JP2008151633A - 角速度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｚ軸回転系の振動成分およびＹ軸回転系振動成分を検出する小型化された精度の良い角速度センサの製造方法を提供する。
【解決手段】Ｚ軸回りの回転を検出腕６０の屈曲振動にて検出し、Ｙ軸回りの回転を検出腕６０の捩れ振動にて検出する圧電振動片１０を備えた角速度センサ１の製造方法において、圧電振動片１０を形成する振動片形成工程と、圧電振動片１０をパッケージ７０に実装する実装工程と、検出腕６０における検出振動の周波数を調整する離調工程と、パッケージ７０を気密に封止する封止工程と、を備え、離調工程が、検出腕６０の錘部６３，６４の質量を調整することで検出腕６０の屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整して離調を行う工程である。
【選択図】図１０

Description

本発明は角速度センサの製造方法に関し、詳しくは２つの角速度検出軸を有する角速度センサの製造方法に関する。

回転角速度を検出する角速度センサは、ナビゲーションシステム、ロボット等の姿勢制御システム、ビデオカメラやデジタルカメラの手振れ防止装置等に広く採用されている。これらの電子機器において小型化が要求され、それに伴い小型で精度の良い角速度センサが求められている。

従来、角速度センサの１つとして、振動子（振動片）と、振動子に対して駆動振動を励振する励振手段と、振動子の回転によって振動子に発生した検出振動を検出する検出手段を備え、振動子は複数の振動系が回転軸Ｚに対して交差する所定面内に延びるように形成されているＺ軸回転系の角速度を検出する角速度センサが知られている（特許文献１参照）。

また、２個の音叉を含み、２個の音叉の中央部に音叉に平行に延出される検出腕の端部が、２個の音叉の周囲に設けられる枠部に接合されて支持される角速度センサにおいて、音叉および検出腕が展開される面の中心を回転軸として回転すると、検出腕に回転軸回りの捩れ振動成分が発生し、この捩れ振動成分を検出する角速度センサが知られている（特許文献２参照）。

特開平１１−２８１３７２号公報 米国特許第４６５４６６３号明細書

特許文献１の角速度センサでは、複数の振動系が展開される面に対して垂直な回転軸、つまりＺ軸回転系の振動成分の検出可能な角速度センサであり、面内に回転軸を有するＸ軸回転系またはＹ軸回転系の振動成分の検出はできない。

また、特許文献２の角速度センサでは、捩れ振動成分を検出することが可能である。しかし、検出腕を枠部に接続しているため、角速度の検出において他の振動がノイズとして入りやすく、検出精度が低いという問題がある。
従来、Ｚ軸回転系の角速度を検出する角速度センサにとっては、不要振動モードである捩れ振動成分は発生を抑えるようにされており、一方、捩れ振動成分を検出するセンサにとっては、不要振動モードであるＺ軸回転系の角速度を検出しないように設計されていた。また、１つの検出軸に対して離調を行うと、他の検出軸の離調周波数に影響を与えるため、２つの検出軸を有する高精度の角速度センサ素子は実現できなかった。

発明者らは上記課題を解決するＺ軸回転系の振動成分およびＹ軸回転系振動成分を検出する小型化された検出精度の良い角速度センサを開発し、本発明では、この開発された角速度センサの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、基部と、前記基部の両側から＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向に直線状に延出した検出腕部の先端に錘部が設けられた１対の検出腕と、前記検出腕に直交する＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向に前記基部から延出する１対の連結腕と、前記各連結腕の先端部から各連結腕に直交してＹ軸方向両側へ延出する各１対の駆動腕と、を有し、Ｚ軸回りの回転を前記検出腕の屈曲振動にて検出し、Ｙ軸回りの回転を前記検出腕の捩れ振動にて検出する圧電振動片を備えた角速度センサの製造方法であって、前記圧電振動片を形成する振動片形成工程と、前記圧電振動片をパッケージに実装する実装工程と、前記検出腕における検出振動の周波数を調整する離調工程と、前記パッケージを気密に封止する封止工程と、を備え、前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量を調整することで前記検出腕の屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整して離調を行う工程であることを特徴とする。

この角速度センサの製造方法では、いわゆるＷＴ（ダブルＴ）型の角速度センサの製造工程において、離調工程が、検出腕の錘部の質量を調整することで検出腕の屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整している。このことから、比較的大きな面積を有する錘部の質量を調整することで容易かつ精度よく屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整することが可能である。
このように、本発明によれば、精度良く離調を行うことができることから、Ｚ軸回転系の振動成分およびＹ軸回転系振動成分を検出する小型化された検出精度の良い角速度センサの製造方法を得ることができる。

本発明の角速度センサの製造方法は、前記離調工程が、前記検出腕の捩れ振動の周波数の微調整後に、平面視で前記検出腕の腕幅の外形線を前記錘部まで伸ばし、その線に囲まれた領域の質量を調整することで屈曲振動の周波数の微調整を行うことが望ましい。

検出腕の錘部の質量変化は検出腕の屈曲振動および捩れ振動の周波数に変化を与えるが、平面視で検出腕の腕幅の外形線を錘部まで伸ばし、その線に囲まれた領域の質量変化は屈曲振動に変化を与え、捩れ振動の周波数に変化を与えない。このことを利用し、検出腕の捩れ振動の周波数を微調整した後に、平面視で検出腕の外形線を錘部まで伸ばし、その線に囲まれた領域の質量を調整することで屈曲振動の周波数を微調整することができる。この角速度センサの製造方法によれば、検出精度の良い角速度センサの製造方法を得ることができる。

本発明の角速度センサの製造方法は、前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量の一部を除去することで質量調整が行われることが望ましい。

この角速度センサの製造方法によれば、離調工程が検出腕の錘部の質量の一部を除去することで行われる。このようにすれば、あらかじめ錘部に形成した金属膜などをレーザ光などで照射して金属膜などの一部を除去することで、容易に錘部の質量を除去することができる。

本発明の角速度センサの製造方法は、前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量を付加することで質量調整が行われることであっても良い。

この角速度センサの製造方法によれば、離調工程が、検出腕の錘部の質量を付加することで行われる。このようにすれば、錘部に蒸着などにより金属膜を形成すれば、容易に錘部の質量を付加することができる。

本発明の角速度センサの製造方法は、前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量の一部を除去および付加することで質量調整が行われることであっても良い。

この角速度センサの製造方法によれば、離調工程が、検出腕の錘部の質量の一部を除去すること、および検出腕の錘部の質量を付加することで行われる。このようにすれば、錘部の質量の除去だけ、または質量の付加だけではそれぞれの振動の周波数調整ができない場合に対応が可能となる。

本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者らが開発した角速度センサにおけるセンサ素子である圧電振動片の構成および動作について説明する。

図１は、本発明に係る角速度センサにおける圧電振動片の構成を示す斜視図である。図１において、圧電振動片１０は、周知の圧電材料にて形成することが可能であるが、ここでは水晶振動片を例示して説明する。

圧電振動片１０は水晶の結晶軸である、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸のうちの、Ｘ軸とＹ軸とを平面方向に切り出したＺカットの水晶基板により形成されている。
圧電振動片１０の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてＸＹ平面に展開され、圧電振動片１０の重心Ｇに対して１８０°点対称の形状である。

圧電振動片１０には、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ平行な端面をもつ矩形状の基部２０が形成され、Ｙ軸に平行な基部２０の２端面の中央からＸ軸に平行に延出される第１の連結腕３１と第２の連結腕３２それぞれの先端部からＹ軸に平行な一対の駆動腕４０，５０と、Ｘ軸に平行な基部２０の２端面の中央からＹ軸に平行な直線上に延出される検出腕６０とが形成されている。駆動腕４０は、基部２０の端面からＸ軸方向に延出される第１の連結腕３１と、第１の連結腕３１に対して直交しＹ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される２本の振動部４１，４２で構成されている。同様に、駆動腕５０は、基部２０からマイナスＸ軸方向に延出される第２の連結腕３２に直交しＹ軸方向およびマイナスＹ軸方向に延出される２本の振動部５１，５２で構成されている。

振動部４１，４２，５１，５２の先端にはそれぞれ、各振動部より幅の広い矩形状の錘部４３，４４，５３，５４が形成されている。
また、検出腕６０は、基部２０の２端部からＹ軸方向およびマイナスＹ軸方向の直線上に延出される検出腕部６１，６２と、検出腕部６１，６２の先端に形成される各検出腕部より幅の広い矩形状の錘部６３，６４と、から構成されている。

ここで、検出腕部６１，６２の先端に形成される錘部６３，６４の幅（Ｘ軸方向の幅を示す）は、他の錘部４３，４４，５３，５４よりも大きく設定されており、錘部６３，６４の幅をＤ、検出腕部６１，６２の幅をｄとしたとき、５ｄ≦Ｄ≦１０ｄとなるように設計される。つまり、錘部６３，６４の幅は、検出腕部６１，６２の幅ｄの５〜１０倍に設計されている。
このように錘部６３，６４を設定する理由は、後述するＹ軸回転系の角速度検出において（図４〜６、参照）、検出腕６０の捩れ振動を効率よく発生させるためである。

振動部４１，４２，５１，５２および検出腕部６１，６２それぞれの幅方向中央には、厚み方向に凹形状の溝４５，４６，５５，５６，６５，６６が形成されている。
なお、前述の錘部４３，４４，５３，５４、および溝４５，４６，５５，５６，６５，６６は、圧電振動片１０を小型化するために設けられているが、本発明を特に限定するものではない。

駆動腕４０，５０は、所定の周波数の駆動振動が発生するように、振動部４１，４２，５１，５２の幅や長さ、錘部４３，４４，５３，５４の寸法、溝４５，４６，５５，５６の寸法が設定されている。
また、検出腕６０は、所定の検出振動が発生するように、検出腕部６１，６２の幅や長さ、錘部６３，６４の寸法、溝６５，６６の寸法が設定されている。
なお、駆動腕４０，５０および検出腕６０にはそれぞれ図示しない駆動電極、検出電極が形成され、基部２０から図示しない発振回路、検出回路に接続される構成となっている。

上述したような形状の圧電振動片１０は、一般にＷＴ型圧電振動片と呼称され、小型化および高精度化に有利であるとされており、検出腕部６１，６２の幅と錘部６３，６４の幅との関係以外は、既に提案されているＷＴ型と同様な構成である。

続いて、上述した圧電振動片１０の動作である、Ｚ軸回転系およびＹ軸回りの回転系（以降、単にＹ軸回転系と表すことがある）の振動モードについて説明する。
図２は、圧電振動片の駆動モード（回転が加わらない）を模式的に示す説明図、図３はＺ軸検出モードを模式的に示す説明図である。図２，３は、振動形態を分かりやすく表現するために、駆動腕４０，５０および検出腕６０を簡略化して線で表している。図１と同じ構成部分を同じ符号で示し、構成の説明を省略する。

まず、圧電振動片１０の駆動モード（回転角速度が加えられていないときの振動モード）について説明する。図２において、駆動振動は、振動部４１，４２，５１，５２の矢印Ａで示す屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、振動部４１，４２と振動部５１，５２とがバランス調整され、重心Ｇを通るＹ軸に対して線対称の振動を行っているので、基部２０、第１の連結腕３１、第２の連結腕３２および検出腕部６１，６２はほとんど振動しない。

次に、Ｚ軸回りの回転角速度ωが加えられたときの動作について説明する。図３において、Ｚ軸回転系の検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を繰り返している。検出振動は、圧電振動片１０が図２に示した駆動振動（屈曲振動）を行っている状態で、圧電振動片１０にＺ軸周りの回転角速度ωが加わったとき、駆動腕４０，５０に矢印Ｂで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。
矢印Ｂ方向のコリオリ力が働くことにより、駆動腕４０，５０は重心Ｇに対して周方向の振動となる。また同時に、検出腕部６１，６２は、矢印Ｃに示すように、矢印Ｂの振動に呼応して矢印Ｂとは周方向反対向きの屈曲振動を行う。

圧電振動片１０に形成されている駆動電極と検出電極が、基部２０に形成された接続電極を経由して、検出回路および発振回路（ともに半導体装置に搭載される）に電気的に接続されている。このことにより、圧電振動片１０は、発振回路により屈曲振動し、検出腕６０から角速度に応じた検出信号を検出回路に出力する。そして、半導体装置により角速度に対応した電気信号を出力する。

続いて、Ｙ軸検出モードについて図面を参照して説明する。
図４〜６は、Ｙ軸回転系の振動モードを示し、図４は斜視図、図５，６は図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側面図である。駆動腕４０，５０が屈曲振動している状態においてＹ軸回りに回転角速度ωが加えられたときに、駆動腕４０，５０は、図４に示すようにコリオリ力によりＸ方向の屈曲振動とＺ軸方向の屈曲振動とを合成した振動モードで振動する。

つまり、コリオリ力によって、駆動腕４０は第１の連結腕３１を振動の軸として、また駆動腕５０は第２の連結腕３２を振動の軸に対してそれぞれが逆位相でＺ方向に屈曲振動する。すると、検出腕６０には、矢印Ｔ方向の捩れ振動が発生する。この捩れ振動を検出することにより角速度に応じた検出信号を検出回路に出力する。そして、半導体装置により角速度に対応した電気信号を出力する。

Ｙ軸回転系におけるコリオリ力と捩れ振動（検出振動）との関係について図５，６を参照してさらに詳しく説明する。図５は、駆動腕４０，５０が、外側方向（図中、矢印＋Ｖで表す）に振動したときを表しており、駆動腕４０はコリオリ力Ｆにより＋Ｚ方向に、駆動腕５０は−Ｚ方向に変形する。すると、検出腕６０は、コリオリ力Ｆを打ち消す方向（＋Ｔ方向）に捩れ変形する。

図６は、駆動腕４０，５０が、内側方向（図中、矢印−Ｖで表す）に振動したときを表しており、駆動腕４０はコリオリ力Ｆにより−Ｚ方向に、駆動腕５０は＋Ｚ方向に振動変形する。すると、検出腕６０は、コリオリ力Ｆを打ち消す方向（−Ｔ方向）に捩れ変形する。
このようにして、検出腕６０は、コリオリ力Ｆにより図５，６に示すように捩れ振動を繰り返し、検出信号を出力し、Ｙ軸回転系の角速度を検出することができる。
なお、Ｘ軸回転系の場合にはコリオリ力が発生しないので検出腕６０に検出信号が出力されない。

以上説明したように、Ｚ軸回転系については検出腕６０のＸ軸方向の屈曲振動を検出信号として検出可能であり、Ｙ軸回転系については検出腕６０の捩れ振動を検出信号として検出することができる。
なお、Ｙ軸（＋Ｙ軸）側の検出腕とマイナスＹ軸側の検出腕は、基部２０から視認してそれぞれが逆方向に回転振動する。従って、それぞれの検出腕は逆位相の検出信号を出力し、この検出信号を合成することにより、出力は一方の検出腕からの出力の２倍となり、検出感度を高めている。

また、Ｙ軸回転系の検出信号には、Ｚ軸回転系の検出信号がわずかであるが重畳されることが実験により確認され、Ｚ軸回転系の検出信号はＹ軸回転系の検出信号に対してノイズである。なお、Ｙ軸回りの回転のときには、Ｘ軸回転系のコリオリ力は発生しないので無視できる。

次に、ノイズとして位置付けられるＺ軸回転系の検出信号の極小化について説明を加える。Ｙ軸回転系のＹ軸感度と、Ｙ軸回転系におけるＺ軸感度を用いて説明する。Ｙ軸回転系におけるＹ軸感度に対してＺ軸感度を他軸感度と表す。また、Ｙ軸感度に対するＺ軸感度の比を他軸感度比率と表す。
図７は、圧電振動片の感度特性を示すグラフである。横軸に検出離調周波数、左方の縦軸に検出感度（単に感度と表す）、右方の縦軸に他軸感度比率（単に感度比率と表す）を表している。

図７において、Ｙ軸感度は、検出離調周波数を０Ｈｚに近づけていくと感度が曲線的に上昇する。一方、Ｚ軸感度はＹ軸感度に逆比例方向に変化し、０Ｈｚに近づけると下降する傾向を示している。従って、他軸感度比率は直線的に変化し、検出離調周波数が概ね−１２００Ｈｚ近傍では５０％程度となり、Ｚ軸感度の影響を大きく受けることになる。

そして、計算上−４０９Ｈｚ前後で他軸感度比率が極小値を示し、−４０９Ｈｚ±７３Ｈｚの範囲において、他軸感度比率を５％以下に抑制できる。他軸感度比率を５％以下とすれば、Ｙ軸回転系の角速度センサとして十分実用化に供することが可能である。

上述したように検出離調周波数を調整することにより、それぞれの検出軸に対する検出感度の調整が可能である。そして、図７が示すように、Ｙ軸感度とＺ軸感度とは略逆比例関係にあるので、駆動周波数に対してＺ軸回転系とＹ軸回転系の離調周波数をそれぞれ相殺するように調整するのが好ましい。つまり、Ｙ軸回転系の離調周波数をマイナス側に、Ｚ軸回転系の離調周波数をプラス側に調整することにより、Ｙ軸回転系における他軸感度（他軸感度比率）を抑制することができる。

このように、圧電振動片１０の構造はＸＹ平面内に駆動腕４０，５０と検出腕６０とを形成し、従来のＺ軸回転系の角速度センサと同様な構造で、Ｙ軸回りの回転により与えられるコリオリ力により検出腕６０に発生する振動成分を検出することができる。

また、ＷＴ型におけるＺ軸回転系の振動成分は検出腕６０の屈曲振動成分である。従って、Ｙ軸回転系の検出腕６０の捩れ振動とは振動モードが異なるため、Ｚ軸回転系の振動成分の影響を受けにくくＹ軸回転系の振動成分を精度よく検出することができる。

そして、上記のような圧電振動片１０を用いて角速度センサが構成される。図８は、角速度センサの構成を示す模式断面図である。
角速度センサ１は、圧電振動片１０と、圧電振動片１０を支持する支持部材７３と、セラミックなどのパッケージ７０と、パッケージ７０内を気密に封止する蓋体７４を備えている。
圧電振動片１０は、圧電振動片１０の基部２０にてフィルムキャリアなどで形成された支持部材７３の一端に接合され、他端がパッケージ７０の凹部に形成された支持基板７２に固定されることで空中に支持されている。このように、圧電振動片１０の前述した重心Ｇを中央にして、圧電振動片１０がバランスを保って支持されている。そして、パッケージ７０上面に配置された金属製あるいはガラスなどの蓋体７４を用いて、パッケージ７０内部を気密に封止されている。
また、パッケージ７０の底面には外部接続端子７１が形成され、パッケージ７０内に形成された配線（図示せず）により支持基板７２、支持部材７３を経由して、圧電振動片１０の駆動電極、検出電極と電気的に接続されるように構成されている。
（実施形態）

次に、本発明に係る上記の角速度センサ１の製造方法について説明する。
図９は角速度センサの製造工程を示すフローチャートである。図１０は角速度センサの製造工程の模式説明図である。
図９のフローチャートで順を追いながら、図１０を用いて角速度センサの製造方法の概略について説明する。
まず、ステップＳ１において圧電振動片１０を形成する。図１０（ａ）に示すように、圧電振動片１０はフォトリソグラフィ技術を用いて、水晶基板から圧電振動片１０の外形および電極を形成する。圧電振動片１０の表面には、図示しない駆動電極、検出電極をＣｒ／Ａｕ膜にて形成する。また、検出腕６０の錘部６３，６４の少なくとも片面にはＡｕ膜を形成しておく。

次に、ステップＳ２において、圧電振動片１０をパッケージ７０内に実装する。圧電振動片１０は、まず支持部材７３の一端と圧電振動片１０の基部２０と接合し、その後、図１０（ｂ）に示すように、支持部材７３の他端とパッケージ７０の支持基板７２とを固定する。このようにして、圧電振動片１０がバランスを保って空中に支持可能となる。

続いて、ステップＳ３において、実装した状態で圧電振動片１０の離調を行う。離調は駆動振動の周波数と検出振動の周波数を所望の値だけ離して調整することであり、駆動周波数に影響を受けずに角速度の検出精度を向上させることができる。
離調は、図１０（ｃ）に示すように、圧電振動片１０の検出腕６０の錘部６３，６４に形成したＡｕ膜に、レーザ装置７７からＹＡＧレーザなどのレーザ光を照射して、Ａｕ膜の一部を除去して行う。検出腕６０における検出振動（屈曲振動および捩れ振動）の周波数はあらかじめＡｕ膜を付加することで所望の周波数より低く設定されている。ここで、レーザ光を照射してＡｕ膜の一部を除去することで、錘部６３，６４の質量が減り、検出腕６０の検出振動の周波数が高くなる方向で調整を行う。詳しい離調の方法については、後述する。Ａｕ膜を除去する方法としては、ＹＡＧレーザの他に電子ビーム、逆スパッタリングなどの手法を用いることができる。
なお、離調を行う前に真空アニールなどの熱処理を行っても良い。このようにすれば、後段の工程において熱などの影響で離調した周波数がずれにくくなり、精度の良い離調を維持することができる。また、圧電振動片の状態で離調を行うことは可能であるが、圧電振動片と支持部材との接合などにおいて、周波数がずれることがあり、少なくとも圧電振動片と支持部材とを接合した以降に離調を行うことが好ましい。

次に、ステップＳ４において、圧電振動片１０を実装したパッケージ７０の内部を気密に封止する。図１０（ｄ）に示すように、パッケージ７０の上面に配置した蓋体７４がコバールなどの金属の場合、シーム溶接を施してパッケージ７０内部を不活性雰囲気または減圧雰囲気で気密に封止する。また、蓋体７４に透明ガラスを用いた場合、蓋体７４とパッケージ７０の接合面に低融点ガラスを配置して低融点ガラスの溶融による接合を行い、パッケージ７０内部を不活性雰囲気または減圧雰囲気で気密に封止する。このようにして角速度センサ１が完成する。

なお、蓋体７４に透明ガラスを用いた場合、レーザ光が蓋体７４を透過して錘部６３，６４に照射して加工することができるため、封止工程の後で離調工程を実施することが可能である。

次に、上記離調工程における詳細な方法について説明する。
図１１は検出腕の錘部における質量除去において同量の質量を除去した場合、質量を除去する位置と周波数の変化量Δｆの傾向を示す説明図であり、図１１（ａ）は質量除去の位置を示す模式図、図１１（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれの位置での周波数の変化量を示すグラフである。

離調工程では、図１に示す圧電振動片１０における検出腕６０の錘部６３，６４の質量を除去することで周波数を調整している。
ここでは、図１１において、片側の検出腕部６１に連結された錘部６３を示して説明する。
錘部６３は、検出腕部６１に連結され、矩形状の形状に形成されている。錘部６３は、平面視で検出腕部６１の腕幅の外形線を錘部６３の先端まで伸ばし、その線に囲まれた領域Ｈと、その左右の領域Ｄ，Ｅに大別される。

まず、錘部６３の領域Ｄ，Ｅにおいて、レーザ光などの照射により質量が除去された場合における質量を除去する位置と周波数の変化量Δｆの傾向について説明する。
錘部６３先端部の領域Ｈに近い部分から矢印Ｌ（Ｌ´）方向に同量の質量が除去された場合、図１１（ｂ）に示すように、検出振動である屈曲振動および捩れ振動ともに領域Ｈから遠ざかるに従って周波数の変化量Δｆが大きくなる傾向にある。
また、錘部６３の領域Ｄ，Ｅにおける左右の端で矢印Ｍ（Ｍ´）方向に同量の質量が除去された場合、図１１（ｃ）に示すように、検出振動である屈曲振動および捩れ振動ともに錘部６３の先端部に近づくに従って周波数の変化量Δｆが大きくなる傾向にある。

次に、錘部６３の領域Ｈにおいて質量が除去された場合における質量を除去する位置と周波数の変化量Δｆの傾向について説明する。
領域Ｈにおいて、検出腕部６１から錘部６３の先端部に向かう矢印Ｎ方向に同量の質量が除去された場合、図１１（ｄ）に示すように、検出振動の屈曲振動のみ周波数の変化があり、錘部６３の先端部に近づくに従って周波数の変化量Δｆが大きくなる傾向にある。このように、この領域Ｈでの質量の変化は屈曲振動に周波数変化を与え、捩れ振動の周波数には殆ど周波数変化を与えない。このことは、捩れ振動が検出腕部６１の中央線を中心に捩られる振動であることによる。

本実施形態に係る離調工程では、上記の特性を利用して離調が行われている。
以下に、その具体的な離調の手順について説明する。
図１２は、錘部６３に形成されたＡｕ膜をレーザ光などで照射して除去する領域を区分した領域図である。図１３は離調の手順を示す模式説明図である。
図１２において、前述したように、錘部６３は、平面視で検出腕部６１の腕幅の外形線を錘部６３の先端まで伸ばし、その線に囲まれた領域Ｈと、その左右の領域Ｄ，Ｅに大別される。そして、錘部６３のそれぞれの領域を検出腕部６１が延びる方向に略２等分して、領域Ｄを領域Ｄ１，Ｄ２、領域Ｅは領域Ｅ１，Ｅ２、領域Ｈは領域Ｈ１，Ｈ２に区分する。領域Ｄ１，Ｅ１は領域Ｄ２，Ｅ２に比べて、同量の質量が除去された場合、およそ周波数の変化量が大きい領域である。そして、領域Ｈ１は領域Ｈ２に比べて、同量の質量が除去された場合、周波数の変化量が大きい領域である。

離調工程において、図１３（ａ）に示すように、粗調整として、錘部６３における領域Ｄ１，Ｅ１の外側から内側に向かいレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動および捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。
次に、図１３（ｂ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ１にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の粗調整を行う。
続いて、図１３（ｃ）に示すように、錘部６３の領域Ｄ２，Ｅ２に外側から内側に向かいレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。ここでは、屈曲振動の粗調整と捩れ振動の微調整が行われる。
そして、図１３（ｄ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ２にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の微調整を行う。
このようにして、検出腕の検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所望の値に調整することができる。
なお、領域Ｄ１および領域Ｅ１、領域Ｄ２および領域Ｅ２における除去する質量は振動のバランスを考慮して略同量であることが望ましい。
そして、錘部６４についても上記と同様な方法により離調が行われる。

以上のように本実施形態の、いわゆるＷＴ（ダブルＴ）型の角速度センサ１の製造工程において、離調工程が、検出腕６０の錘部６３，６４の質量を調整することで検出腕６０の屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整している。
検出腕６０の錘部６３の質量変化は検出腕６０の屈曲振動および捩れ振動の周波数に変化を与えるが、平面視で検出腕６０の腕幅の外形線を錘部６３，６４まで伸ばし、その線に囲まれた領域Ｈの質量変化は屈曲振動に変化を与え、捩れ振動の周波数に変化を与えない。このことを利用し、錘部６３の領域Ｄ，Ｅの質量を調整して検出腕６０の捩れ振動の周波数を微調整した後に、錘部６３の領域Ｈの質量を調整することで屈曲振動の周波数を微調整することができる。この方法では、比較的大きな面積を有する錘部の質量を調整することで、容易かつ精度よく屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整することが可能である。
このように、角速度の検出精度に影響を与える離調が精度良く調整できることから、Ｚ軸回転系の振動成分およびＹ軸回転系振動成分を検出する小型化された検出精度の良い角速度センサの製造方法を得ることができる。
（変形例１）

また、図１２で示した錘部６３の領域区分において、次に示す手順で離調することが可能である。
図１４は変形例１の離調の手順を示す模式説明図である。
離調工程において、図１４（ａ）に示すように、粗調整として、錘部６３の領域Ｄ１，Ｅ１に外側から内側に向かいレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動および捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。
次に図１４（ｂ）に示すように、錘部６３の領域Ｄ２，Ｅ２に外側から内側に向かいレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。ここでは、屈曲振動の粗調整と捩れ振動の微調整が行われる。
続いて、図１４（ｃ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ１にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の粗調整を行う。
そして、図１４（ｄ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ２にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の微調整を行う。
このようにして、検出腕の検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所望の値に調整することができる。
なお、領域Ｈ１における屈曲振動の粗調整が必要でない場合は、領域Ｈ１における加工をせずに、領域Ｈ２の加工で屈曲振動の微調整を行っても良い。また、領域Ｄ１および領域Ｅ１、領域Ｄ２および領域Ｅ２における除去する質量は振動のバランスを考慮して略同量であることが望ましい。
そして、錘部６４についても上記と同様な方法により離調が行われる。
（変形例２）

また、図１２で示した錘部６３の領域区分を変更して、次に示す手順においても離調することが可能である。
図１５は、錘部６３に形成されたＡｕ膜をレーザ光などで照射して除去する領域を区分した領域図である。図１６は離調の手順を示す模式説明図である。
図１５において、前述したように、錘部６３は、平面視で検出腕部６１の腕幅の外形線を錘部６３の先端まで伸ばし、その線に囲まれた領域Ｈと、その左右の領域Ｄ，Ｅに大別される。そして、錘部６３の領域Ｄ，Ｅをそれぞれ斜めに区分し、領域Ｄを領域Ｄ３，Ｄ４、領域Ｅは領域Ｅ３，Ｅ４に区分する。また、領域Ｈは検出腕部６１が延びる方向に略２等分する領域Ｈ１，Ｈ２に区分する。領域Ｄ３，Ｅ３は領域Ｄ４，Ｅ４に比べて、同量の質量が除去された場合、およそ周波数の変化量が大きい領域である。そして、領域Ｈ１は領域Ｈ２に比べて、同量の質量が除去された場合、周波数の変化量が大きい領域である。

離調工程において、図１６（ａ）に示すように、粗調整として、錘部６３の領域Ｄ３，Ｅ３に矢印で示す方向にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動および捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。
次に、図１６（ｂ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ１にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の粗調整を行う。
続いて、図１６（ｃ）に示すように、錘部６３の領域Ｄ４，Ｅ４に矢印で示す方向にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所定の値となったところで加工を止める。ここでは、屈曲振動の粗調整と捩れ振動の微調整が行われる。
そして、図１６（ｄ）に示すように、錘部６３の領域Ｈ２にレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、屈曲振動の微調整を行う。
このようにして、検出腕の検出振動である屈曲振動と捩れ振動の周波数が所望の値に調整することができる。
なお、領域Ｈ１における屈曲振動の粗調整が必要でない場合は、領域Ｈ１における加工をせずに、領域Ｈ２の加工で屈曲振動の微調整を行っても良い。また、領域Ｄ３および領域Ｅ３、領域Ｄ４および領域Ｅ４における除去する質量は振動のバランスを考慮して略同量であることが望ましい。
そして、錘部６４についても上記と同様な方法により離調が行われる。

以上のように、上記の変形例１，２においても本実施形態と同様な効果を享受することができ、Ｚ軸回転系の振動成分およびＹ軸回転系振動成分を検出する小型化された検出精度の良い角速度センサの製造方法を得ることができる。

なお、上述した実施形態、変形例１，２の離調工程では、振動腕における錘部の一部の質量を除去することで実施したが、蒸着・スパッタリングなどを用いて金属膜を錘部に付着させ、質量を付加する離調を行うことができる。図１１で説明した錘部の位置と周波数の変化量の関係は、質量を付加した場合には、変化量の符号が変り、絶対値としてみれば同様の傾向にあり、この特性を利用することで離調を実施できる。
さらに、上記のことを利用すれば、振動腕における錘部の一部の質量を除去すること、および質量を付加することの両者を用いて離調を実施することができる。例えば、図１３において、錘部６３の領域Ｄ１，Ｄ２，Ｅ１，Ｅ２についてはレーザ光を照射してＡｕ膜を除去し、領域Ｈ１，Ｈ２については蒸着によりＡｕ膜を付加して離調を実施することができる。

このように、離調工程において錘部の質量を付加することは蒸着などにより金属膜を形成すれば、容易に錘部の質量を付加することができる。また、錘部における質量の除去および付加を併用することで、錘部の質量の除去だけ、または質量の付加だけではそれぞれの振動の周波数調整ができない場合に対応が可能となる。

そして、本実施形態の角速度センサはパッケージ内に回路素子を含まない構成としたが、図１７の角速度センサの構成を示す模式断面図のように回路素子をパッケージ内に含む構成として実施することが可能である。
角速度センサ２は、ＩＣなどの回路素子７５と、圧電振動片１０と、支持部材７３と、パッケージ７０と、蓋体７４を備えており、この回路素子７５には、圧電振動片１０を発振させる発振回路、角速度を検出する検出回路などを有している。
このような角速度センサ２における製造方法は、圧電振動片１０をパッケージ７０内に実装する前に回路素子７５をパッケージ７０内に実装すればよく、圧電振動片１０の実装以降の工程については本実施形態と同様の工程を採用することができる。

本発明に係る圧電振動片の構成を示す斜視図。 本発明に係る圧電振動片の回転加速度が加えられないときの振動モードを模式的に示す説明図。 本発明に係るＺ軸回転系の振動モードを模式的に示す説明図。 本発明に係るＹ軸回転系の振動モードを示す斜視図。 図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側面図。 図４の上方（矢印Ａ方向）から視認した状態を示す上側面図。 本発明に係る圧電振動片の感度特性を表すグラフ。 本発明に係る角速度センサの構成を示す模式断面図。 本実施形態の角速度センサの製造工程を示すフローチャート。 本実施形態における角速度センサの製造工程の模式説明図。 検出腕の錘部における質量除去で、位置と周波数の変化量Δｆの傾向を示す説明図。 本実施形態における錘部の質量を除去する領域を区分した領域図。 本実施形態における離調の手順を示す模式説明図。 変形例１の離調の手順を示す模式説明図。 変形例２における錘部の質量を除去する領域を区分した領域図。 変形例２の離調の手順を示す模式説明図。 角速度センサにおける他の構成を示す模式断面図。

符号の説明

１，２…角速度センサ、１０…圧電振動片、２０…基部、４０，５０…駆動腕、６０…検出腕、６１，６２…検出腕部、６３，６４…錘部、７０…パッケージ、７３…支持部材、７４…蓋体、７５…回路素子。

Claims (5)

1. 基部と、前記基部の両側から＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向に直線状に延出した検出腕部の先端に錘部が設けられた１対の検出腕と、前記検出腕に直交する＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向に前記基部から延出する１対の連結腕と、前記各連結腕の先端部から各連結腕に直交してＹ軸方向両側へ延出する各１対の駆動腕と、を有し、Ｚ軸回りの回転を前記検出腕の屈曲振動にて検出し、Ｙ軸回りの回転を前記検出腕の捩れ振動にて検出する圧電振動片を備えた角速度センサの製造方法であって、
   前記圧電振動片を形成する振動片形成工程と、
   前記圧電振動片をパッケージに実装する実装工程と、
   前記検出腕における検出振動の周波数を調整する離調工程と、
   前記パッケージを気密に封止する封止工程と、を備え
   前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量を調整することで前記検出腕の屈曲振動および捩れ振動の周波数を調整して離調を行う工程であることを特徴とする角速度センサの製造方法。
2. 請求項１に記載の角速度センサの製造方法において、
   前記離調工程が、前記検出腕の捩れ振動の周波数の微調整後に、平面視で前記検出腕の腕幅の外形線を前記錘部まで伸ばし、その線に囲まれた領域の質量を調整することで屈曲振動の周波数の微調整を行うことを特徴とする角速度センサの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の角速度センサの製造方法において、
   前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量の一部を除去することで質量調整が行われることを特徴とする角速度センサの製造方法。
4. 請求項１または２に記載の角速度センサの製造方法において、
   前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量を付加することで質量調整が行われることを特徴とする角速度センサの製造方法。
5. 請求項１または２に記載の角速度センサの製造方法において、
   前記離調工程が、前記検出腕の前記錘部の質量の一部を除去および付加することで質量調整が行われることを特徴とする角速度センサの製造方法。

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