(57)【要約】  回路基板に実装する際の絶縁信頼性が良好で、かつ振動子感度が高く、Ｓ／Ｎ比の良好な音叉型振動子と、その効率的な製造方法を得る。  圧電振動子７０，７２は、基台部７４と脚部７６ａ，７６ｂとを有する音叉型の振動体７８を含む。また、圧電振動子７０，７２は、２つの圧電体基板８０，８２、中間電極８４、表面電極８６，８８，９０および全面電極９４の積層体として形成される。表面電極８６，８８，９０は、基台部７４から脚部７６ａ，７６ｂに延びる分割部９２ａ，９２ｂで分割されている。回路基板との接続部分における分割部９２ａ，９２ｂの幅は、他の部分における分割部９２ａ，９２ｂの幅より広くなるように形成される。分割部９２ａ，９２ｂは、振動体７８を構成するための圧電体板上の全面に形成された電極をダイサーで分割したり、レーザー照射やエッチングによって分割することにより形成される。
2010026817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体基板を含み、基台部と、前記基台部から平行に延びるように形成される脚部とを有する音叉型の振動体、および
前記振動体の一方主面において前記基台部から前記脚部に延びて形成され、前記基台部において回路基板に接続される３つの表面電極を含み、
３つの前記表面電極は、前記基台部から前記脚部に延びる分割部で分割され、
少なくとも前記回路基板との接続部における前記分割部の幅を前記脚部における前記分割部の幅より広くした、音叉型振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の音叉型振動子の製造方法であって、
前記振動体を構成するための圧電体基板上に電極を形成する工程と、
ダイサーを用いて前記電極に部分的に幅の異なる前記分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の音叉型振動子の製造方法であって、
前記振動体を構成するための圧電体基板上に電極を形成する工程と、
レーザー照射によって前記電極に部分的に幅の異なる前記分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の音叉型振動子の製造方法であって、
前記振動体を構成するための圧電体基板板上に電極を形成する工程と、
エッチングによって前記電極に部分的に幅の異なる前記分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の音叉型振動子、または請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の製造方法によって形成された音叉型振動子を含んでなる、角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音叉型振動子とその製造方法および角速度センサに関し、特にたとえば、角速度センサなどに用いられて角速度を検出するために用いられる音叉型振動子とその製造方法、および音叉型振動子を用いた角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、従来の音叉型振動子の一例を示す斜視図である。音叉型振動子１は、四角形状の基台部２ａと、基台部２ａの一端から平行に延びる２つの脚部２ｂ，２ｃとで構成される振動体を含む。この振動体は、２つの音叉型の圧電体基板３ａ，３ｂを含む。これらの圧電体基板３ａ，３ｂの間には、中間金属膜４が形成される。また、一方の圧電体基板３ａの表面には、３つの電極５ａ，５ｂ，５ｃが形成される。これらの電極５ａ，５ｂ，５ｃは、基台部２ａから２つの脚部２ｂ，２ｃに直線状に延びる２つの分割部で分割される。さらに、他方の振動体３ｂの表面には、全面電極６が形成される。この音叉型振動子１では、圧電体基板３ａ，３ｂは、たとえば互いに逆向きの厚み方向に分極される。【０００３】
この音叉型振動子１は、回路基板に取り付けられる。このとき、圧電体基板３ａ上の３つの電極５ａ，５ｂ，５ｃが、導電性接着剤などによって、回路基板に形成された電極に機械的かつ電気的に接続される。ここで、圧電体基板３ａ上の３つの電極５ａ，５ｂ，５ｃのうち、両端の電極５ａ，５ｃと中央部の電極５ｂとの間に駆動回路が接続される。また、両端の電極５ａ，５ｃは、回転角速度を検出するための検出回路に接続される。駆動回路によって、音叉型振動子１の２つの脚部２ｂ，２ｃは、開いたり閉じたりするように振動する。このとき、２つの脚部２ｂ，２ｃは、分極方向に対して同じ向きの変位となるため、検出回路に接続された２つの電極５ａ，５ｃから出力される信号は同じである。したがって、検出回路で電極５ａ，５ｃの出力信号の差をとれば、これらの出力信号の差は０となる。【０００４】
この状態で、２つの脚部２ｂ，２ｃの間の中心軸を中心として回転角速度が加わると、振動方向と直交する方向にコリオリ力が働く。基本振動は、脚部２ｂ，２ｃが互いに開閉する振動であるため、２つの脚部２ｂ，２ｃに働くコリオリ力は逆向きとなる。そのため、脚部２ｂ，２ｃは、基本振動の方向と直交する向きで、互いに逆向きとなる。そのため、脚部２ｂ，２ｃは、基本振動の方向と直交する向きで、互いに逆向きに変位する。この脚部２ｂ，２ｃの変位により、２つの電極５ａ，５ｃの出力信号は逆位相に変化し、検出回路で電極５ａ，５ｃの出力信号の差をとれば、回転角速度に対応した信号を得ることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９６９４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
音叉型振動子では、駆動用および検出用として、一方の圧電体基板上に３つの電極が形成されるが、電極間の分割部の幅が狭いと、導電性接着剤などで回路基板の電極に接続する際に、導電性接着剤によって電極間が短絡する可能性が高くなり、絶縁信頼性が低下する。また、これらの電極間の分割部の幅を広くすると、脚部における電極面積が小さくなり、音叉型振動子を駆動する際の駆動効率および脚部の変位による信号の出力の効率が低下し、振動子感度が低くなって、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、回路基板に実装する際の絶縁信頼性が良好で、かつ振動子感度が高く、Ｓ／Ｎ比の良好な音叉型振動子を提供することである。
また、この発明の他の目的は、このような音叉型振動子を効率よく製造するための音叉型振動子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、圧電体基板を含み、基台部と、基台部から平行に延びるように形成される脚部とを有する音叉型の振動体、および振動体の一方主面において基台部から前記脚部に延びて形成され、前記基台部において回路基板に接続される３つの表面電極を含み、３つの表面電極は、基台部から脚部に延びる分割部で分割され、少なくとも回路基板との接続部における分割部の幅を脚部における分割部の幅より広くした、音叉型振動子である。
少なくとも回路基板との接続部における表面電極間の分割部の幅を脚部における分割部の幅より広くすることにより、回路基板との接続部においては、導電性接着剤などによる表面電極間の短絡の可能性が小さくなり、脚部においては広い電極面積を確保することができる。【０００９】
また、この発明は、上述の音叉型振動子の製造方法であって、振動体を構成するための圧電体基板上に電極を形成する工程と、ダイサーを用いて電極に部分的に幅の異なる分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法である。
さらに、この発明は、上述の音叉型振動子の製造方法であって、振動体を構成するための圧電体基板上に電極を形成する工程と、レーザー照射によって電極に部分的に幅の異なる分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法である。
また、この発明は、上述の音叉型振動子の製造方法であって、振動体を構成するための圧電体基板上に電極を形成する工程と、エッチングによって電極に部分的に幅の異なる分割部を形成する工程とを含む、音叉型振動子の製造方法である。
振動体を構成するための圧電体板上に形成された電極に部分的に幅の異なる分割部を形成するために、ダイサーを用いる方法、レーザー照射による方法、エッチングによる方法などを採用することができる。たとえば、ダイサーを用いる場合、切削幅の異なるダイシングブレードを用いたり、ダイシングブレードを複数回電極に接触させることにより表面電極の分割幅を部分的に広くすることができる。
また、レーザー照射の場合、レーザー照射位置をコントロールすることにより、任意の幅および形状の分割部を形成することができる。
さらに、エッチングの場合、任意の形状の分割パターンを形成して、分割パターンにしたがって電極を除去することにより、寸法精度の高い表面電極の分割幅を得ることができる。
また、この発明は、上述の音叉型振動子、または上述のいずれかに記載の製造方法によって形成された音叉型振動子を含んでなる、角速度センサである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、回路基板との接続部における表面電極間の分割部の幅を広くすることにより、導電性接着剤などによる表面電極間の短絡の可能性が低くなり、絶縁信頼性を良好にすることができる。また、音叉型振動子の脚部においては、電極面積を大きくすることができるため、音叉型振動子の駆動時における駆動効率および脚部の変形による信号の出力の効率が高くなり、振動子感度が良好となって、Ｓ／Ｎ比をよくすることができる。
さらに、この発明の方法によれば、部分的に幅の異なる分割部を容易に形成することができ、上述のような特徴を有する音叉型振動子を効率よく製造することができる。【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の音叉型振動子を用いた角速度センサの一例を示す内部透視斜視図である。
【図２】図１に示す角速度センサの分解斜視図である。
【図３】図１および図２に示す角速度センサに用いられる回路基板の他方面を示す斜視図である。
【図４】図１および図２に示す角速度センサに用いられる本発明の音叉型振動子の一例を示す斜視図である。
【図５】図１および図２に示す角速度センサの回路を示すブロック図である。
【図６】駆動時における音叉型振動子の振動状態を示す図解図である。
【図７】回転角速度が加わったときの音叉型振動子の振動状態を示す図解図である。
【図８】図４に示す本発明の音叉型振動子の平面図である。
【図９】この発明の音叉型振動子の他の例を示す平面図である。
【図１０】この発明の音叉型振動子のさらに他の例を示す平面図である。
【図１１】従来の音叉型振動子の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はこの発明の音叉型振動子を用いた角速度センサの一例を示す内部透視斜視図であり、図２はその分解斜視図である。角速度センサ１０は、回路基板２０を含む。回路基板２０は、たとえば長方形板状などの形状に形成される。回路基板２０の一方面には、凹部２２が形成される。凹部２２は、たとえば、回路基板２０の１つの角部側に片寄るような位置に形成される。なお、図２においては、凹部２２は鉤形に形成されているが、後述のＩＣが実装されうる形状であればよく、たとえば四角形状などであってもよい。
【００１４】
回路基板２０の凹部２２内には、複数の電極２４が、たとえば四角形状に並ぶように形成される。また、回路基板２０の凹部２２の外側において、凹部２２に近接する短辺の近傍に、３つの長方形状の電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃが並んで形成される。これらの電極２６ａ〜２６ｃは、その長手方向が凹部２２に近接する回路基板２０の短辺と同じ向きとなるように配置される。さらに、回路基板２０の凹部２２の外側において、凹部２２に近接する長辺の近傍に、３つの長方形状の電極２８ａ，２８ｂ，２８ｃが並んで形成される。これらの電極２８ａ〜２８ｃは、その長手方向が凹部２２に近接する回路基板２０の長辺と同じ向きとなるように配置される。
【００１５】
また、凹部２２と、凹部２２から離れた位置にある回路基板２０の短辺との間には、複数対の対向電極３０が形成される。それぞれの対向電極３０は、回路基板２０の長手方向において互いに対向するように形成される。そして、複数対の対向電極３０が、回路基板２０の短辺に沿って並ぶように配置される。さらに、これらの対向電極３０と回路基板２０の短辺との間に、複数の電極３２が形成される。また、凹部２２に近接する回路基板２０の短辺の近傍に形成された電極２６ａ〜２６ｃに隣接して、複数の電極３４が形成される。これらの電極３４は、凹部２２から離れた回路基板２０の長辺に沿って配置される。
【００１６】
回路基板２０の他方面には、図３に示すように、複数の外部電極４０および８つの検査用電極４２ａ〜４２ｈが形成される。外部電極４０は、回路基板２０の対向する長辺に沿って並んで形成される。また、検査用電極４２ａ〜４２ｈは、外部電極４０の内側に並んで形成される。４つの検査用電極４２ａ〜４２ｄおよび別の４つの検査用電極４２ｅ〜４２ｈは、回路基板２０の対向する長辺のそれぞれに沿って形成される。８つの検査用電極４２ａ〜４２ｈの中心点Ｃは、回路基板２０の他方面において、角速度センサ１０全体の重心に対応する位置Ｇに一致するように配置される。
【００１７】
回路基板２０は、たとえばアルミナなどで形成される。また、回路基板２０上に形成される電極２４，２６ａ〜２６ｃ，２８ａ〜２８ｃ，３０，３２，３４，４０，４２ａ〜４２ｈなどは、たとえば、タングステンで形成された電極上にニッケルおよび金を順次メッキすることにより形成される。なお、回路基板２０には、導電性を有する多数のビアホールやパターンなどの配線部材（図示せず）が形成されている。
【００１８】
回路基板２０の凹部２２には、ＩＣ５０が嵌め込まれる。ＩＣ５０は、後述の音叉型振動子を駆動し、音叉型振動子の出力信号を処理するために用いられる。ＩＣ５０には、複数の外部電極（図示せず）が形成され、このＩＣ５０の外部電極が凹部２２内の電極２４にそれぞれ接続される。このとき、たとえば、電極２４に金バンプ５２が形成され、この金バンプ５２によって電極２４とＩＣ５０の外部電極とが接続される。また、ＩＣ５０は、エポキシ系接着剤などからなるアンダーフィル５４によって、回路基板２０に固定される。
【００１９】
回路基板２０に形成された対向電極３０には、チップコンデンサ６０がそれぞれ接続される。チップコンデンサ６０としては、たとえば積層セラミックコンデンサなどが用いられ、その両端に形成された外部電極が、半田６２などによって対向電極３０に接続される。
【００２０】
さらに、凹部２２の外側に形成された電極２６ａ〜２６ｃおよび電極２８ａ〜２８ｃには、それぞれ第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２が取り付けられる。第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２は、略長方形状の基台部７４と、その長手方向の一端から延びるように形成される２つの脚部７６ａ，７６ｂとを有する音叉型の振動体７８を含む。これらの脚部７６ａ，７６ｂは、基台部７４の幅方向の両端より内側において、互いに平行に延びるように形成される。
【００２１】
第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２の振動体７８は、それぞれ、図４に示すように、２つの音叉型の圧電体基板８０，８２を含み、これらの圧電体基板８０，８２の間に中間電極８４が挟まれた構成を有する。圧電体基板８０，８２は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体材料で形成され、たとえば互いに逆向きの厚み方向に分極される。
【００２２】
一方の圧電体基板８０の表面には、３つの表面電極８６，８８，９０が形成される。表面電極８６，８８は、一方の脚部７６ａの幅方向の中央部において基台部７４から脚部７６ａに延びる分割部９２ａで分割され、端部側の表面電極８６は、基台部７４から脚部７６ａに延びるように形成される。また、表面電極８８，９０は、他方の脚部７６ｂの幅方向の中央部において基台部７４から脚部７６ｂに延びる分割部９２ｂで分割され、端部側の表面電極９０は、基台部７４から脚部７６ｂに延びるように形成される。さらに、中央部の表面電極８８は、基台部７４から両方の脚部７６ａ，７６ｂに延びるように形成される。ここで、表面電極８６，８８，９０の間の分割部９２ａ，９２ｂの幅は、基台部７４部分で広く、かつ脚部７６ａ，７６ｂ部分で狭くなるように形成される。また、他方の圧電体基板８２の表面には、全面電極９４が形成される。
【００２３】
第１の音叉型振動子７０と第２の音叉型振動子７２とは、回路基板２０の凹部２２の外側に形成された電極２６ａ〜２６ｃおよび電極２８ａ〜２８ｃに取り付けられる。このとき、接合材１００を用いて、２つの音叉型振動子７０，７２の表面電極８６，８８，９０が、それぞれ、電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃおよび電極２８ａ，２８ｂ，２８ｃに接続される。接合材１００としては、たとえば異方導電性接着剤、導電性接着剤、樹脂−金属複合材料、金バンプなどが用いられる。表面電極８６，８８，９０の間において絶縁性を確保する必要があるため、接合材１００として、異方導電性接着剤や樹脂−金属複合材料を用いる場合には、基台部７４において３つの電極８６，８８，９０側の表面の全面に接合材１００を付与することができるが、その他の材料を用いる場合には、それぞれの表面電極８６，８８，９０に分割して接合材１００を付与する必要がある。
【００２４】
第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２は、ほぼ直交する向きに配置されるが、それぞれの振動が他の振動子に影響を与えないように、異なる共振周波数を有するものが用いられる。第１の音叉型振動子７０の脚部７６ａ，７６ｂは、第２の音叉型振動子７２の脚部７６ａ，７６ｂより長く形成される。それにより、第１の音叉型振動子７０は、第２の音叉型振動子７２より低い共振周波数を有する。
【００２５】
低い共振周波数を有する第１の音叉型振動子７０の表面電極８６，８８，９０は、回路基板２０の短辺の近傍に形成された電極２６ａ〜２６ｃに接続される。また、高い共振周波数を有する第２の音叉型振動子７２の表面電極８６，８８，９０は、回路基板２０の長辺の近傍に形成された電極２８ａ〜２８ｃに接続される。これらの第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２の脚部７６ａ，７６ｂは、回路基板２０の短辺および長辺に沿って、凹部２４側に向かって延びるように配置される。
【００２６】
ＩＣ５０およびチップコンデンサ６０などで形成される回路の必要な部分が、電極２４、対向電極３０および配線部材（図示せず）を介して、回路基板２０の他方面に形成された外部電極４０に接続される。また、第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２の表面電極８６，８８，９０は、電極２６ａ〜２６ｃ、電極２８ａ〜２８ｃおよび配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０の回路に接続されるとともに、回路基板２０の他方面に形成された検査用電極４２ａ〜４２ｈに接続される。このとき、第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２の表面電極８６，８８，９０は、それぞれ、２列に配置された４つの検査用電極４２ａ〜４２ｄおよび４つの検査用電極４２ｅ〜４２ｈに接続される。
【００２７】
ここで、４つ並んだ一方の検査用電極４２ａ〜４２ｄのうち、両外側の２つの検査用電極４２ａ，４２ｄに第１の音叉型振動子７０の中央部の表面電極８８が接続され、内側の２つの検査用電極４２ｂ，４２ｃに第１の音叉型振動子７０の両側の表面電極８６，９０が接続される。また、４つ並んだ他方の検査用電極４２ｅ〜４２ｈのうち、両外側の２つの検査用電極４２ｅ，４２ｈに第２の音叉型振動子７２の中央部の表面電極８８が接続され、内側の２つの検査用電極４２ｆ，４２ｇに第２の音叉型振動子７２の両側の表面電極８６，９０が接続される。
【００２８】
回路基板２０の一方面上には、ＩＣ５０、チップコンデンサ６０、第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２を覆うようにして、キャップ１１０が取り付けられる。キャップ１１０は、たとえばアルミナや洋白などの材料で、回路基板２０の外形に合わせた矩形の器状に形成される。
【００２９】
キャップ１１０を回路基板２０に取り付けるために、キャップ１１０の端部と回路基板２０との間にキャップ接着剤１１２が付与される。キャップ接着剤１１２としては、たとえばアルミナなどの絶縁性のキャップ１１０を取り付ける場合には、エポキシ系接着剤などが用いられ、洋白などの導電性のキャップ１１０を取り付ける場合には、エポキシ系接着剤およびエポキシ系導電性接着剤などが用いられる。
【００３０】
キャップ１１０には、防爆用の貫通孔１１４が形成される。貫通孔１１４は、第１の音叉型振動子７０の基台部７４に対応する位置において、キャップ１１０の角部の近傍に形成される。貫通孔１１４は、第２の音叉型振動子７２の基台部７４に対応する位置において、キャップ１１０の角部の近傍に形成されてもよい。つまり、貫通孔１１４は、キャップ１１０を１８０°回転させて回路基板２０に取り付けても、ＩＣ５０の上に配置されない位置に形成されることが好ましい。
【００３１】
次に、図５などを参照して、この角速度センサ１０の回路構成について説明する。ここでは、角速度センサ１０において、第１の音叉型振動子７０に関連する回路構成と第２の音叉型振動子７２に関連する回路構成とが同様の回路構成であるため、先に、第１の音叉型振動子７０に関連する回路構成について詳しく説明し、その後に、第２の音叉型振動子７２に関連する回路構成について簡単に説明する。
【００３２】
角速度センサ１０において、第１の音叉型振動子７０の表面電極８６，９０は、電極２４、２６ａ、２６ｃおよび配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０に含まれる入力バッファ２００の２つの入力端に接続される。この入力バッファ２００は、一方の出力端および他方の２つの出力端を有し、一方の出力端は２つの入力端に入力されている信号の和の信号を出力するためのものであり、他方の２つの出力端は２つの入力端に入力されている信号を出力するためのものである。ＩＣ５０内において、入力バッファ２００の一方の出力端は、信号の振幅を制御するための振幅制御回路２０２の入力端に接続され、振幅制御回路２０２の出力端は、信号の位相を適正にするための移相回路２０４の入力端に接続される。ＩＣ５０内の移相回路２０４の出力端は、電極２４、２６ｂおよび配線部材（図示せず）を介して、第１の音叉型振動子７０の表面電極８８に接続される。このようにして、第１の音叉型振動子７０には、駆動用の帰還ループが形成される。なお、第１の音叉型振動子７０の表面電極８６，８８，９０は、上述のように、４つの検査用電極４２ａ〜４２ｄの所定のものにそれぞれ接続されている。
【００３３】
ＩＣ５０内において、入力バッファ２００の他方の２つの出力端は、差動増幅回路２０６の２つの入力端に接続され、差動増幅回路２０６の出力端は、振幅調整回路２０８を介して、同期検波回路２１０の一方の入力端に接続され、さらに、入力バッファ２００の一方の出力端は、検波クロック生成回路２１２を介して、同期検波回路２１０の他方の入力端に接続される。同期検波回路２１０は、その一方の入力端に入力されている信号を、その他方の入力端に入力されている信号（検波クロック）に同期して検波するためのものである。同期検波回路２１０の出力端は、ＩＣ５０の１つの外部電極（電極２４）に接続され、この外部電極と基準電圧が印加されるＩＣ５０の別の外部電極（別の電極２４、外部電極４０（ＲＥＦ））との間には、電極３０および配線部材（図示せず）を介して、コンデンサＣ１（チップコンデンサ６０）が接続される。
【００３４】
さらに、ＩＣ５０内において、同期検波回路２１０の出力端は、調整回路２１４の１つの入力端に接続される。この調整回路２１４は、同期検波回路２１０の出力信号を温度補償するためのものである。そのため、ＩＣ５０内には、シリアルインタフェース２１６、ロジック回路２１８、メモリ２２０および温度センサ２２２が設けられる。シリアルインタフェース２１６は、その３つの入力端がＩＣ５０の３つの外部電極（３つの電極２４）および３つの外部電極４０（ＡＣＳ、ＡＣＬＫおよびＡＳＤＩＯ）にそれぞれ接続され、その出力端がロジック回路２１８の入力端に接続される。また、ロジック回路２１８の入出力端がメモリ２２０の入出力端に接続される。さらに、メモリ２２０のＶＰＰ電圧端子は、ＩＣ５０の外部電極（電極２４）および外部電極４０（ＶＰＰ）に接続される。そのため、実際に測定された第１の音叉型振動子７０の温度変化に対するインピーダンス変化特性に関するデータなどのさまざまなデータを、外部電極４０から、シリアルインタフェース２１６およびロジック回路２１８を介して、メモリ２２０に記憶することができる。また、ロジック回路２１８の出力端が調整回路２１４の別の入力端に接続される。そのため、メモリ２２０に記憶されているデータを、ロジック回路２１８を介して、調整回路２１４に与えることができる。さらに、温度センサ２２２の出力端が、調整回路２１４のさらに別の入力端に接続される。したがって、調整回路２１４によって、その入力信号すなわち同期検波回路２１０の出力信号を、メモリ２２０に記憶されているデータおよび温度センサ２２２の出力信号に基づいて温度補償することができる。
【００３５】
なお、図示していないが、メモリ２２０は、上述の振幅調整回路２０８にも接続され、メモリ２２０に記憶されているゲインに関するデータに基づいて、振幅調整回路２０８によって差動増幅回路２０６の出力信号の振幅を調整することができる。
【００３６】
ＩＣ５０内において、調整回路２１４の出力端は、ローパスフィルタ２２４の入力端に接続される。ローパスフィルタ２２４は、角速度センサ１０で検出する角速度の周波数たとえば１０Ｈｚ〜５０Ｈｚを含む低周波帯域を通過するためのものである。ローパスフィルタ２２４の出力端は、ＩＣ５０の外部電極（電極２４）、電極３０および外部電極４０（ＯＵＴｘ）に接続される。なお、ローパスフィルタ２２４は、入力信号を通過して出力する別の出力端も有し、その別の出力端は、ＩＣ５０の別の外部電極（電極２４）および別の電極３０に接続される。そして、ローパスフィルタ２２４の出力端および別の出力端間（電極３０間）には、コンデンサＣ２（チップコンデンサ６０）が接続される。
【００３７】
ローパスフィルタ２２４の出力端すなわち外部電極４０（ＯＵＴｘ）は、外部に設けられるハイパスフィルタ２２６の入力端に接続される。ハイパスフィルタ２２６は、信号中の直流成分をカットするためのものである。ハイパスフィルタ２２６は、コンデンサＣ３および抵抗器Ｒ１を含み、その入力端と出力端との間にコンデンサＣ３が接続され、その出力端とＩＣ５０の基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）との間に抵抗器Ｒ１が接続される。
【００３８】
ハイパスフィルタ２２６の出力端すなわちコンデンサＣ３および抵抗器Ｒ１の接続点は、外部電極４０（ＡＩＮｘ）に接続される。この外部電極４０（ＡＩＮｘ）は、電極２４などを介して、ＩＣ５０内において後段アンプに用いられるオペアンプ２２８の正入力端に接続される。後段アンプは、外部電極４０（ＡＩＮｘ）に入力されている信号の振幅をたとえば５０倍程度増幅するためのものである。オペアンプ２２８は、その負入力端が電極２４などを介して外部電極４０（ＡＦＢｘ）に接続され、その出力端が別の電極２４などを介して別の外部電極４０（ＡＰＯｘ）に接続される。また、これらの外部電極４０（ＡＦＢｘ、ＡＰＯｘ）には、外部に設けられるローパスフィルタ２３０が接続される。ローパスフィルタ２３０は、抵抗器Ｒ２およびコンデンサＣ４を含み、抵抗器Ｒ２およびコンデンサＣ４は、外部電極４０（ＡＦＢｘ、ＡＰＯｘ）間に並列に接続される。また、外部電極４０（ＡＦＢｘ）と基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）との間には、抵抗器Ｒ３が接続される。そのため、オペアンプ２２８を含む後段アンプによって、外部電極４０（ＡＩＮｘ）に入力されている信号の振幅をたとえば５０倍程度増幅して、オペアオンプ２２８の出力端すなわち外部電極４０（ＡＰＯｘ）から出力することができる。
【００３９】
また、ＩＣ５０内には、スイッチＳＷが設けられる。スイッチＳＷは、外部電極４０（ＡＩＮｘ）に接続されるＩＣ５０の外部電極（電極２４）とＩＣ５０の基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）に接続されるＩＣ５０の別の外部電極（別の電極２４）との間に接続される。また、スイッチＳＷは、外部電極４０（ＳＣＴ）に接続されるＩＣ５０の外部電極（電極２４）に接続される。さらに、スイッチＳＷは、外部電極４０（ＳＣＴ）に入力される制御信号によって、オンまたはオフに切替えることができるように構成されている。このスイッチＳＷをたとえば０．２秒間オンにすることによってハイパスフィルタ２２６のコンデンサＣ３を充電すれば、ローパスフィルタ２２４の出力端すなわち外部電極４０（ＯＵＴｘ）の信号が短時間でオペアンプ２２８の正入力端に伝達され、オペアンプ２２８の出力端すなわち外部電極４０（ＡＰＯｘ）における出力信号の立上り時間を早めることができる。
【００４０】
なお、外部電極４０（ＶＣＣ）は、配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０のＶＣＣおよびＶＤＤに接続される電極２４にそれぞれ接続され、外部電極４０（ＧＮＤ）は、配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０のＧＮＤに接続される電極２４に接続される。また、外部電極４０（ＳＬＰ）は、配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０のスリープ制御用端子に接続される電極２４に接続される。
【００４１】
角速度センサ１０において、第１の音叉型振動子７０と同様に、第２の音叉型振動子７２の表面電極８６，９０は、電極２４、２８ａ、２８ｃおよび配線部材（図示せず）を介して、ＩＣ５０に含まれる入力バッファ２００と同様の入力バッファ２００´の２つの入力端に接続される。入力バッファ２００´の一方の出力端は、振幅制御回路２０２と同様の振幅制御回路２０２´、移相回路２０４と同様の移相回路２０４´、電極２４、２８ｂおよび配線部材（図示せず）を介して、第２の音叉型振動子７２の表面電極８８に接続される。このようにして、第２の音叉型振動子７２にも、駆動用の帰還ループが形成される。ただし、駆動用の帰還ループは、第２の音叉型振動子７２における駆動周波数が、第１の音叉型振動子７０における駆動周波数より高くなるように形成される。
【００４２】
入力バッファ２００´の他方の２つの出力端も、差動増幅回路２０６および振幅調整回路２０８と同様の差動増幅回路２０６´および振幅調整回路２０８´を介して、同期検波回路２１０と同様の同期検波回路２１０´の一方の入力端に接続され、さらに、入力バッファ２００´の一方の出力端は、検波クロック生成回路２１２と同様の検波クロック生成回路２１２´を介して、同期検波回路２１０´の他方の入力端に接続される。図示していないが、調整回路２０８´にもメモリ２２０が接続され、メモリ２２０に記憶されているゲインに関するデータに基づいて、振幅調整回路２０８´によって差動増幅回路２０６´の出力信号の振幅を調整することができる。また、検波クロック生成回路２１２´は、検波クロック生成回路２１２と比べて、第２の音叉型振動子７２の高い駆動周波数に対応して周期の短い検波クロックを生成し、同期検波回路２１０´における検波の周期も、同期検波回路２１０における検波の周期と比べて短い。
【００４３】
同期検波回路２１０´の出力端は、ＩＣ５０の１つの外部電極（電極２４）および電極３０に接続され、この電極３０と基準電圧が印加されるＩＣ５０の別の外部電極（別の電極２４、外部電極４０（ＲＥＦ））との間には、コンデンサＣ５（チップコンデンサ６０）が接続される。
【００４４】
さらに、ＩＣ５０内において、同期検波回路２１０´の出力端は、調整回路２１４と同様の調整回路２１４´の１つの入力端に接続される。また、調整回路２１４´の別の入力端およびさらに別の入力端には、メモリ２２０および温度センサ２２２がそれぞれ接続される。そのため、メモリ２２０に記憶されているデータを、調整回路２１４´に与えることができる。さらに、調整回路２１４´によって、同期検波回路２１０´の出力信号を、メモリ２２０に記憶されている第２の音叉型振動子７２に関するデータおよび温度センサ２２２の出力信号に基づいて温度補償することができる。
【００４５】
ＩＣ５０内において、調整回路２１４´の出力端は、ローパスフィルタ２２４と同様のローパスフィルタ２２４´の入力端に接続される。ローパスフィルタ２２４´の出力端は、ＩＣ５０の外部電極（電極２４）、電極３０および外部電極４０（ＯＵＴｙ）に接続され、ローパスフィルタ２２４´の別の出力端は、ＩＣ５０の別の外部電極（電極２４）および別の電極３０に接続される。ローパスフィルタ２２４´の出力端および別の出力端間（電極３０間）には、コンデンサＣ６（チップコンデンサ６０）が接続される。
【００４６】
ローパスフィルタ２２４´の出力端すなわち外部電極４０（ＯＵＴｙ）は、ハイパスフィルタ２２６と同様の外部に設けられるハイパスフィルタ２２６´の入力端に接続される。ハイパスフィルタ２２６´は、その入力端と出力端との間にコンデンサＣ７が接続され、その出力端とＩＣ５０の基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）との間に抵抗器Ｒ４が接続される。
【００４７】
ハイパスフィルタ２２６´の出力端すなわちコンデンサＣ７および抵抗器Ｒ４の接続点は、外部電極４０（ＡＩＮｙ）に接続される。この外部電極４０（ＡＩＮｙ）は、電極２４などを介して、ＩＣ５０内において後段アンプと同様の別の後段アンプに用いられるオペアンプ２２８´の正入力端に接続される。この別の後段アンプは、外部電極４０（ＡＩＮｙ）に入力されている信号の振幅をたとえば５０倍程度増幅するためのものである。オペアンプ２２８´は、その負入力端が電極２４などを介して外部電極４０（ＡＦＢｙ）に接続され、その出力端が別の電極２４などを介して別の外部電極４０（ＡＰＯｙ）に接続される。また、これらの外部電極４０（ＡＦＢｙ、ＡＰＯｙ）には、ローパスフィルタ２３０と同様の外部に設けられるローパスフィルタ２３０´が接続される。ローパスフィルタ２３０´の抵抗器Ｒ５およびコンデンサＣ８が、外部電極４０（ＡＦＢｙ、ＡＰＯｙ）間に並列に接続される。また、外部電極４０（ＡＦＢｙ）と基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）との間には、抵抗器Ｒ６が接続される。そのため、オペアンプ２２８´を含む別の後段アンプによって、外部電極４０（ＡＩＮｙ）に入力されている信号の振幅をたとえば５０倍程度増幅して、オペアンプ２２８´の出力端すなわち外部電極４０（ＡＰＯｙ）から出力することができる。
【００４８】
また、ＩＣ５０内には、スイッチＳＷと同様のスイッチＳＷ´が設けられる。スイッチＳＷ´は、外部電極４０（ＡＩＮｙ）に接続されるＩＣ５０の外部電極（電極２４）とＩＣ５０の基準電圧が印加される別の外部電極４０（ＲＥＦ）に接続されるＩＣ５０の別の外部電極（別の電極２４）との間に接続される。また、スイッチＳＷ´も、ＩＣ５０の外部電極（電極２４）および外部電極４０（ＳＣＴ）に接続される。さらに、スイッチＳＷも、外部電極４０（ＳＣＴ）に入力される制御信号によって、オンまたはオフに切替えることができるように構成されている。そのため、このスイッチＳＷ´をたとえば０．２秒間オンにすることによってハイパスフィルタ２２６´のコンデンサＣ７を充電すれば、ローパスフィルタ２２４´の出力端すなわち外部電極４０（ＯＵＴｙ）の信号が短時間でオペアンプ２２８´の正入力端に伝達され、オペアンプ２２８´の出力端すなわち外部電極４０（ＡＰＯｙ）における出力信号の立上り時間を早めることができる。
【００４９】
次に、この角速度センサ１０の作動状態について説明する。この角速度センサ１０では、たとえば、第１の音叉型振動子７０が、回路基板２０の短辺に平行するＸ軸を中心として加わる回転角速度を検出するために用いられ、第２の音叉型振動子７２が、回路基板２０の長辺に平行するＹ軸を中心として加わる回転角速度を検出するために用いられる。
【００５０】
第１の音叉型振動子７０において、入力バッファ２００、振幅制御回路２０２および移相回路２０４からなる駆動用の帰還ループによって自励振駆動回路が形成され、脚部７６ａ，７６ｂは、たとえば図６に示すように、互いに開いたり閉じたりするように基本振動で振動する。脚部７６ａ，７６ｂが互いに開いている状態（図６に実線で示す状態）では、第１の音叉型振動子７０において、中央の表面電極８８を形成した部分が伸びて、両側の表面電極８６，９０を形成した部分が縮んでいる。逆に、脚部７６ａ，７６ｂが互いに閉じている状態では、第１の音叉型振動子７０において、中央の表面電極８８を形成した部分が縮んで、両側の表面電極８６，９０を形成した部分が伸びている。この基本振動のときに、２つの脚部７６ａ，７６ｂは、分極方向に対して同じ状態で対称的に振動するため、両側の表面電極８６，９０からは同じ信号が出力される。そのため、検出回路用の差動増幅回路２０６ひいては外部電極４０（ＡＰＯｘ）からは、「０」の信号が出力される。
【００５１】
この基本振動の状態で、第１の音叉型振動子７０にＸ軸を中心として回転角速度が加わると、脚部７６ａ，７６ｂには、基本振動の方向と直交する向きにコリオリ力が働く。脚部７６ａ，７６ｂに働くコリオリ力は互いに逆向きであるため、２つの脚部７６ａ，７６ｂは、たとえば図７に示すように、互いに逆方向に変位する。この変位によって、両側の表面電極８６，９０からは、逆位相の信号が出力され、差動増幅回路２０６からは、回転角速度に応じた大きい信号が出力される。このように出力される信号の大きさと極性とは、回転角速度の大きさと回転方向とにそれぞれ対応する。
【００５２】
差動増幅回路２０６の出力信号は、その振幅が、メモリ２２０に記憶されているデータに基づいて振幅調整回路２０８によって調整される。このように振幅が調整された信号は、同期検波回路２１０によって、検波クロック生成回路２１２の検波クロックに同期して検波される。検波された信号は、調整回路２１４などによって、温度補償される。温度補償された信号は、ローパスフィルタ２２４によって必要な低周波帯域が通過され、ハイパスフィルタ２２６によって直流成分がカットされる。そして、直流成分がカットされた信号は、オペアンプ２２８などからなる後段アンプで増幅され、オペアンプ２２８の出力端すなわち外部電極４０（ＡＰＯｘ）から出力される。したがって、外部電極４０（ＡＰＯｘ）からの出力信号の大きさと極性とによって、Ｘ軸を中心として加わった回転角速度の大きさと回転方向とを検出することができる。
【００５３】
第２の音叉型振動子７２においても、第１の音叉型振動子７０と同様に、脚部７６ａ，７６ｂが、入力バッファ２００´などからなる駆動用の帰還ループによって、基本振動で振動する。ただし、第２の音叉型振動子７２においては、Ｙ軸を中心として加わった回転角速度に応じて、脚部７６ａ，７６ｂの基本振動の向きが変位する。そのため、第２の音叉型振動子７２に関しては、差動増幅回路２０６´ひいては外部電極４０（ＡＰＯｙ）からの出力信号の大きさと極性とによって、Ｙ軸を中心として加わった回転角速度の大きさと回転方向とを検出することができる。
【００５４】
第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２において、基台部７４においては、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂの幅が広くなるように形成され、脚部７６ａ，７６ｂにおいては、これらの分割部９２ａ，９２ｂの幅が狭くなるように形成されている。なお、脚部７６ａ部分における表面電極８６，８８間の分割部９２ａの幅および脚部７６ｂ部分における表面電極８８，９０間の分割部９２ｂの幅に比べて、基台部７４部分における表面電極８６，８８間の分割部９２ａの幅および表面電極８８，９０間の分割部９２ｂの幅が広くなるように形成されるが、基台部７４の全体において、これらの表面電極８６，８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂの幅を広くする必要はない。たとえば、図８の斜線部で示すように、少なくとも回路基板２０の電極２６ａ〜２６ｃまたは電極２８ａ〜２８ｃに接続される部分において、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂの幅が広くなっていればよい。
【００５５】
このような音叉型振動子７０，７２を形成するために、電極を挟んで２つの圧電体板が積層され、その両面全面に電極が形成される。この積層体から複数の音叉型振動子が形成されるが、それぞれの音叉型振動子が形成される部分において、分割部９２ａ，９２ｂが形成される。このとき、たとえば、圧電体板上の電極をダイサーで切断することにより、積層体の複数個所に分割部９２ａ，９２ｂが形成される。
【００５６】
なお、圧電体板上において、回転するダイシングブレードを電極に接触させながら移動することにより、電極を分割することができる。ここで、切削幅の異なるダイシングブレードを用いることにより、部分的に分割幅の異なる分割部９２ａ，９２ｂを形成することができる。また、１つのダイシングブレードを用いて、同じ幅で直線状に電極を分割したのち、この分割部分における電極に部分的にダイシングブレードを接触させることにより、部分的に幅の広い部分を有する分割部９２ａ，９２ｂを形成してもよい。このとき、ダイシングブレードの接触回数を調整することにより、電極の分割部分の拡幅量を調整することができる。また、ダイシングブレードを電極に接触させながら、先に形成した分割部分に沿って移動させることにより、幅の広い部分の長さを調整することができる。そして、分割部９２ａ，９２ｂの幅の広い部分を基台部７４とし、幅の狭い部分を脚部７６ａ，７６ｂとするようにして、積層体を音叉型に切り出すことにより、複数の音叉型振動子を得ることができる。
【００５７】
このような第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２では、回路基板２０の電極２６ａ〜２６ｃおよび電極２８ａ〜２８ｃとの接続部分において、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の幅が広くなっているため、回路基板２０の電極２６ａ〜２６ｃおよび電極２８ａ〜２８ｃと音叉型振動子７０，７２の表面電極８６，８８，９０とを接続するための導電性接着剤などによって表面電極８６，８８，９０間が短絡される可能性が低くなる。そのため、表面電極８６，８８，９０間の絶縁信頼性が高くなる。
【００５８】
また、脚部７６ａ，７６ｂにおいては、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂの幅が狭いため、表面電極８６，８８，９０の電極面積を大きくすることができる。そのため、駆動回路によって音叉型振動子７０を駆動するときに、駆動効率を高くすることができ、検出回路によって脚部７６，７６ｂの変位による表面電極８６，９０からの出力信号を処理する際に、信号の出力の効率を高くすることができる。それにより、第１の音叉型振動子７０および第２の音叉型振動子７２の振動子感度を高くすることができ、Ｓ／Ｎ比をよくすることができる。
【００５９】
さらに、圧電体板上の全面に形成した電極にダイシングブレードを接触させることにより、容易に異なる幅を有する分割部９２ａ，９２ｂを形成することができ、効率的に音叉型振動子７０，７２を製造することができる。
【００６０】
音叉型振動子７０，７２の表面電極８６，８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂを形成するために、圧電体板上の全面に形成された電極にレーザー照射を行ってもよい。また、フォトリソグラフィなどによって電極上に分割パターンを形成し、エッチングによって分割部分の電極を除去することにより、分割部９２ａ，９２ｂを形成してもよい。
【００６１】
レーザー照射やエッチングなどによって圧電体板上の全面に形成された電極に分割部９２ａ，９２ｂを形成する場合には、レーザー照射位置を制御したり、エッチングのためのパターニングを正確に行うことにより、分割部９２ａ，９２ｂの幅および形状を自由に設計することができる。たとえば、図９に示すように、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の狭い分割部分から広い分割部分に移行するところで、クランク状に電極を分割することができる。また、図１０に示すように、脚部７６ａ，７６ｂ側から基台部７４の端部側に向かって、徐々に分割幅が広くなるように分割部９２ａ，９２ｂを形成することもできる。このように、表面電極８６，８８間および表面電極８８，９０間の分割部９２ａ，９２ｂの幅および形状は、自由に選択することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  角速度センサ
２０  回路基板
５０  ＩＣ
６０  チップコンデンサ
７０  第１の音叉型振動子
７２  第２の音叉型振動子
７４  基台部
７６ａ，７６ｂ  脚部
７８  振動体
８０，８２  圧電体基板
８４  中間電極
８６，８８，９０  表面電極
９２ａ，９２ｂ  分割部
９４  全面電極
１１０  キャップ
【図１】
2010026817.tif 000003
【図２】
2010026817.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010026817.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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