JPH09287955A

JPH09287955A - 圧電振動角速度計の製造方法

Info

Publication number: JPH09287955A
Application number: JP10081396A
Authority: JP
Inventors: Tatsushi Nomura; 達士野村; Yuichi Isono; 勇一磯野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】作業性の良い振動ジャイロの製造方法を提供
する。【解決手段】少なくとも、切断用テープ上に配置された
板部材上に振動子を支持する支持部材を所定の位置に設
ける工程と、前記支持部材を配置された前記板部材を所
定の寸法に切断する工程と、前記支持部材上に前記振動
子を配置し、固定する工程と、前記板部材を前記切断用
テープから取り外す工程とからなる圧電振動角速度計の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航空機、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
知に使用する角速度計、特に圧電振動角速度計の製造方
法である。

【０００２】

【従来の技術】角速度計（以下、振動ジャイロという）
は古くから航空機、船舶、自動車等の位置制御、姿勢制
御等に用いられていた。最近では、自動車のナビゲーシ
ョンシステムやカメラ、ビデオカメラの手ぶれ防止や、
振動感知に、特に圧電振動角速度計（以下、圧電振動ジ
ャイロという）が用いられている。

【０００３】圧電振動ジャイロの基本原理は、振動子を
圧電セラミックスによって励振（Ｘ軸）させ、その振動
子中心軸（Ｚ軸）に回転角速度Ωが加わると、もとの振
動（Ｘ軸）に対し直角方向（Ｙ軸）にコリオリ力Ｆが生
じる。この力をＹ軸の圧電セラミックスによって、検出
すると回転角速度Ωがわかる、というものである。図５
は、従来の圧電振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。図６は、図５に示す圧電振動ジャイロを、矢印Ｘ方
向から見た場合の平面図である。金属振動子５０５は正
方形断面形状を有する四角柱であり、互いに直角な２つ
の方向（図５及び図６においては矢印Ｙ方向と矢印Ｚ方
向）に、ほぼ同じ共振周波数で屈曲振動することが可能
である。

【０００４】圧電セラミック薄板５１１は、金属振動子
５０５の所定の側面５０１上に接合されている。圧電セ
ラミック薄板５１３は、側面５０１に対向する側面５０
３上に接合されている。さらに、圧電セラミック薄板５
１２が、側面５０１の、図中、左隣の側面５０２上に接
合されており、圧電セラミック薄板５１４が、側面５０
２に対向する側面５０４上に接合されている。これらの
圧電セラミック薄板５１１〜５１４は、その板厚方向に
分極されている。また、金属振動子５０５は、グランド
の役割を果たす。

【０００５】リードのための細導線５２１〜５２４は、
それぞれ厚電セラミック薄板５１１〜５１４上に半田付
けされている。また、細い金属線によって構成されてい
る支持用金属線５３１〜５３４は、金属振動子５０５を
支持するために、各側面５０１〜５０４上の所定の位置
にそれぞれ各面に垂直に溶接されており、さらに、金属
振動子５０５のリードとして用いられる。上述した金属
振動子５０５を支持する支持用金属線５３１〜５３４
は、金属振動子５０５の無拘束基本振動モードの共振振
動の節点に溶接されている。

【０００６】しかし、小型化に伴い、圧電振動ジャイロ
を製造する場合における作業空間が限定されるため、支
持用金属線を金属振動子に溶接する作業が極めて困難と
なり、コスト高になるという問題や、金属振動も小型化
され、その熱容量が小さくなり、支持用金属線が金属振
動子に溶接されると、金属振動子の側面に接合される圧
電セラミック薄板が、溶接時の熱の影響を受け、熱的に
変形してしまうという問題があった。そこで、図７に示
すような振動ジャイロを開発するに至った。

【０００７】振動子３０は、圧電セラミック部材である
チタン酸ジルコ酸鉛（以下、ＰＺＴという）（圧電部
材）によって構成されている、振動子３０は、その共振
振動の節点部位において、シリコン系接着剤によって、
シリコン系樹脂（ゴム状の弾性絶縁材料）で構成される
支持部材７１、７２上で固定される。支持部材７１、７
２の配置間隔は、振動子３０の振動時節点間隔と等し
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロは、振動子１０と支持部材７１、７２
及び支持部材７１、７２と基板２０の２箇所の接着部分
があり、一個々振動子の中心軸を確認しながら固定して
いくという作業は非常に効率が悪いという欠点があっ
た。

【０００９】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たものであり、作業性の良い振動ジャイロの製造方法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に「少な
くとも、切断用テープ上に配置された板部材上に振動子
を支持する支持部材を所定の位置に設ける工程と、前記
支持部材を配置された前記板部材を所定の寸法に切断す
る工程と、前記支持部材上に前記振動子を配置し、固定
する工程と、前記板部材を前記切断用テープから取り外
す工程とからなる圧電振動角速度計の製造方法（請求項
１）」を提供する。

【００１１】また、本発明は、第２に「前記支持部材上
に前記振動子を固定する工程が、シリコーン接着剤を用
いて接合する工程であることを特徴とする請求項１記載
の圧電振動角速度計の製造方法（請求項２）」を提供す
る。また、本発明は、第３に「前記支持部材上に前記振
動子を配置する工程が、前記板部材上に前記振動子の大
きさの開口部を有するホルダーを設け、前記開口部に振
動子を配置する工程であることを特徴とする請求項１又
は２記載の圧電振動角速度計の製造方法（請求項３）」
を提供する。

【００１２】また、本発明は、第４に「前記ホルダーに
設けられた前記開口部の位置は、前記振動子を前記開口
部に配置した場合に、前記振動子の振動節部と前記支持
部材とが一致する位置であることを特徴とする請求項３
記載の圧電振動角速度計の製造方法（請求項４）」を提
供する。また、本発明は、第５に「前記振動子が上面の
長手方向に２つの凹面の溝を有する圧電部材であり、前
記２つの凹面の溝の両端の提部にはそれぞれコリオリ検
出用分割電極、中央には励振フィードバック用電極が形
成され、前記圧電部材の中間の長手方向の全面にはアー
ス電極が形成され、前記圧電部材の下面の長手方向の全
面には励振用電極が形成されてなることを特徴とする請
求項１〜４記載の圧電振動角速度計の製造方法（請求項
５）」を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、本発明で使用した圧電振動
子６について図３を用いて説明する。振動子６は上面の
長手方向に２つの凹面の溝を有するＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）からなる圧電部材であり、２つの凹面の溝
の両端の提部にはそれぞれコリオリ検出用分割電極９、
９’が形成され、中央には励振フィードバック用電極１
０が形成され、圧電部材の中間の長手方向の全面にはア
ース電極１１が形成され、下面の長手方向の全面には励
振用電極１２が形成されている。

【００１４】振動子６はアース電極１１を基準電極とし
て使用され、励振用電極１２とアース電極１１間に振動
子励振用電圧が印加されると、励振用電極に対して垂直
な方向に振動する。即ち、下面の励振用電極１２と中間
のアース電極１１との間に交流電圧をかけると、その部
分は伸び縮みしようとするが、上部に伸び縮みしない部
分があるので、全体としては上下に反って振れることに
なる。

【００１５】振動子６は図示しない自励振回路により駆
動側共振周波数（励振速度Ｖ）にて振動し、振動子６の
長手方向の軸を中心とした角速度Ωを与えると、励振速
度Ｖとのベクトル積（質量×２）倍したコリオリ力は横
方向に生じ、振動子６は上下振動しながらも横方向にた
わむので、コリオリ検出用分割電極９、９’には、その
共振周波数による信号にコリオリ力成分が逆位相で振幅
変調された波形が出力され、両出力の差動をとることに
よりコリオリ力成分のみ検出され、角速度Ωがわかる。

【００１６】振動子６の製造方法を以下に示す。銀ペー
ストを印刷した（銀電極付き）ＰＺＴ板を厚み方向に分
極処理し、２枚のＰＺＴ板をエポキシ接着剤で貼り付け
る。接着剤による振動子の振動の影響を極力なくすため
に、接着剤として粘度の低いものを用いることが好まし
い。なお、接着剤自体が導電性を有していなくても、接
着の際に適当に圧力を加えることにより、２枚のＰＺＴ
板の接合面には接着剤が介在せずに直接接触する多くの
微小領域が存在し、両者は電気的に接続されることにな
る。もっとも、接着剤として導電性接着剤を用いてもよ
い。

【００１７】その一方の面にコリオリ検出用分割電極
９、９’を形成するために、ダイシングソーで溝入れ切
断し、振動子６を複数個作製する。こうして作製された
振動子６の大きさは、幅１.０ｍｍ、厚み１.０ｍｍ、長
さ９ｍｍであり、溝部幅０.２ｍｍ、深さ３０μm、コリ
オリ検出用分割電極９、９’０.２ｍｍ、フィードバッ
ク用電極１０の幅０.２ｍｍである。

【００１８】次に、振動子６を支持部材３を用いて固定
し、圧電振動ジャイロを製作する工程を示す。ガラス板
１（縦５５ｍｍ、横５５ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍ）の一
方の面に切断用テープとして吸着用ＵＶテープ２（縦７
０ｍｍ横７０ｍｍ）を貼り、他方の面に、支持部材とし
て幅０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ５５ｍｍのシリ
コーンゴム製の突起３を５ｍｍピッチで１０本設ける。

【００１９】切断用テープとして、古河電工ダイシング
用ＵＶテープが用いられる。支持部材として、信越化学
ＫＥ４８９６Ｔが用いられる。シリコーンゴム製は柔ら
かいため、支持位置ずれの影響が少ない、という点で好
ましい。ガラス板１上に支持部材を設けるピッチは、振
動子６の振動節部の長さと同じである。

【００２０】これをダイシングソーを用いて図２に示す
様にガラス板のみを３ｍｍ×１０ｍｍの大きさにシリコ
ーンゴム製の突起３が２つ来るように切断する（図１−
１）。その結果、支持部材付き板部材４が９０個できる
（図２）。ガラス板１は切断されても、吸着用ＵＶテー
プ２によって固定されているので位置ズレ等の問題は生
じない。シリコーンゴム製の突起３（支持部材）にシリ
コーン接着剤を薄く塗布する。その上に振動子の大きさ
の開口部を有するホルダー５を載置し、その開口部に振
動子を並べる（図１ー２）。支持部材と接着剤は同一材
料なので、接着剤が硬化すると両者は一体となる。

【００２１】ホルダー５は板部材に嵌合する様に製作さ
れており、ホルダー５に形成された開口部の位置は、ホ
ルダー５をガラス板上に載置し、開口部に振動子を設置
した場合に、振動子６の振動節部が支持部材と一致する
ように設けられている。従って、開口部に振動子６を単
に並べていけば所定の位置に設置することができる。

【００２２】シリコーン接着剤を硬化させ、硬化後はホ
ルダー５をはずし、その上から紫外線ランプを用いて紫
外線を照射し、吸着用ＵＶテープ２を剥がせば、振動子
６が支持部材３で固定された圧電振動ジャイロが完成す
る（図４）。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、切断用テ
ープを貼った板部材上に、前もって支持部材を所定の位
置に形成し、支持部材が２つできるように板部材を切断
し、切断用テープによってつながっている板部材上の支
持部材上にそれぞれ振動子を固定させることにより振動
ジャイロを製作するので、一回の位置合わせで大量の振
動ジャイロを製作することができ、作業性の向上及びコ
ストダウンが図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による圧電振動ジャイロの製作工程を示
す図である。

【図２】本発明による圧電振動ジャイロの製作工程のう
ちガラス板材上に支持部材を設け、ガラス板を切断する
工程で製作された支持部材付き基板の拡大図である。

【図３】本発明で用いた振動子の斜視図である。

【図４】本発明による製作工程により製作された振動ジ
ャイロである。

【図５】従来の圧電振動ジャイロの斜視図である。

【図６】図５に示す圧電振動ジャイロを、矢印Ｘ方向か
ら見た場合の平面図である。

【図７】従来の圧電振動ジャイロの斜視図である。

【符号の説明】

１・・・ガラス板２・・・吸着用ＵＶテープ３、７１、７２・・・支持部材４・・・支持部材付き板部材５・・・ホルダー６、３０・・・振動子７・・・切断部分８・・・圧電部材（ＰＺＴ板）９、９’・・・コリオリ検出用分割電極１０・・・励振フィードバック用電極１１・・・アース電極１２・・・励振用電極２０・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、切断用テープ上に配置された
板部材上に振動子を支持する支持部材を所定の位置に設
ける工程と、前記支持部材を配置された前記板部材を所定の寸法に切
断する工程と、前記支持部材上に前記振動子を配置し、固定する工程
と、前記板部材を前記切断用テープから取り外す工程とから
なる圧電振動角速度計の製造方法。
【請求項２】前記支持部材上に前記振動子を固定する工
程が、シリコーン接着剤を用いて接合する工程であるこ
とを特徴とする請求項１記載の圧電振動角速度計の製造
方法。
【請求項３】前記支持部材上に前記振動子を配置する工
程が、前記板部材上に前記振動子の大きさの開口部を有
するホルダーを設け、前記開口部に前記振動子を配置す
る工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧
電振動角速度計の製造方法。
【請求項４】前記ホルダーに設けられた前記開口部の位
置は、前記振動子を前記開口部に配置した場合に、前記
振動子の振動節部と前記支持部材とが一致する位置であ
ることを特徴とする請求項３記載の圧電振動角速度計の
製造方法。
【請求項５】前記振動子が上面の長手方向に２つの凹面
の溝を有する圧電部材であり、前記２つの凹面の溝の両
端の提部にはそれぞれコリオリ検出用分割電極、中央に
は励振フィードバック用電極が形成され、前記圧電部材
の中間の長手方向の全面にはアース電極が形成され、前
記圧電部材の下面の長手方向の全面には励振用電極が形
成されてなることを特徴とする請求項１〜４記載の圧電
振動角速度計の製造方法。