JPH09105635A - 振動角速度計用振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化及び製造工程の簡略化を図る。しか
も、正確な角速度の測定を可能にするとともに、電極間
の絶縁を確実に確保する。 【構成】 圧電材料からなる四角柱形状の部材２，３間
に、電極４を挟んで形成する。部材２の上面に、部材２
の長さ方向に延びる複数の電極６，７，８を、部材２の
幅方向に互いに間隔をあけて形成する。部材３の下面に
電極を形成する。部材２の上面における電極６，７，８
間に、凹部９，１０を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機、船舶、自
動車等のナビゲーションシステムやこれらの姿勢制御
等、或いはスチールカメラ、ビデオカメラの手振れや振
動感知に使用する振動角速度計で用いられる振動角速度
計用振動子及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動角速度計は、振動している物体に回
転角速度が与えられると、その振動方向と垂直な方向に
コリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャイロ
スコープの一種である。

【０００３】振動角速度計に使用する振動子の従来例を
図１４及び図１５にそれぞれ示し、これらの図を用いて
振動角速度計の原理を説明する。

【０００４】図１４は、従来例の振動子１００を示す図
であり、図１４（ａ）はその斜視図、図１４（ｂ）はそ
の長さ方向から見た正面図を示す。この振動子１００で
は、断面が正方形の四角柱部材１１０が、弾性常数が温
度変化に対して変化が少ないエリンバー合金で作製され
ている。四角柱部材１００の各側面には、両面に銀ペー
スト電極（図示せず）を形成した圧電材料例えばＰＺＴ
（チタン酸ジルコン酸鉛）製の板１１１，１１２，１１
３，１１４がそれぞれ貼り付けられている。ＰＺＴ板１
１１，１１２には振動用電圧が印加され、これらの逆圧
電効果による振動によりＰＺＴ板１１１，１１２が振動
することにより四角柱部材１１０が図１４（ｂ）中の上
下方向に振幅を持つように単振動する。四角柱部材１１
０が、この単振動をしているときに四角柱部材１１０の
長さ方向に平行な軸の周りにある角速度を持って回転す
ると、図１４（ｂ）中の左右方向にコリオリ力が発生
し、該コリオリ力によって、四角柱部材１１０が図１４
（ｂ）中の左右方向に凹凸を持つように振動する。この
振動によりＰＺＴ板１１３，１１４の電極に正圧電効果
により電圧が発生し、該電圧の差動をとることによりコ
リオリ力による角速度の大きさに比例した信号を取り出
すことができる。

【０００５】図１５は他の従来の振動子２００を示す図
であり、図１５（ａ）はその斜視図、図１５（ｂ）はそ
の長さ方向から見た正面図である。この振動子２００は
図１４に示す振動子１００の変形である。この振動子２
００では、断面が正三角形のエリンバー合金製の三角柱
部材２１０の各側面に、図１４中のＰＺＴ板１１１，１
１２，１１３，１１４と同様のＰＺＴ板２１１，２１
２，２１３がそれぞれ貼り付けられている。ＰＺＴ板２
１３には振動用電圧が印加され、これらの逆圧電効果に
よる振動によりＰＺＴ板２１３が振動することにより三
角柱部材２１０が図１５（ｂ）中の上下方向に振幅を持
つように単振動する。ＰＺＴ板２１１，２１２は、図１
４中のＰＺＴ板１１３，１１４と同様にコリオリ力感知
用として使用されるが、コリオリ力の方向に対して垂直
に配置されないため、該コリオリ力の方向余弦成分を感
知することとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の振動子１０
０，２００の場合、エリンバー合金製の部材１１０，２
１０を使用している。このエリンバー合金は鉄、ニッケ
ル、クロムを主成分とする合金であり、決してその加工
は容易ではなく、さらに振動子として使用するためにそ
の形状加工には寸法精度が必要である。また、前記従来
の振動子１００，２００では、部材１１０，２１０の側
面に精度良くＰＺＴ板１１１〜１１４，２１１〜２１３
を貼り付ける必要があり、この貼り付け精度が悪いと感
知した信号のバランスが悪くなってしまう。これらの加
工、貼り付け工程に要する時間は多大なものであった。
また、振動子１００，２００は、その構造上小型化が困
難であった。

【０００７】そこで、本発明者らは、これらの従来の振
動角速度計用振動子１００，２００に代わり、小型化可
能でかつ製造の容易な振動角速度計用振動子を既に提案
した（特願平６−２０７０８２）。

【０００８】この振動子３００について、図１６を参照
して説明する。図１６はこの振動子を示す図であり、図
１６（ａ）はその斜視図、図１６（ｂ）はその長さ方向
から見た正面図である。

【０００９】振動子３００は、圧電材料であるＰＺＴか
らなる四角柱形状の部材３２０，３３０と、部材３２０
の下面と部材３３０の上面との間に挟んで銀ペーストに
より形成された電極３５１と、部材３２０の上面に、部
材３２０の長さ方向に延びるとともに部材３２０の幅方
向に互いに間隔をあけて部材３２０の両側位置にそれぞ
れ銀ペーストにより形成された電極３４１，３４２と、
部材３３０の下面の全面に銀ペーストにより形成された
電極３５２と、から構成されている。部材３２０の上面
には凹部等は形成されておらず、部材３２０の上面は単
なる平面とされている。

【００１０】この振動子３００では、電極３５１をアー
ス電極にし、電極３５２と電極３５１との間に振動電圧
を印加すると、振動子３００の全体が、電極３５１，３
５２の面と垂直な方向に凹凸が発生するように振動す
る。振動子３００が長さ方向に平行な軸の周りにある角
速度をもって回転したとすると、コリオリ力に相当する
電圧が逆位相で電極３４１，３４２に発生する。電極３
４１，３４２に発生する電圧には、コリオリ力に相当す
る電圧のみならず電極３４１，３４２の面と垂直な方向
の屈曲振動（励振）による電圧も含まれるが、電極３４
１の電圧と電極３４２の電圧との差動をとって励振によ
る成分をキャンセルすることにより、コリオリ力に相当
する信号のみを得ることができ、したがって、振動子３
００の角速度を測定することができる。

【００１１】前記振動子３００では、図１４及び図１５
に示す従来の振動子１００，２００に比べて小型化及び
製造工程の簡略化は達成できるものの、次のような問題
があった。すなわち、振動子３００では、電極３４１，
３４２は、銀ペーストをスクリーン印刷するか、あるい
は、部材３２０の上面全面に付いた電極をマスキングに
よりマスクし、サンドブラストにより不要部分の電極を
取り除くか又は酸エッチングにより取り除くかする必要
がある。しかし、これらの方法では、電極３４１，３４
２の寸法、面積を安定して一致させることは困難であ
る。このため、電極３４１，３４２の寸法、面積が一致
しないことなり、電極３４１，３４２から得られるコリ
オリ力に相当する信号の値が両者で異なってしまい、そ
の結果正確な角速度を測定できないという不具合を生じ
る。また、酸エッチング法により取り除く前記方法を採
用する場合には、特に、電極３４１，３４２間に銀ペー
ストの残滓が取りきれずに残ってしまい、両電極３４
１，３４２間で絶縁不良を起こしてしまう。

【００１２】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、小型化及び製造工程の簡略化を図ることができ、し
かも、正確に角速度を測定できるとともに電極間の絶縁
を確実に確保することができる振動角速度計用振動子及
びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による振動角速度計用振動子
は、圧電材料からなる四角柱形状の第１及び第２の部材
と、前記第１の部材の第１の面と前記第２の部材の第１
の面との間に挟んで形成された第１の電極と、前記第１
の部材の前記第１の面と相対する前記第１の部材の第２
の面に、前記第１の部材の長さ方向に延びるとともに前
記第１の部材の幅方向に互いに間隔をあけて形成された
複数の外部電極と、前記第２の部材の前記第１の面と相
対する第２の面に形成された第２の電極と、を備え、前
記第１の部材の前記第２の面における前記複数の外部電
極間に凹部が形成されたものである。

【００１４】本発明の第２の態様による振動角速度計用
振動子は、前記第１の態様による振動角速度計用振動子
において、前記複数の外部電極が、前記第１の部材の幅
方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を有す
る第３及び第４の電極と、前記第１の部材の幅方向の略
中央の位置に形成された第５の電極とからなるものであ
る。

【００１５】本発明の第３の態様による振動角速度計用
振動子は、前記第１の態様による振動角速度計用振動子
において、前記複数の外部電極が、前記第１の部材の幅
方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を有す
る第３及び第４の電極からなるものである。

【００１６】本発明の第４の態様による振動角速度計用
振動子は、圧電材料からなる四角柱形状の第１の部材
と、四角柱形状の第２の部材と、前記第１の部材の第１
の面と前記第２の部材の第１の面との間に挟んで形成さ
れた第１の電極と、前記第１の部材の前記第１の面と相
対する前記第１の部材の第２の面に、前記第１の部材の
長さ方向に延びるとともに前記第１の部材の幅方向に互
いに間隔をあけて形成された複数の外部電極と、を備
え、前記第１の部材の前記第２の面における前記複数の
外部電極間に凹部が形成されたものである。

【００１７】本発明の第５の態様による振動角速度計用
振動子は、前記第４の態様による振動角速度計用振動子
において、前記複数の外部電極が、前記第１の部材の幅
方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を有す
る第２及び第３の電極と、前記第１の部材の幅方向の略
中央の位置に形成された第４の電極とからなるものであ
る。

【００１８】本発明の第６の態様による製造方法は、前
記第１乃至第５のいずれかの態様による振動角速度計用
振動子を製造する方法であって、前記第１の部材の前記
第２の面の全面に電極を形成し、その後、全面に前記電
極が形成された前記第１の部材の前記第２の面に溝加工
を施して、前記電極を前記複数の外部電極に分割すると
同時に前記凹部を形成するものである。

【００１９】本発明の第７の態様による振動角速度計用
振動子の製造方法は、第１の面の全面に電極が形成され
た圧電材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相
対する第２の面と、第１の面の全面に電極が形成された
圧電部材からなる第２の板状部材の前記第１の面と相対
する第２の面とが、電極を挟んで接合されてなる接合部
材を用意する段階と、前記接合部材を所望の個々の振動
角速度計用振動子の寸法に合わせて厚み方向に切断する
とともに、前記第１の板状部材の前記第１の面に溝加工
を施す段階（この段階における前記切断と前記溝加工は
いずれを先に行ってもよい）と、を備えたものである。
この第７の態様による製造方法は、前記第１乃至第３の
態様による振動角速度計用振動子を製造するために用い
ることができる。

【００２０】本発明の第８の態様による振動角速度計用
振動子の製造方法は、第１の面の全面に電極が形成され
た圧電材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相
対する第２の面と、第１の面の全面に電極が形成された
圧電部材からなる第２の板状部材の前記第１の面と相対
する第２の面とが、電極を挟んで接合されてなる接合部
材を用意する段階と、前記接合部材の前記第２の板状部
材の前記第１の面の側を仮に支持板に接合する段階と、
前記支持板に仮に接合された前記接合部材を所望の個々
の振動角速度計用振動子の寸法に合わせて厚み方向に前
記支持板の表面に達する程度に切り込んで切断するとと
もに、前記第１の板状部材の前記第１の面に溝加工を施
す段階（この段階における前記切断と前記溝加工はいず
れを先に行ってもよい）と、前記切断されるとともに溝
加工が施された前記接合部材を前記支持板から取り外す
段階と、を備えたものである。この第８の態様による製
造方法も、前記第１乃至第３の態様による振動角速度計
用振動子を製造するために用いることができる。

【００２１】本発明の第９の態様による振動角速度計用
振動子の製造方法は、第１の面の全面に電極が形成され
た圧電材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相
対する第２の面と、第２の板状部材の第１の面とが、電
極を挟んで接合されてなる接合部材を用意する段階と、
前記接合部材を所望の個々の振動角速度計用振動子の寸
法に合わせて厚み方向に切断するとともに、前記第１の
板状部材の前記第１の面に溝加工を施す段階（この段階
における前記切断と前記溝加工はいずれを先に行っても
よい）と、を備えたものである。この第９の態様による
製造方法は、前記第４及び第５の態様による振動角速度
計用振動子を製造するために用いることができる。

【００２２】本発明の第１０の態様による振動角速度計
用振動子の製造方法は、第１の面の全面に電極が形成さ
れた圧電材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と
相対する第２の面と、第２の板状部材の第１の面とが、
電極を挟んで接合されてなる接合部材を用意する段階
と、前記接合部材の前記第２の板状部材の前記第１の面
と相対する第２の面の側を仮に支持板に接合する段階
と、前記支持板に仮に接合された前記接合部材を所望の
個々の振動角速度計用振動子の寸法に合わせて厚み方向
に前記支持板の表面に達する程度に切り込んで切断する
とともに、前記第１の板状部材の前記第１の面に溝加工
を施す段階（この段階における前記切断と前記溝加工は
いずれを先に行ってもよい）と、前記切断されるととも
に溝加工が施された前記接合部材を前記支持板から取り
外す段階と、を備えたものである。この第１０の態様に
よる製造方法も、前記第４及び第５の態様による振動角
速度計用振動子を製造するために用いることができる。

【００２３】前記第１乃至第５の態様による振動角速度
計用振動子は、前記第７乃至第１０の態様のように、接
合部材を用意しこれに対して切断及び溝加工を行うこと
により一度に複数製造することができるので、前述した
図１４及び図１５に示す従来の振動子に比べて、小型化
及び製造工程の簡略化を図ることができる。

【００２４】また、前記第１乃至第５の態様による振動
角速度計用振動子では、前述した図１６に示す振動子と
異なり、第１の部材の第１の面における複数の外部電極
間に凹部が形成されているので、第６乃至第１０の態様
のように、予め所定の面の全面に電極が形成された圧電
部材の当該面に溝加工を施すことにより、当該電極の不
要部分が完全に削り取られ、所望の複数の外部電極を得
ることができる。このため、確実に複数の外部電極間の
絶縁を確保することができる。のみならず、この溝加工
や切断は、例えばダイシングソーを用いることにより極
めて精度良く行うことができるので、複数の外部電極の
寸法、面積、位置の精度が極めて高くなり、これによ
り、前述した図１６に示す振動子において生じていたよ
うな不具合が生ずることなく、正確に角速度を測定する
ことができる。さらに、前記溝加工や切断を例えばダイ
シングソーを用いることにより極めて精度良く行うこと
ができるので、溝加工の加工量（溝の幅、深さ等の寸
法）の精度が極めて高くなることから、溝加工の加工量
を所定の値に設定しておくことにより、振動子の縦方向
と横方向の基準振動数をほぼ一致させることができる。
このため、振動子の縦方向と横方向の基準振動数合わせ
が全く不要になるか、あるいは、両者の基準振動数が一
致していない場合であってもそのずれが極めて小さくな
るので基準振動数合わせが容易になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による振動角速度計
用振動子及びその製造方法について、図面を参照して詳
細に説明する。

【００２６】（実施の形態１）まず、本発明の第１の実
施の形態による振動角速度計用振動子１について、図１
を参照して説明する。図１は本実施の形態による振動子
１を示す図であり、図１（ａ）はその斜視図、図１
（ｂ）はその長さ方向から見た正面図である。

【００２７】図１に示すように、振動子１は、圧電材料
からなる四角柱形状（厳密に四角柱でなくてもよい）の
第１及び第２の部材２，３と、第１の部材２の第１の面
（図１では下面）と第２の部材３の第１の面（図１では
上面）との間に挟んで形成された電極４と、第１の部材
２の前記第１の面に相対する第１の部材２の第２の面
（図１では上面）に、第１の部材２の長さ方向に平行に
延びるとともに第１の部材２の幅方向（図１（ｂ）中の
左右方向）に互いに間隔をあけて形成された外部電極
６，７，８と、第２の部材３の前記第１の側面に相対す
る第２の部材３の第２の面（図１では下面）に形成され
た電極５と、を備えている。第１の部材２の前記第２の
面における電極６，７，８間に凹部９，１０が形成され
ている。電極６，７は、第１の部材２の幅方向の両側位
置にそれぞれ形成され、略同一面積を有している。電極
８は、第１の部材２の幅方向の略中央の位置に形成され
ている。

【００２８】本実施の形態では、第１及び第２の部材
２，３は、圧電セラミック（例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ））からなり、それらの厚みは０.５ｍ
ｍ、幅は１ｍｍ、長さは９ｍｍとされている。電極４，
５，６，７，８は銀ペーストで形成されている。電極４
は第１の部材２の下面全面及び第２の部材３の上面全面
に渡って形成されている。電極５は第２の部材３の下面
全面に形成されている。電極６，７，８の幅はそれぞれ
０．２ｍｍとされ、凹部（溝）９，１０の幅もそれぞれ
０．２ｍｍとされている。もっとも、本発明では、この
ような材質及び寸法に限定されるものではない。なお、
本実施の形態では、第１及び第２の部材２，３の分極方
向は、略厚み方向（図１中の上下方向）とされている。

【００２９】次に、振動子１の製造方法の一例につい
て、図２乃至図７を参照して説明する。図２乃至図７
は、振動子１の製造工程を示す概略斜視図である。

【００３０】まず、厚み０．５ｍｍ、縦７ｃｍ、横７ｃ
ｍのＰＺＴからなる２枚の板状部材２１，２２用意し、
これらの両面にはそれぞれ全面に銀ペーストにて電極を
形成する。この電極を利用して部材２１，２２共に厚み
方向に分極処理を施す。このように電極を形成し分極処
理を施した状態の板状部材２１，２２を図２に示す。た
だし、図２においては、前記電極は省略して示してい
る。なお、後述する図３乃至図７及び図１０において
も、前記電極は省略して示している。

【００３１】次に、図３に示すように、電極が形成され
分極処理が施された板状部材２１，２２をエポキシ性接
着剤等の接着剤（図示せず）を用いて接合し、接合部材
２０とする。この際使用する接着剤としては、粘度が低
く接着層厚が厚くならないものを選択する。部材２１、
２２の表面の銀ペースト電極の表面の微小な凹凸による
両者間の電気的接続を保証するするためと、接合した際
の接着剤の厚みむらによる接合部材２０の厚みの均一性
を保証するためである。これらは、接着剤を均一に塗布
し、所定温度で熱処理を行い、熱処理中に接合部材２０
に均一荷重をかけるにより達成される。

【００３２】次に、接合部材２０は、接合部材２０より
大きい図示しない平面精度が確保されたガラス平面板等
の支持板上に例えば蝋（後に両者を分離できる他の接着
剤でもよい）づけにて接合部材２０の部材２２側の面を
仮に接合する。この接合の際にも、所定温度にて均一荷
重のもとで接合作業を行い、接合精度を確保する。すな
わち、接合部材２０の上面は、前記支持板の上面（基準
面）と精度良く平行にされている。

【００３３】なお、板状部材２１，２２間の接合に使用
する接着剤が高温で熱処理を必要とする場合には、この
熱処理で板状部材２１，２２の分極が弱まるおそれがあ
るので、そのような場合は、接合した電極部分とそれと
相対する２電極との間で再度分極処理を行えば、板状部
材２１，２２の分極を容易に復活させることができる。
接合前には板状部材２１，２２に分極処理を施すことな
く、接合後にのみ分極処理を行ってもよい。

【００３４】次に、図４に示すように、接合部材２０の
上面に形成された電極上に、振動子１の長さ９ｍｍ及び
ダイシングソーの切りしろ０．２ｍｍを含んだ９．２ｍ
ｍ間隔にて、横方向に平行に幅０．５ｍｍのクリーム半
田帯をスクリーン印刷にて形成し、所定の温度にて熱処
理を行い、半田帯２３を形成する。図では理解し易いよ
うに半田帯２３は３本のみ示しているが、実際は７本形
成する。この半田帯２３は、将来振動子１の各電極６，
７，８への導線の半田付けを容易にするためのものであ
る。もっとも、本発明では、このような半田帯２３は必
ずしも形成しておく必要はない。

【００３５】その後、図５に示すように、半田帯２３に
垂直な方向に所定ピッチにてダイシングソーにて前記支
持板の表面に達する程度まで接合部材２０に切り込み、
接合部材２０を切断する。このピッチは、ダイシングソ
ーの切断刃の厚みを考慮し、切断された片の幅が振動子
１の幅１ｍｍになるようにする。切断された各々の片
は、前記支持板と蝋で接着されているため、バラバラに
なることなく、前記支持板に固定されている。したがっ
て、後述する図６及び図７に示すような切断及び溝加工
も精度良く行うことができる。

【００３６】次いで、図６に示すように、半田帯２３の
側辺に沿ってダイシングソーにてガラス基板の表面に達
する程度まで切り込み、接合部材２０を切断する。この
ピッチは切断された片の長さが振動子１の所定長さにな
るように設定する。

【００３７】その後、図７に示すように、同じダイシン
グソーの刃を接合部材２０の上面から３０μｍの切り込
み量になるように調節して、半田帯２３と垂直な切断線
と平行に振動子１の電極６と８が同じ幅の０．２ｍｍに
なるように切り込み溝（図１中の凹部９，１０に相当）
を入れる。接合部材２０の各片は前記支持板に蝋にて固
着されているため、この溝加工作業はダイシングソーの
持っている極めて高い精度で実施される。溝の幅を大き
くしたいときは、ダイシングソーの刃の幅を変えて溝加
工をすれば良い。電極下のＰＺＴ部まで削り取り、溝を
構成することにより、確実に電極６，７，８間の不要な
銀ペースト電極を取り除くことができ、各電極６、７、
８間の絶縁を保証することができる。そして、図５乃至
図７に説明したように、接合部材２０の切断及び溝加工
をダイシングソーにより極めて精度良く行うことができ
るので、電極６，７，８の寸法、面積、位置の精度が極
めて高くなる。

【００３８】以上の加工が終了した後、前記支持板を加
熱して蝋を溶かし、接合部材２０の各片を前記支持板よ
り剥し、有機溶剤で洗浄し、付着した蝋を除去する。こ
れにより接合部材２０の各片が振動子１となり、振動子
１が完成する。

【００３９】以上の工程により、図１に示す１ｍｍ×１
ｍｍ×９ｍｍの小型の振動型角速度計用振動子１を一度
に多量に製造することができる。すなわち、本実施の形
態による振動子１は、以上説明した工程により製造する
ことができるので、前述した図１４及び図１５に示す従
来の振動子に比べて、小型化及び製造工程の簡略化を図
ることができる。

【００４０】ところで、本実施の形態では、図４に示す
工程、図５に示す工程、図６に示す工程及び図７に示す
工程の順で切断及び溝加工が行われていたが、これらの
工程の順序は任意に変更してもよい。また、本実施の形
態では、図３に示す接合部材２０を用意する際して、２
枚とも両面に電極を形成した板状部材２１，２２を使用
したが、板状部材２１，２２のうちの１枚は、片面のみ
に電極を形成したものであってもよい。その場合は、片
面のみに電極を形成した板状部材における電極を形成し
ていない面を他の板状部材の電極面と接合して、図３に
示す接合部材２０を得ればよい。

【００４１】なお、図１中の凹部９，１０の深さは、理
解を容易にするため、実際より深く描いてある。本実施
の形態では、凹部９，１０の断面形状は、矩形形状とさ
れているが、これに限定されるものではなく、例えば、
Ｖ字状や円弧状であってもよい。また、図１中では、半
田帯２３は省略している。

【００４２】なお、振動子１の縦方向（厚み方向）の基
準振動数（又は共振周波数）と横方向（幅方向）の基準
周波数（共振周波数）を一致させることが好ましい。こ
の振動数合わせは、通常、例えば、振動子１を振動させ
ながら側面をレーザー等で削ることにより振動数を調整
することによって、行われる。本実施の形態では、接合
部材２０の前記溝加工や切断を極めて精度良く行うこと
ができるので、溝加工の加工量（溝の幅、深さ等の寸
法）の精度が極めて高くなることから、溝加工の加工量
を所定の値に設定しておくことにより、振動子１の縦方
向と横方向の基準振動数をほぼ一致させることができ
る。このため、振動子１の縦方向と横方向の基準振動数
合わせが全く不要になるか、あるいは、両者の基準振動
数が一致していない場合であってもそのずれが極めて小
さくなるので基準振動数合わせが容易になる。また、本
実施の形態による振動子１を実際に製造したところ、形
成した溝が狭くて浅かったためか、縦方向と横方向の基
準振動数差が観測されず、振動数合わせは不要であっ
た。

【００４３】次に、本実施の形態による振動子１を使用
した振動角速度計の一例について、図８を参照して説明
する。図８はこの振動角速度計を示す構成図である。

【００４４】この振動角速度計は、図８に示すように、
振動子１の他に、振動子１を自励振駆動する自励振回路
３０と、振動子１からの信号に基づいて振動子１に作用
するコリオリ力に相当する検出信号を得る検出回路５０
と、を備えている。

【００４５】振動子１の電極４が基準電極（アース電
極）として用いられ、自励振回路３０の出力端が電極５
に接続され、自励振回路３０の入力端が電極８に接続さ
れ、検出回路５０の２つの入力端がそれぞれ電極６，７
に接続されている。なお、電極６，７，８への接続は、
前記半田帯２３に相当する部分に導線を半田付けするこ
とにより行われる。

【００４６】自励振回路３０により電極４と電極５との
間に励振用電圧（駆動電圧）が印加されると、振動子１
の第２の部材３が電極４，５の面と垂直な方向（図１中
の上下方向）に屈曲振動（単振動）し、したがって、振
動子１の全体がこの方向に屈曲振動する。部材２，３の
長さ方向に延びた任意の軸を中心として振動子１が回転
し角速度が与えられると、部材２，３の幅方向にコリオ
リ力が発生し、このコリオリ力により振動子１がこの方
向に屈曲振動が発生する。この屈曲振動により、コリオ
リ力に対応する信号（電圧）が逆位相でそれぞれ電極
６，７に発生する。電極６，７に発生する電圧には、こ
の信号のみならず、電極４，５の面と垂直な方向の振動
子１の屈曲振動（励振）による電圧も同位相で含まれ
る。

【００４７】検出回路５０は、電極６の信号と電極７の
信号との差動をとって励振による成分をキャンセルする
ことにより、コリオリ力に対応する信号のみを得、更に
その差動波形の包絡線を復調し、復調された信号をコリ
オリ力の検出信号として出力する。したがって、振動子
１の回転速度（角速度）を測定することができる。な
お、検出回路５０の具体的な回路構成自体は、周知であ
る。

【００４８】自励振回路３０は、オペアンプ４１及び抵
抗器４２，４３からなる反転増幅器４４と、抵抗器４
５，４６及びコンデンサ４７，４８からなる２段のＲＣ
フィルタにより構成されたローパスフィルタ４９と、か
ら構成されている。電極８からの出力電圧が反転増幅器
４４により反転増幅され、その増幅された電圧がローパ
スフィルタ４９により位相調整され、その位相調整され
た電圧が駆動電圧として電極５に供給される。これによ
り、ループゲインが１以上となるように正帰還がかけら
れ、振動子１が自励振駆動される。

【００４９】ところで、振動子１の電極６，７は同じ面
積を持つことが好ましい。なぜならば、両者の面積が異
なると、両電極６，７に発生する逆位相のコリオリ力に
起因する信号電圧のバランスがくずれてしまい、正確に
角速度を測定することができないからである。また、電
極８の設定位置は、正確に部材２の幅方向の中心である
ことが好ましい。なぜならば、電極８の位置が部材の幅
方向の中央の位置からずれると、自励振回路３０に入力
する信号が、コリオリ力が存在する時に、そのコリオリ
力に応じて変化してしまい、精度良い自励振が達成でき
ず、正確に角速度を測定することができないからであ
る。この点、本実施の形態による振動子１では、前述し
たように、電極６，７，８の寸法、面積、位置の精度が
極めて高いので、振動子１の電極６，７を正確に同一面
積にするとともに電極８を正確に部材２の幅方向の中央
の位置に配置することができ、したがって、正確に角速
度を測定することができる。

【００５０】なお、前述した振動子１の製造方法では、
接合部材２０を一旦前記支持板に仮に接合しているが、
本発明では必ずしもこのように接合部材２０を支持板に
仮に接合しておく必要はない。

【００５１】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態による振動角速度計用振動子６０について、図
９を参照して説明する。

【００５２】図９は本実施の形態による振動子６０を示
す図であり、図９（ａ）はその斜視図、図９（ｂ）はそ
の長さ方向から見た正面図である。図９において、図１
中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００５３】本実施の形態による振動子６０が前記図１
に示す第１の実施の形態による振動子１と異なる所は、
図１中の電極８が取り除かれ、電極６，７間に１つの幅
の広い溝である凹部１１が形成されている点のみであ
る。

【００５４】次に、この振動子６０の製造方法の一例に
ついて、前述した図２乃至図７に加えて、図１０を参照
して説明する。図１０は、振動子６０の製造工程を示す
斜視図である。

【００５５】この振動子６０の製造方法は、途中まで前
記第１の実施の形態による振動子１の製造方法と同じで
あり、まず、図２乃至図７に関連して説明した工程を行
い、図示しない前記支持板上に蝋づけにて接合された接
合部材２０が図７に示した状態になるようにする。ただ
し、図５における接合部材２０の切断ピッチを、前記第
１の実施の形態の場合よりも０．０５ｍｍだけ大きくし
ておく。

【００５６】図７に関連して説明した工程の後、図１０
に示すように、図７の工程で形成した溝を補助溝として
利用し、図９中の電極６，７間の凹部１１に相当する溝
をダイシングソーにて形成する。本実施の形態では、こ
の溝の幅が０．５ｍｍと格段に広くなるため切断用の刃
を使用できない。そこで、この溝を加工するため、幅広
の刃に交換し、切削加工する。この際、図７の工程で形
成された細い溝が補助溝となるので、部材２１の電極
６，７を形成した部分が欠けてしまうことなく、溝の幅
を０．５ｍｍの幅に加工することが可能である。振動子
６０の幅と高さを同じに設定すると、図１０に示す溝加
工により縦方向と横方向の基準振動数に差が出てしまう
ため、前述したように幅方向に前もって０．０５ｍｍ程
余裕を持たせておき、溝加工の深さ、幅の量を適切に設
定しておくことにより両方向の基準振動数を一致させる
ようにしておく。この実施の形態の場合、溝幅０．５ｍ
ｍで深さを５０μｍ削れば両方向の基準振動数が一致
し、振動数合わせが不要であった。

【００５７】以上の加工が終了した後、前記支持板を加
熱して蝋を溶かし、接合部材２０の各片を前記支持板よ
り剥し、有機溶剤で洗浄し、付着した蝋を除去する。こ
れにより接合部材２０の各片が振動子６０となり、振動
子６０が完成する。

【００５８】本実施の形態においては溝の幅は０．５ｍ
ｍと広い幅を持たせたが、図６の状態となった後にダイ
シングソーの幅を０．２ｍｍの切断用の刃をそのまま溝
加工用に使用し、幅方向に０．２ｍｍの狭い溝を一本形
成し、電極６，７を形成してもよい。この場合には溝深
さを深くしない限り、横方向と縦方向の基準振動数一致
させるべく前記０．０５ｍｍの余裕をとったりする必要
はないし、かつ、ダイシングソーの刃を交換する必要も
なく、より簡略化された工程で多数の振動子６０を作製
することができる。

【００５９】次に、本実施の形態による振動子６０を使
用した振動角速度計の一例について、図１１を参照して
説明する。図１１はこの振動角速度計を示す構成図であ
る。

【００６０】この振動角速度計は、図１０に示すよう
に、振動子６０の他に、振動子６０を自励振駆動する自
励振回路７０と、振動子６０からの信号に基づいて振動
子６０に作用するコリオリ力に相当する検出信号を得る
検出回路９０と、を備えている。

【００６１】振動子６０の電極４が基準電極（アース電
極）として用いられ、自励振回路７０の出力端が電極５
に接続され、自励振回路７０の２つの入力端がそれぞれ
電極６，７に接続され、検出回路９０の２つの入力端も
それぞれ電極６，７に接続されている。

【００６２】自励振回路７０により電極４と電極５との
間に励振用電圧（駆動電圧）が印加されると、振動子１
の第２の部材３が電極４，５の面と垂直な方向（図９中
の上下方向）に屈曲振動（単振動）し、したがって、振
動子６０の全体がこの方向に屈曲振動する。部材２，３
の長さ方向に延びた任意の軸を中心として振動子６０が
回転し角速度が与えられると、部材２，３の幅方向にコ
リオリ力が発生し、このコリオリ力により振動子６０が
この方向に屈曲振動が発生する。この屈曲振動により、
コリオリ力に対応する信号（電圧）が逆位相でそれぞれ
電極６，７に発生する。電極６，７に発生する電圧に
は、この信号のみならず、電極４，５の面と垂直な方向
の振動子１の屈曲振動（励振）による電圧も同位相で含
まれる。

【００６３】検出回路９０は、電極６の信号と電極７の
信号との差動をとって励振による成分をキャンセルする
ことにより、コリオリ力に対応する信号のみを得、更に
その差動波形の包絡線を復調し、復調された信号をコリ
オリ力の検出信号として出力する。したがって、振動子
６０の回転速度（角速度）を測定することができる。な
お、検出回路９０の具体的な回路構成自体は、周知であ
る。

【００６４】自励振回路７０は、抵抗器７１，７２から
なる加算回路７３と、オペアンプ７４及び抵抗器７５，
７６からなる反転増幅器７７と、抵抗器７８，７９及び
コンデンサ８０，８１からなる２段のＲＣフィルタによ
り構成されたローパスフィルタ８２と、から構成されて
いる。加算回路７３により電極６からの信号と電極７か
らの信号との和がとってコリオリ力に対応する信号成分
をキャンセルすることにより、励振による成分のみの信
号を得、この信号が反転増幅器７７により反転増幅さ
れ、その増幅された電圧がローパスフィルタ８２により
位相調整され、その位相調整された電圧が駆動電圧とし
て電極５に供給される。これにより、ループゲインが１
以上となるように正帰還がかけられ、振動子１が自励振
駆動される。

【００６５】ところで、本実施の形態による振動子６０
においても、電極６，７は同じ面積を持つことが好まし
い。なぜならば、第１の実施の形態と同様に、両者の面
積が異なると、両電極６，７に発生する逆位相のコリオ
リ力に起因する信号電圧のバランスがくずれてしまい、
正確に角速度を測定することができないからである。の
みならず、電極６，７の面積が異なると、加算回路７３
の出力信号が、コリオリ力が存在する時に、そのコリオ
リ力に応じて変化してしまい、精度良い自励振が達成で
きず、正確に角速度を測定することができないからであ
る。この点、本実施の形態による振動子６０では、第１
の実施の形態による振動子１と同様に、電極６，７の寸
法、面積、位置の精度が極めて高いので、振動子１の電
極６，７を正確に同一面積にすることができ、したがっ
て、正確に角速度を測定することができる。

【００６６】本実施の形態によれば、これ以外について
も、前記第１の実施の形態による振動子１と同様の利点
が得られることは、明らかである。

【００６７】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態による振動角速度計用振動子９５について、図
１２を参照して説明する。

【００６８】図１２は本実施の形態による振動子９５を
示す図であり、図１２（ａ）はその斜視図、図１２
（ｂ）はその長さ方向から見た正面図である。図１２に
おいて、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一
符号を付し、その説明は省略する。

【００６９】本実施の形態による振動子９５が前記図１
に示す第１の実施の形態による振動子１と異なる所は、
図１中の電極５が取り除かれている点のみである。な
お、本実施の形態では、部材３の圧電現象を全く利用せ
ず、部材３は圧電的に不活性であるので、部材３の材料
としては、圧電材料のみならず圧電的に本来不活性な材
料、例えば、アルミナやガラス等を用いてもよい。

【００７０】このように振動子９５が振動子１と異なる
所が電極５が取り除かれている点のみであるので、振動
子９５も振動子１と同様にして製造することができる。

【００７１】次に、本実施の形態による振動子９５を使
用した振動角速度計の一例について、図１３を参照して
説明する。図１３はこの振動角速度計を示す構成図であ
る。

【００７２】この振動角速度計は、図１３に示すよう
に、振動子９５の他に、振動子９５を自励振駆動する自
励振回路７０と、振動子９５からの信号に基づいて振動
子９５に作用するコリオリ力に相当する検出信号を得る
検出回路９０と、を備えている。

【００７３】この振動角速度計の自励振回路７０及び検
出回路９０は、図１１中の自励振回路７０及び検出回路
９０と全く同一であるので、同一構成要素には同一符号
を付し、その説明は省略する。ただし、この振動角速度
計では、振動子９５の電極４が基準電極（アース電極）
として用いられ、自励振回路７０の出力端が電極８に接
続され、自励振回路７０の２つの入力端がそれぞれ電極
６，７に接続され、検出回路９０の２つの入力端もそれ
ぞれ電極６，７に接続されている。

【００７４】この振動角速度計では、自励振回路７０に
より電極４と電極８との間に励振用電圧（駆動電圧）が
印加されると、振動子１の第１の部材２が電極４，５の
面と垂直な方向（図９中の上下方向）に屈曲振動（単振
動）し、したがって、振動子６０の全体がこの方向に屈
曲振動する。このように振動子６０の励振方法が異なる
だけで、他の動作については、前述した図１１に示す振
動角速度計の動作と同様である。

【００７５】本実施の形態による振動子９５によって
も、前記第１の実施の形態による振動子１と同様の利点
が得られることは、明らかである。

【００７６】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接合部材を用意しこれに対して切断及び溝加工を行うこ
とにより一度に複数製造することができるので、小型化
及び製造工程の簡略化を図ることができ、しかも、正確
に角速度を測定できるとともに電極間の絶縁を確実に確
保することができる。また、本発明によれば、振動子の
縦方向と横方向の基準振動数合わせが全く不要になる
か、あるいは、両者の基準振動数が一致していない場合
であってもそのずれが極めて小さくなるので基準振動数
合わせが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による振動子を示す
図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施の形態よる振動子の製造工
程を示す概略斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による振動子の製造
工程であって図２に示す工程に引き続く工程を示す概略
斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態による振動子の製造
工程であって図３に示す工程に引き続く工程を示す概略
斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態による振動子の製造
工程であって図４に示す工程に引き続く工程を示す概略
斜視図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態による振動子の製造
工程であって図５に示す工程に引き続く工程を示す概略
斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態による振動子の製造
工程であって図６に示す工程に引き続く工程を示す概略
斜視図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態による振動子を用い
た振動角速度計を示す構成図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態による振動子を示す
図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図で
ある。

【図１０】本発明の第２の実施の形態よる振動子の製造
工程を示す概略斜視図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態による振動子を用
いた振動角速度計を示す構成図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態による振動子を示
す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図
である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態による振動子を用
いた振動角速度計を示す構成図である。

【図１４】従来の振動子の一例を示す図であり、（ａ）
はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１５】従来の振動子の他の例を示す図であり、
（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【図１６】本発明の基礎となった振動子を示す図であ
り、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその正面図である。

【符号の説明】

１，６０，９５ 振動子 ２ 第１の部材 ３ 第２の部材 ４，５，６，７，８ 電極 ９，１０，１１ 凹部 ２１，２２ 板状部材 ２３ 半田帯 ３０，７０ 自励振回路 ５０，９０ 検出回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料からなる四角柱形状の第１及び
   第２の部材と、 前記第１の部材の第１の面と前記第２の部材の第１の面
   との間に挟んで形成された第１の電極と、 前記第１の部材の前記第１の面と相対する前記第１の部
   材の第２の面に、前記第１の部材の長さ方向に延びると
   ともに前記第１の部材の幅方向に互いに間隔をあけて形
   成された複数の外部電極と、 前記第２の部材の前記第１の面と相対する第２の面に形
   成された第２の電極と、 を備え、 前記第１の部材の前記第２の面における前記複数の外部
   電極間に凹部が形成されたことを特徴とする振動角速度
   計用振動子。
2. 【請求項２】 前記複数の外部電極は、前記第１の部材
   の幅方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を
   有する第３及び第４の電極と、前記第１の部材の幅方向
   の略中央の位置に形成された第５の電極とからなること
   を特徴とする請求項１記載の振動角速度計用振動子。
3. 【請求項３】 前記複数の外部電極は、前記第１の部材
   の幅方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を
   有する第３及び第４の電極からなることを特徴とする請
   求項１記載の振動角速度計用振動子。
4. 【請求項４】 圧電材料からなる四角柱形状の第１の部
   材と、 四角柱形状の第２の部材と、 前記第１の部材の第１の面と前記第２の部材の第１の面
   との間に挟んで形成された第１の電極と、 前記第１の部材の前記第１の面と相対する前記第１の部
   材の第２の面に、前記第１の部材の長さ方向に延びると
   ともに前記第１の部材の幅方向に互いに間隔をあけて形
   成された複数の外部電極と、 を備え、 前記第１の部材の前記第２の面における前記複数の外部
   電極間に凹部が形成されたことを特徴とする振動角速度
   計用振動子。
5. 【請求項５】 前記複数の外部電極は、前記第１の部材
   の幅方向の両側位置にそれぞれ形成された略同一面積を
   有する第２及び第３の電極と、前記第１の部材の幅方向
   の略中央の位置に形成された第４の電極とからなること
   を特徴とする請求項４記載の振動角速度計用振動子。
6. 【請求項６】 前記第１の部材の前記第２の面の全面に
   電極を形成し、その後、全面に前記電極が形成された前
   記第１の部材の前記第２の面に溝加工を施して、前記電
   極を前記複数の外部電極に分割すると同時に前記凹部を
   形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載の振動角速度計用振動子を製造する方法。
7. 【請求項７】 第１の面の全面に電極が形成された圧電
   材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相対する
   第２の面と、第１の面の全面に電極が形成された圧電部
   材からなる第２の板状部材の前記第１の面と相対する第
   ２の面とが、電極を挟んで接合されてなる接合部材を用
   意する段階と、 前記接合部材を所望の個々の振動角速度計用振動子の寸
   法に合わせて厚み方向に切断するとともに、前記第１の
   板状部材の前記第１の面に溝加工を施す段階と、 を備えたことを特徴とする振動角速度計用振動子の製造
   方法。
8. 【請求項８】 第１の面の全面に電極が形成された圧電
   材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相対する
   第２の面と、第１の面の全面に電極が形成された圧電部
   材からなる第２の板状部材の前記第１の面と相対する第
   ２の面とが、電極を挟んで接合されてなる接合部材を用
   意する段階と、 前記接合部材の前記第２の板状部材の前記第１の面の側
   を仮に支持板に接合する段階と、 前記支持板に仮に接合された前記接合部材を所望の個々
   の振動角速度計用振動子の寸法に合わせて厚み方向に前
   記支持板の表面に達する程度に切り込んで切断するとと
   もに、前記第１の板状部材の前記第１の面に溝加工を施
   す段階と、 前記切断されるとともに溝加工が施された前記接合部材
   を前記支持板から取り外す段階と、 を備えたことを特徴とする振動角速度計用振動子の製造
   方法。
9. 【請求項９】 第１の面の全面に電極が形成された圧電
   材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相対する
   第２の面と、第２の板状部材の第１の面とが、電極を挟
   んで接合されてなる接合部材を用意する段階と、 前記接合部材を所望の個々の振動角速度計用振動子の寸
   法に合わせて厚み方向に切断するとともに、前記第１の
   板状部材の前記第１の面に溝加工を施す段階と、 を備えたことを特徴とする振動角速度計用振動子の製造
   方法。
10. 【請求項１０】 第１の面の全面に電極が形成された圧
    電材料からなる第１の板状部材の前記第１の面と相対す
    る第２の面と、第２の板状部材の第１の面とが、電極を
    挟んで接合されてなる接合部材を用意する段階と、 前記接合部材の前記第２の板状部材の前記第１の面と相
    対する第２の面の側を仮に支持板に接合する段階と、 前記支持板に仮に接合された前記接合部材を所望の個々
    の振動角速度計用振動子の寸法に合わせて厚み方向に前
    記支持板の表面に達する程度に切り込んで切断するとと
    もに、前記第１の板状部材の前記第１の面に溝加工を施
    す段階と、 前記切断されるとともに溝加工が施された前記接合部材
    を前記支持板から取り外す段階と、 を備えたことを特徴とする振動角速度計用振動子の製造
    方法。