 1 is not excited, and (b) is a cross-sectional view showing the state of charge generation when the tuning fork vibrator shown in FIG. 1 is excited in a plane. c) Cross-sectional view showing the state of charge generation during kinking vibration of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1. (d) The state of charge generation of the tuning fork vibrator shown in FIG. 1 during kinking vibration in the direction opposite to that of FIG. Cross section shown
【図23】(a)本発明の一実施形態に係る角速度セン
サの特性トリミング前の測定状態を示す正面図 (b)図23(a)に示す角速度センサの側面図 (c)図23(a)に示す角速度センサの上面図23A is a front view showing a measurement state before characteristic trimming of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention. FIG. 23B is a side view of the angular velocity sensor shown in FIG. Top view of the angular velocity sensor shown in ()
【図24】(a)従来の角速度センサの斜視図 (b)図24(a)に示す角速度センサのコリオリ力発
生時の状態を示す斜視図24A is a perspective view of a conventional angular velocity sensor. FIG. 24B is a perspective view of the angular velocity sensor shown in FIG.
【図25】非共振角速度センサの共振点を示す特性図FIG. 25 is a characteristic diagram showing a resonance point of the non-resonant angular velocity sensor.
22a、22b 固定部 22 基台 23 励振軸(第1励振軸) 24 検出軸(第1検出軸) 21 音叉振動子 25a、25b、25c、25d 励振電極 26a、26b、26c、26d、26e、26f
検出電極 22c、22d、22e、22f 稜部 34、35 アーム部材(嵌合部) 32 クランパブロック(保持部材) 58 角速度センサ 40 中心軸 33a、33b、33c、33d ガイドピン 48 回路基板 50 回路基板 34a、35a V溝 47 振動子ユニット 61 アンダー弾性シート 66 アッパー弾性シート 55 ステム 56 キャップ 52 フレキシブル基板(フレキシブルな基板) 71 音叉振動子 73 励振軸(第1励振軸) 74 励振軸(第2励振軸) 75 検出軸(第1検出軸) 76 検出軸(第2検出軸) 60 圧電セラミックシート材(シート材) 37 低融点メッキ(保持部材に施されたメッキ) 119、119’ カド部 122、122’ カド部 51 サポータ 65 センサユニット 54a、54b、54c、54d リードピン22a, 22b Fixed part 22 Base 23 Excitation axis (first excitation axis) 24 Detection axis (first detection axis) 21 Tuning fork vibrator 25a, 25b, 25c, 25d Excitation electrode 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f
Detection electrode 22c, 22d, 22e, 22f Ridge part 34, 35 Arm member (fitting part) 32 Clamper block (holding member) 58 Angular velocity sensor 40 Central axis 33a, 33b, 33c, 33d Guide pin 48 Circuit board 50 Circuit board 34a , 35a V-groove 47 Vibrator unit 61 Under elastic sheet 66 Upper elastic sheet 55 Stem 56 Cap 52 Flexible board (flexible board) 71 Tuning fork vibrator 73 Excitation axis (first excitation axis) 74 Excitation axis (second excitation axis) 75 Detection axis (first detection axis) 76 Detection axis (second detection axis) 60 Piezoelectric ceramic sheet material (sheet material) 37 Low melting point plating (plating applied to holding member) 119, 119 'Cad portions 122, 122' Cad part 51 Supporter 65 Sensor unit 54a, 54b, 54c, 54d Lead pin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関野 晴彦 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 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 Fターム(参考) 2F105 AA01 BB02 BB11 CC01 CD13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Haruhiko Sekino 4-3-1 Tsunashima Higashi, Kohoku-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. No.3-1, Matsushita Communication Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 2F105 AA01 BB02 BB11 CC01 CD13
Claims (20)
記基台から立設されて対向配置される第1励振軸及び第
1検出軸とを有し、圧電素子から構成されるとともに、
前記第1励振軸及び前記第1検出軸が近接離隔する面内
方向に励振し、励振した状態で、前記第1励振軸と第1
検出軸とに平行で、これら2つの軸に対向中心軸を回転
軸とした角速度が印加された時に発生するコリオリ力を
面垂直方向の撓みとして検出する音叉振動子において、 前記第1励振軸が、表裏面に前記基台に導出され互いに
対向する励振電極を2組設け、前記2組の励振電極で互
いに逆方向の分極方向になるように面垂直分極され、 前記第1検出軸が、表裏面に前記基台に導出され互いに
対向する検出電極を3組設け、前記3組の検出電極のう
ち両端の検出電極で互いに逆方向の分極方向になるよう
に面垂直分極されるとともに、前記3組の検出電極のう
ち中央の検出電極で前記両端の検出電極との間で零電位
となるように面内分極され、 前記2組の励振電極のうち前記第1検出軸側の1組の励
振電極と、前記3組の検出電極のうち前記第1励振軸側
の1組の検出電極との分極方向が同一であることを特徴
とする音叉振動子。1. A piezoelectric device comprising: a base on which a projection-shaped fixing portion is formed; a first excitation axis and a first detection axis which are erected from the base and arranged to face each other; With
The first excitation axis and the first detection axis are excited in an in-plane direction in which the first excitation axis and the first detection axis are close to and separated from each other.
In a tuning fork vibrator that detects a Coriolis force generated when an angular velocity that is parallel to a detection axis and is applied to these two axes with a center axis opposed to the rotation axis as a rotation in a direction perpendicular to the surface, the first excitation axis is Two sets of excitation electrodes led to the base and opposed to each other are provided on the front and back surfaces, and the two sets of excitation electrodes are vertically polarized so that the polarization directions are opposite to each other. On the back surface, three sets of detection electrodes led out to the base and opposed to each other are provided, and the detection electrodes at both ends of the three sets of detection electrodes are polarized perpendicular to the surface so as to be in opposite polarization directions to each other. A center detection electrode of the set of detection electrodes is in-plane polarized so as to have a zero potential between the detection electrodes at both ends, and one of the two sets of excitation electrodes on the first detection axis side is excited. An electrode and the third one of the three detection electrodes. Tuning fork vibrator, wherein the direction of polarization of the pair of detection electrodes of the excitation axis side are identical.
アーム状の嵌合部を有し、前記嵌合部に前記稜部を嵌合
させることによって前記音叉振動子を保持する保持部材
とを備えたことを特徴とする角速度センサ。2. The tuning fork vibrator according to claim 1, further comprising: an arm-shaped fitting portion for sandwiching a ridge of the projection-shaped fixing portion of the tuning fork vibrator, wherein the fitting portion has the ridge. And a holding member that holds the tuning fork vibrator by fitting a portion of the angular velocity sensor.
ーン配置において、前記基台に導出される前記第1励振
軸の2つの励振電極が、前記音叉振動子の中心軸の片側
だけに配置されたことを特徴とする請求項2に記載の角
速度センサ。3. In the electrode pattern arrangement of the tuning fork vibrator on the base, two excitation electrodes of the first excitation shaft led to the base are provided only on one side of a center axis of the tuning fork vibrator. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein the angular velocity sensor is arranged.
を回路基板に固定することによって前記音叉振動子を前
記回路基板に実装することを特徴とする請求項2又は3
に記載の角速度センサ。4. The tuning fork vibrator is mounted on the circuit board by fixing the pin to the circuit board, wherein the holding member has a pin.
2. The angular velocity sensor according to 1.
し、応力を平等化させたバネ性のV溝クランパであるこ
とを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の角速度セ
ンサ。5. The clamp according to claim 2, wherein the holding member is a spring-shaped V-groove clamper having a V-groove in the fitting portion and having equalized stress. Angular velocity sensor.
銅又はステンレス鋼から構成されたことを特徴とする請
求項2〜5の何れかに記載の角速度センサ。6. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein the holding member is made of tungsten, phosphor bronze, or stainless steel.
て、前記第1検出軸の励振を、前記第1励振軸からの音
叉駆動だけでなく、前記第1検出軸自体の駆動も合わせ
て行うことを特徴とする請求項2〜6の何れかに記載の
角速度センサ。7. A Coriolis force detection circuit for generating an angular velocity, wherein the excitation of the first detection axis is performed not only by driving the tuning fork from the first excitation axis but also by driving the first detection axis itself. The angular velocity sensor according to any one of claims 2 to 6, wherein
の方向が同一となるように、前記音叉振動子が前記回路
基板に実装されたことを特徴とする請求項2〜7の何れ
かに記載の角速度センサ。8. The tuning fork vibrator is mounted on the circuit board such that the direction of the rotation axis of the tuning fork vibrator and the direction of the yaw rotation axis are the same. An angular velocity sensor according to any one of the above.
て前記回路基板に実装することによって成る振動子ユニ
ットを、アンダー弾性シートとアッパー弾性シートとを
介してステムとキャップとで挟持するとともに、信号線
接続をフレキシブルな基板で行うことによって、前記音
叉振動子を弾性支持することを特徴とする請求項2〜8
の何れかに記載の角速度センサ。9. A vibrator unit formed by holding the tuning fork vibrator on the holding member and mounting the tuning fork vibrator on the circuit board is sandwiched between a stem and a cap via an under elastic sheet and an upper elastic sheet. 9. The tuning fork vibrator is elastically supported by connecting a signal line with a flexible board.
The angular velocity sensor according to any one of the above.
前記第1検出軸に対向配置されるとともに前記第1励振
軸と同一条件の分極方向及び電極を有する第2励振軸
と、前記基台を挟んで前記第1励振軸に対向配置される
とともに前記第1検出軸と同一条件の分極方向及び電極
を有する第2検出軸とを有し、 前記第1励振軸及び前記第2励振軸が面内方向に励振す
るときに、前記第1励振軸及び前記第1検出軸の励振方
向に対して前記第2励振軸及び前記第2検出軸が逆方向
に励振し、励振した状態で、前記回転軸のまわりに角速
度を印加した時に発生するコリオリ力によって前記第1
検出軸及び前記第2検出軸が面垂直方向で互いに逆方向
に振動することを特徴とする請求項2〜9の何れかに記
載の角速度センサ。10. A second excitation shaft, wherein the tuning fork vibrator is arranged to face the first detection axis with the base interposed therebetween, and has a polarization direction and an electrode having the same conditions as the first excitation axis. A second detection axis having a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first detection axis, the second excitation axis being disposed opposite to the first excitation axis with a base interposed therebetween, the first excitation axis and the second excitation When the shaft is excited in the in-plane direction, the second excitation axis and the second detection axis are excited in the opposite directions to the excitation directions of the first excitation axis and the first detection axis, and are excited. , The first Coriolis force generated when an angular velocity is applied around the rotation axis.
The angular velocity sensor according to any one of claims 2 to 9, wherein the detection axis and the second detection axis vibrate in directions opposite to each other in a direction perpendicular to the plane.
前記第1励振軸に対向配置されるとともに前記第1励振
軸と同一条件の分極方向及び電極を有する第2励振軸
と、前記基台を挟んで前記第1検出軸に対向配置される
とともに前記第1検出軸と同一条件の分極方向及び電極
を有する第2検出軸とを有し、 前記第1励振軸及び前記第2励振軸が面内方向に励振す
るときに、前記第1励振軸及び前記第1検出軸の励振方
向に対して前記第2励振軸及び前記第2検出軸が同方向
に励振し、励振した状態で、前記回転軸のまわりに角速
度を印加した時に発生するコリオリ力によって前記第1
検出軸及び前記第2検出軸が面垂直方向で同方向に振動
することを特徴とする請求項2〜9の何れかに記載の角
速度センサ。11. A second excitation shaft, wherein the tuning fork vibrator is arranged to face the first excitation shaft with the base interposed therebetween, and has a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first excitation shaft. A second detection axis having a polarization direction and an electrode under the same conditions as the first detection axis, the second excitation axis being disposed opposite to the first detection axis with a base interposed therebetween, the first excitation axis and the second excitation When the shaft is excited in the in-plane direction, the second excitation axis and the second detection axis are excited in the same direction with respect to the excitation direction of the first excitation axis and the first detection axis. , The first Coriolis force generated when an angular velocity is applied around the rotation axis.
The angular velocity sensor according to any one of claims 2 to 9, wherein the detection axis and the second detection axis vibrate in the same direction in a direction perpendicular to the plane.
度センサの製造方法であって、前記音叉振動子を製造す
るに際して、圧電素子からなるシート材を準備して前記
シート材にフォトリソグラフィーによって一括して前記
励振電極及び前記検出電極を形成し、次いで、前記励振
電極及び前記検出電極に電圧を印加して前記分極方向に
一括して分極処理を行った後、前記シート材から前記音
叉振動子を切り出すことを特徴とする角速度センサの製
造方法。12. The method of manufacturing an angular velocity sensor according to claim 2, wherein, when manufacturing the tuning fork vibrator, a sheet material made of a piezoelectric element is prepared and photolithography is performed on the sheet material. Collectively forming the excitation electrode and the detection electrode, and then applying a voltage to the excitation electrode and the detection electrode to collectively perform a polarization process in the polarization direction. A method for manufacturing an angular velocity sensor, comprising cutting out a vibrator.
を印加して前記分極方向に一括して分極処理を行う際、
前記2組の励振電極のうち前記第1検出軸側の1組の励
振電極と、前記3組の検出電極のうち前記第1励振軸側
の1組の検出電極との分極方向が同一となるように分極
処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の角速度
センサの製造方法。13. When a voltage is applied to the excitation electrode and the detection electrode to perform polarization processing collectively in the polarization direction,
The polarization direction of one set of the excitation electrodes on the first detection axis side of the two sets of excitation electrodes is the same as the polarization direction of one set of the detection electrodes on the first excitation axis side among the three sets of detection electrodes. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 12, wherein the polarization processing is performed as described above.
を印加して前記分極方向に一括して分極処理を行う際、
前記シート材の裏面の対向する対応電極をGNDに接続
した状態で前記シート材の表面の負電極に負の分極電圧
を印加して面垂直分極を行い、次いで、前記シート材の
裏面の対向する対応電極をGNDに接続した状態で前記
シート材の表面の正電極に正の分極電圧を印加して面垂
直分極を行った後、前記3組の検出電極のうち中央の検
出電極をGNDに接続した状態で、前記シート材の表裏
面の正負同電極同士を接続して、正、負の分極電圧を印
加して前記3組の検出電極のうち中央の検出電極の両側
を同時に面内分極することを特徴とする請求項12又は
13に記載の角速度センサの製造方法。14. When a voltage is applied to the excitation electrode and the detection electrode to perform polarization processing collectively in the polarization direction,
With the opposite corresponding electrode on the back surface of the sheet material connected to GND, a negative polarization voltage is applied to the negative electrode on the front surface of the sheet material to perform surface perpendicular polarization, and then the opposite surface of the sheet material is opposed. After applying a positive polarization voltage to the positive electrode on the surface of the sheet material with the corresponding electrode connected to GND to perform surface perpendicular polarization, the center detection electrode of the three sets of detection electrodes is connected to GND. In this state, the same positive and negative electrodes on the front and back surfaces of the sheet material are connected to each other, and positive and negative polarization voltages are applied to simultaneously in-plane polarize both sides of the central detection electrode among the three detection electrodes. 14. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 12, wherein:
メッキとして低リンタイプ無電解Niメッキ、又は、N
i−B(ボロン)タイプ無電解Niメッキを施し、前記
下地メッキの上に光沢電気Niメッキを施すというコン
バインメッキにすることを特徴とする請求項12〜14
の何れかに記載の角速度センサの製造方法。15. A low phosphorus type electroless Ni plating or N
An iB (boron) type electroless Ni plating is performed, and a combine plating is performed by applying a bright electric Ni plating on the base plating.
The method for manufacturing an angular velocity sensor according to any one of the above.
準備するとともに、前記シート材から切り出された前記
音叉振動子の固定部を前記保持部材の前記嵌合部に嵌合
した後、前記保持部材を加熱して前記保持部材に施され
たメッキを溶融して前記固定部と前記嵌合部との隙間に
充填することを特徴とする請求項12〜15の何れかに
記載の角速度センサの製造方法。16. Preparing the plated holding member, fitting the fixed portion of the tuning fork vibrator cut out of the sheet material to the fitting portion of the holding member, and then holding the plate. The angular velocity sensor according to any one of claims 12 to 15, wherein the member is heated to melt the plating applied to the holding member and fill the gap between the fixed portion and the fitting portion. Production method.
度センサの製造方法であって、前記保持部材にクランプ
された前記音叉振動子の前記励振軸に形成された前記励
振電極のそれぞれに交流電圧を印加することによって、
前記音叉振動子を面内方向に励振させておき、次いで、
前記検出軸の同一面側に形成された両端の前記検出電極
と、中央の前記検出電極との間に発生するそれぞれの出
力電圧の差をモニタすることによって、前記音叉振動子
のよじれ振動の有無と、前記音叉振動子によじれ振動が
有った場合のよじれの大きさ及びよじれ方向とを判定す
ることを特徴とする角速度センサの製造方法。17. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 2, wherein each of said excitation electrodes formed on said excitation shaft of said tuning fork vibrator clamped to said holding member. By applying an AC voltage,
The tuning fork vibrator is excited in the in-plane direction, and then
By monitoring the difference between the respective output voltages generated between the detection electrodes at both ends formed on the same surface side of the detection axis and the detection electrode at the center, the presence or absence of kinking vibration of the tuning fork vibrator is determined. And determining the magnitude and direction of the kinking when kinking occurs in the tuning fork vibrator.
判定の結果、前記音叉振動子によじれ振動が有った場
合、前記励振軸又は前記検出軸の何れかのカド部を面取
りすることによって、前記音叉振動子のよじれ振動を低
減することを特徴とする請求項17に記載の角速度セン
サの製造方法。18. When the tuning fork vibrator has a kinking vibration as a result of the determination of the presence or absence of kinking vibration of the tuning fork vibrator, a chamfered portion of either the excitation shaft or the detection shaft is chamfered. 18. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 17, wherein kinking vibration of the tuning fork vibrator is reduced.
カド部を面取りする際に、よじれが向かう方向に位置す
る前記励振軸又は前記検出軸のカド部を1カ所又は複数
カ所面取りすることによって、前記音叉振動子のよじれ
振動を低減することを特徴とする請求項18に記載の角
速度センサの製造方法。19. When chamfering one of the excitation shaft and the detection shaft, chamfering one or more of the excitation shaft and the detection shaft of the detection shaft located in the direction in which the kinking is directed. 19. The method according to claim 18, wherein kinking vibration of the tuning fork vibrator is reduced.
度センサの製造方法であって、前記フレキシブルな基板
で接続された前記回路基板に前記保持部材を介して前記
音叉振動子を実装し、サポータと組み合わせて成るセン
サユニットを、前記ステム上に前記アンダー弾性シート
の弾性突起で挟持することによって保持し、前記フレキ
シブルな基板の信号線を前記ステムに形成されたリード
ピンに接続した状態で角速度の印加を行ってコリオリ出
力を検出測定するとともに、検出測定した測定データに
基づいて前記回路基板に実装又は形成された抵抗体をト
リミングすることによって特性調整を行うことを特徴と
する角速度センサの製造方法。20. The method for manufacturing an angular velocity sensor according to claim 9, wherein the tuning fork vibrator is mounted on the circuit board connected by the flexible board via the holding member. , The sensor unit combined with the supporter is held on the stem by being sandwiched by the elastic projections of the under elastic sheet, and the angular velocity is set in a state where the signal line of the flexible board is connected to the lead pin formed on the stem. And measuring the Coriolis output by applying voltage, and adjusting the characteristics by trimming a resistor mounted or formed on the circuit board based on the measured data detected. Method.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001057208A JP2002257549A (en) | 2001-03-01 | 2001-03-01 | Tuning fork vibrator, angular velocity sensor provided with tuning fork vibrator, and method of manufacturing angular velocity sensor |
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ID=18917122
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| JP2001057208A Pending JP2002257549A (en) | 2001-03-01 | 2001-03-01 | Tuning fork vibrator, angular velocity sensor provided with tuning fork vibrator, and method of manufacturing angular velocity sensor |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006361A1 (en) | 2004-07-08 | 2006-01-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular speed sensor and method for fabricating the same |
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| CN119178490A (en) * | 2024-11-22 | 2024-12-24 | 天津恒立远大仪表股份有限公司 | Eccentric tuning fork level switch probe |
-
2001
- 2001-03-01 JP JP2001057208A patent/JP2002257549A/en active Pending
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