(57)【要約】【課題】ＳＡＷデバイス技術を応用し、小型、低背型、低コストの回転検知ユニットを実現する手段を得る。【解決手段】一方の主面の略中央部に突起部とその両側に均一な薄肉部とを形成した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上の略中央部と両端部寄りとに夫々一個ずつ形成した一対の櫛形電極からなるＩＤＴ電極と、を有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を接着剤により接着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記略中央部に配置したＩＤＴ電極を入力とし、前記両端部寄りに夫々配置したＩＤＴ電極の極性の異なる櫛形電極同士を並列接続し出力とした回転速度検知ユニットを構成する。【選択図】図１
2008286521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上の略中央部と両端部寄りに夫々少なくとも一個ずつ形成したＩＤＴ電極と、を有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの一方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、
前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの他方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、が互いに１８０°異なっていることを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項２】
一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上に形成された少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器と、を有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器とを配置し、
前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器とを配置したことを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項３】
一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上に形成された少なくとも２個のＩＤＴ電極及び複数の反射器と、を有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、
前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、
前記夫々のＩＤＴ電極の内側に夫々反射器を近接配置したことを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項４】
前記圧電基板の両薄肉部の一方の主面、又は／及び、他方の主面に、重りとして金属膜を蒸着するか、金属フィラー接着剤又は金属部材を接着したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の回転速度検知ユニット。
【請求項５】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の均一な薄肉部を有すると共に略中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上の略中央部と両端部寄りに夫々少なくとも一個ずつ形成したＩＤＴ電極と、を有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記略中央部の厚肉部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの一方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、
前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの他方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、が互いに１８０°異なっていることを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項６】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の薄肉部を有すると共に中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上に少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器とを有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器を配置し、
前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に夫々形成した反射器を配置したことを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項７】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の薄肉部を有すると共に中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上に少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器とを有した回転速度感応素子と、
前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、
を備えた回転速度検知ユニットであって、
前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、
前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、
前記夫々のＩＤＴ電極の圧電基板中央寄りに近接して反射器を配置したことを特徴とする回転速度検知ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転速度検知ユニットと、発振回路と、信号処理回路と、を備えたことを特徴とする回転速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転速度検知ユニット及び回転速度センサに関し、特に回転速度による弾性表面波の周波数変化を利用した回転速度検知ユニット及び回転速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転速度検知ユニット、力検知ユニットは、従来からＶＴＲ、エンジン、モーター、自動車、航空機から各種プラントの異常振動監視等に、広く使用されている。
特許文献１には弾性表面波を利用した外力センサが開示されている。図１６は外力センサの構成を示す正面図であり、圧電材料からなる長板状のビーム１０１が、基端部の表裏面を２個の直方体状の支持部１０８に挟まれ、片持ち梁状に接着されている。接着には接着性の弾性表面波吸収材１０７が用いられる。ビーム１０１は、先端部の両面を２個の直方体状の重り１０９に挟まれ、接着されている。重り１０９は外力を効率よく歪みに変換するためのものである。支持部１０８と重り１０９との間のビーム１０１の両面には、ビームを挟んで対向する位置に一対の送信用のＩＤＴ電極１０３が設けられている。送信用のＩＤＴ電極１０３と支持部１０８との間のビーム１０１の両面には、ビーム１０１を挟んで対向する位置に一対の受信用のＩＤＴ電極１０４が設けられている。
【０００３】
受信用のＩＤＴ電極１０４は、夫々対応する増幅器１０５に接続され、各増幅器１０５は、夫々対応する送信用のＩＤＴ電極１０３及びオシレータ出力バッファアンプ１１３に接続されている。オシレータ出力バッファアンプ１１３は、ミキサー１０６に接続されている。一対の送信用のＩＤＴ電極１０３と、受信用のＩＤＴ電極１０４と、増幅器１０５とは、表裏一対の発振器を構成している。オシレータ出力バッファアンプ１１３は、表裏一対の発振器がミキサー１０６の負荷変動の影響を受けないようにするためのものである。
【０００４】
ビーム１０１の先端部に取り付けた重り１０９に外力１０２が作用すると、ビーム１０１の表面に歪みが発生する。この歪みは、ビーム１０１の表面を伝搬する弾性表面波の伝搬時間を変化させる。送信用のＩＤＴ電極１０３と受信用のＩＤＴ電極１０４との間の弾性表面波の伝搬時間が変化すると、ＩＤＴ電極１０３と、ＩＤＴ電極１０４と、増幅器１０５とで構成する発振器の発振周波数が変化する。ミキサー１０６が、表裏一対の発振器の発振周波数を信号処理して、差周波数成分を出力し、ゼロクロスコンパレータ１１４がこの出力を矩形波出力として取り出す。この出力を処理することにより外力１０２の大きさが求められる。
【特許文献１】特開平２−２２８５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の市販されている回転速度検知ユニットは、小型機器に用いるには大きすぎるという問題があり、また、特許文献１に開示されている外力センサのように、長板状のビーム１０１の表裏に送受信用夫々一対のＩＤＴ電極を形成すると、フォトリソグラフィ工程の工数が増大するという問題と、表裏に形成されるＩＤＴ電極のパターン精度が微妙に異なり、外力センサの測定精度を劣化させるという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、圧電基板にＩＤＴ電極を形成し、回転速度を測定する小型、低背型、低コストの回転速度検知ユニットと回転速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、小型、低背型で低コストの回転速度検知ユニットと回転速度センサを得るため、一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上の略中央部と両端部寄りに夫々少なくとも一個ずつ形成したＩＤＴ電極と、を有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの一方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの他方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、が互いに１８０°異なっている回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に３個のＩＤＴ電極を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に応じた電圧が発生する回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、小型、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【０００７】
一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上に形成された少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器と、を有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器とを配置し、前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器とを配置した回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に２個のＳＡＷ共振子を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に比例する周波数変化をもたらす回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、小型、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【０００８】
一方の主面の略中央部に突起部を有すると共に該突起部の両側に均一な薄肉部を有した圧電基板と、前記圧電基板の他方の主面上に形成された少なくとも２個のＩＤＴ電極及び複数の反射器と、を有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、前記夫々のＩＤＴ電極の内側に夫々反射器を近接配置した回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に２個のＳＡＷ共振子を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に比例する周波数変化をもたらす回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、さらに小型で、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【０００９】
前記圧電基板の両薄肉部の一方の主面、又は／及び、他方の主面に重りとして金属膜を蒸着するか、金属フィラー接着剤又は金属部材を接着した上記の回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、上記の効果に加えて、回転速度検知の感度が改善されるという利点がある。
【００１０】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の均一な薄肉部を有すると共に略中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上の略中央部と両端部寄りに夫々少なくとも一個ずつ形成したＩＤＴ電極と、を有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記略中央部の厚肉部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの一方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、前記略中央部に配置したＩＤＴ電極と、前記両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの他方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極との間の位相推移と、が互いに１８０°異なっている回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に３個のＩＤＴ電極を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に応じた電圧が発生する回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用できる上、回転速度検知の感度が改善される小型、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【００１１】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の薄肉部を有すると共に中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上に少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器とを有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に反射器を配置し、前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の両側に夫々形成した反射器を配置した回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に２個のＳＡＷ共振子を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に比例する周波数変化をもたらす回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、回転速度検知の感度が改善された小型、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【００１２】
一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部を形成することにより夫々形成した２個の薄肉部を有すると共に中央部及び両端部に夫々厚肉部を有した圧電基板と、該圧電基板の他方の主面上に少なくとも２個のＩＤＴ電極と複数の反射器とを有した回転速度感応素子と、前記回転速度感応素子の前記突起部を保持部材により固着保持する支持基板と、を備えた回転速度検知ユニットであって、前記圧電基板の一方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、前記圧電基板の他方の薄肉部には、少なくとも１個のＩＤＴ電極と、該ＩＤＴ電極の外側に反射器を配置し、前記夫々のＩＤＴ電極の圧電基板中央寄りに近接して反射器を配置した回転速度検知ユニットを構成する。
以上のように構成すると、一方の主面上に２個のＳＡＷ共振子を形成した圧電基板と、該圧電基板を支持する支持基板とで、回転速度に比例する周波数変化をもたらす回転速度検知ユニットが構成できるので、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、回転速度検知の感度が改善され、さらに小型で、低背型、低コストのユニットが得られるという効果がある。
【００１３】
上記の回転速度検知ユニットと、発振回路と、信号処理回路と、を備えた回転速度センサを構成する。
以上のように構成すると、ＳＡＷデバイスの製造技術が利用でき、小型で、低背型、低コストの回転速度センサが得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態としての回転速度検知ユニットの構成例を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。
本発明に係る回転速度検知ユニット１は、一方の主面（下面）の略中央部に突起部６ａを有すると共に、突起部６ａの両側に形成された均一な薄肉部６ｂを有した圧電基板６と、圧電基板６の他方の主面（上面）上の略中央部と両端部寄り位置とに、夫々一個ずつ形成した一対の櫛形電極からなるＩＤＴ電極１０、１１、１２と、を有した回転速度感応素子Ｓと、回転速度感応素子Ｓの突起部６ａを接着剤（図示せず）により接着保持する支持基板Ｐと、を備えている。略中央部に配置したＩＤＴ電極１０と、両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの一方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極１１との間の位相推移と、略中央部に配置したＩＤＴ電極１０と、両端部寄り位置に夫々配置したＩＤＴ電極のうちの他方の端部寄り位置に配置したＩＤＴ電極１２との間の位相推移と、が互いに１８０°異なるようにする。ＩＤＴ電極１０を入力、又は出力とし、ＩＤＴ電極１１、１２を並列接続して出力、又は入力として回転速度検知ユニット１を構成する。
図１において、中央部のＩＤＴ電極１０の電極指の本数が偶数本である場合には、両端部寄りのＩＤＴ電極１１、１２を、ＩＤＴ電極１０の中心軸に対して線対称に配置し、ＩＤＴ電極１０の電極指の本数が奇数本である場合には、ＩＤＴ電極１０の中心軸に対して点対称に配置すれば、ＩＤＴ電極１１、１２の位相差が１８０°となる。なお、圧電基板の主表面の両端部には音波吸収材２０を塗布してある。
【００１５】
各ＩＤＴ電極１０、１１、１２は、互いに間挿し合う一対の電極指からなり、その電極材料はアルミニウム合金等を用いる。ＩＤＴ電極１０の中心部と、ＩＤＴ電極１１、１２夫々の中心部との距離Ｌ１、Ｌ２は等しくする。図１（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極１０の一方（下側）のバスバーと、ＩＤＴ電極１１、１２の他方（上側）のバスバーと、をリード電極にて接続し、ＩＤＴ電極１１、１２夫々の一方（下側）のバスバーと、圧電基板６上に形成したボンディングパッド１６と、をリード電極にて接続する。更に、ＩＤＴ電極１０の他方（上側）のバスバー及び一方（下側）のバスバーを支持基板Ｐ上の端子電極３０、３１に夫々ボンディングワイヤにて接続し、ボンディングパッド１６と、支持基板Ｐ上の端子電極３２とをボンディングワイヤにて接続して回転速度検知ユニット１を構成する。なお、端子電極３１は接地する。
また、上記の説明では、圧電基板６の主面上の略中央部と両端部寄りに、夫々一個ずつのＩＤＴ電極を配した例を説明したが、夫々複数個のＩＤＴ電極を配してもよい。また、突起部６ａと支持基板Ｐとを接着剤により接着保持すると説明したが、半田バンプ、金バンプ、ガラス材等でもよい。
【００１６】
図２は、支持基板Ｐとしてセラミックパッケージを用いた例であって、セラミックパッケージの凹陥部の底部に、図１（ａ）に示す回転速度感応素子Ｓの裏面に形成した突起部６ａを接着剤を用いて接着し、各ＩＤＴ電極のバスバー及びボンディングパッドと、セラミックパッケージの周縁部に形成した端子電極３０〜３２と、をボンディングワイヤ３５にて接続して、回転速度検知ユニット１を構成した例である。セラミックパッケージの内部の四隅の周縁部に形成した端子電極を中心部に対して傾斜して形成しているため、大きな圧電基板を収容することができる。
【００１７】
図１に示した回転速度検知ユニット１の動作について図３に示したＩＤＴ電極１０、１１、１２を用いて説明する。各ＩＤＴ電極１１、１２の電極パターンは同一とし、ＩＤＴ電極１０の中心部から各ＩＤＴ電極１１、１２の夫々の中心部までの距離Ｌ１、Ｌ２を共に等しく設定する。ＩＤＴ電極１１、１２の電極パターンが同じであるため、一方のＩＤＴ電極１１は最内側の電極指から外側の電極指へと、下側のバスバー、上側のバスバーと交互に接続される。他方のＩＤＴ電極１２は最内側の電極指から外側の電極指へと、上側のバスバー、下側のバスバーと交互に接続されている。つまり、中央部のＩＤＴ電極１０からみると、両サイドのＩＤＴ電極１１、１２の電極指のバスバーへの接続順が異なっている。
【００１８】
初めに回転速度検知ユニット１が静止状態にある場合について説明する。ＩＤＴ電極１０に高周波電圧を加えて弾性表面波を励起すると、該弾性表面波は圧電基板（図示せず）上を左右に同じ伝搬速度で進行し、ＩＤＴ電極１１、１２に到達して、各電極指上に電荷を生じさせる。図３はある瞬間の電荷の発生状態を図示したもので、ＩＤＴ電極１１、１２の夫々の内側の電極指から、符号＋、−、＋、−で示す電荷が発生する。ＩＤＴ電極１１、１２の夫々の下側の櫛形電極を接続し、夫々の上側の櫛形電極を共に接地して並列接続する。ＩＤＴ電極１１、１２の夫々の下側の櫛形電極には互いに逆極性の電荷が発生しているので、並列接続すると発生した電荷は打ち消され、出力端子ＯＵＴには電荷（電圧）は生じない。ただ、ＩＤＴ電極１０の中心部からＩＤＴ電極１１、１２の夫々の中心部までの距離Ｌ１、Ｌ２の僅かの誤差、ＩＤＴ電極１１、１２の電極パターンのエッチング誤差、圧電基板の加工誤差等により僅かの出力電圧が発生する。
【００１９】
次に、図４（ａ）は回転速度検知ユニット１の中心部の回りに回転力が加えられた状態を示した正面図であり、支持基板Ｐは省略している。図４（ａ）に示すように、回転速度検知ユニット１の圧電基板６の両端部の回転方向への変位が慣性によって遅延し、回転方向と反対方向に変形する。薄肉部６ｂが図４（ａ）に示すように変形すると、左側の薄肉部６ｂに伸張歪みが、右側の薄肉部６ｂには圧縮歪みが生じ、弾性表面波の左右への伝搬速度が互いに異なってくる。これに加え、距離Ｌ１は伸び、距離Ｌ２縮むことになる。この２つの現象でＩＤＴ電極１１、１２に発生する電荷の発生状態は、静止の場合とは異なり、出力ＯＵＴに電荷（電圧）が発生することになる。出力ＯＵＴに発生する電荷（電圧）の量（電圧の大きさ）は、角速度に応じて変化する。出力ＯＵＴに生じる電圧を測定することにより、回転速度検知ユニット１の回転速度を測定することができる。
【００２０】
図５（ａ）は、静止状態の回転速度検知ユニット１の入力に高周波電圧を印加した場合の出力の周波数応答である。出力応答は極めて小さい。図５（ｂ）は、回転速度検知ユニット１の入力に高周波電圧を印加した状態で、回転速度検知ユニット１に回転を加えた場合の周波数応答であり、出力応答は図（ａ）の場合に比べて極めて大きいことが分かる。この発生した電圧から回転速度を求める。
【００２１】
図６は、回転速度検知ユニット１の入力に高周波電圧を印加した状態で、回転速度検知ユニット１に垂直方向の外力が、加えられた場合の薄肉部６ｂの変形を示した図である。左右両端部に位置する薄肉部６ｂは共に外力とは逆方向に変形し、左右の薄肉部６ｂには共に伸張歪みが生じる。この場合、ＩＤＴ電極１１、１２の夫々の内側の電極指から外側の電極指に向けて順に＋、−、＋、−の電荷が発生し、下側の櫛形電極が並列接続された各ＩＤＴ電極１１、１２において電荷は互いに打ち消され、出力部には電荷（電圧）は発生しない。
【００２２】
図７は、回転速度検知ユニットの第２の実施例の構成を示した図であり、ＩＤＴ電極１０、１１、１２の構成のみを示す図である。圧電基板６、支持基板Ｐ等は図１と同様に構成する。ＩＤＴ電極１１、１２はＩＤＴ電極１０からみて対称に配置されており、一方のＩＤＴ電極１１の一方（下側）のバスバーを接地し、他方のＩＤＴ電極１２の他方の（上側）のバスバーを接地し、ＩＤＴ電極１１の他方の（上側）のバスバーとＩＤＴ電極１２の一方（下側）のバスバーを接続して、ＩＤＴ電極１１、１２を並列接続する。図７に示す第２の実施例の回転速度検知ユニットのＩＤＴ電極１０に高周波電圧を印加すると、ＩＤＴ電極１１の上側の櫛形電極と、ＩＤＴ電極１２の下側の櫛形電極に発生する電荷は逆極性となり、並列接続した出力ＯＵＴの電圧は零となる。この第２の実施例の回転速度検知ユニットに回転を加えた場合の動作は、図４で説明した通りであるので説明は省略する。
【００２３】
図８は、回転速度検知ユニットの出力側に発生する電圧から、加えられた回転速度の大きさを求める処理方法の一例を示した図である。回転速度検知ユニットの入力側に、（ａ）の高周波電圧信号が入力されると、出力側から回転速度に応じて、（ｂ）の出力電圧が得られる。この出力電圧を全波整流すると、（ｃ）の波形の電圧が得られる。この電圧を（ｄ）の積分回路に入力すると、（ｅ）に示す直流電圧が得られる。この直流電圧の大きさから加えられた回転速度の大きさを求める。
【００２４】
図９は、回転速度検知ユニットの第３の実施例の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。回転速度検知ユニット２は、一方の主面の略中央部に突起部６ａとその両側に均一な薄肉部６ｂとを形成した圧電基板６と、該圧電基板６の他方の主面上に２個のＩＤＴ電極１３、１４と複数の反射器１５と、を有した回転速度感応素子Ｓと、該回転速度感応素子Ｓの突起部６ａを接着剤（図示せず）により接着保持する支持基板Ｐと、を備えた回転速度検知ユニット２である。圧電基板６の一方の左側の薄肉部６ｂに、一方のＩＤＴ電極１３とその両側に近接して反射器１５と、を配置し、他方の右側の薄肉部６ｂに、他方のＩＤＴ電極１４とその両側に近接して反射器１５と、を配置して回転速度検知ユニット２を構成する。
以上の説明では、圧電基板６の左右の薄肉部６ｂに、夫々１個のＩＤＴ電極とその両側に反射器を配置した場合を説明したが、左右の薄肉部６ｂに複数のＩＤＴ電極を配置してもよい。また、突起部６ａと支持基板Ｐとを接着剤により接着保持すると説明したが、半田バンプ、金バンプ、ガラス材等でもよい。
【００２５】
ＩＤＴ電極１３の上、下に設けた２個のボンディングパッドと、支持基盤Ｐに形成した端子電極３０、３１とをボンディングワイヤで接続し、ＩＤＴ電極１４の上、下に設けた２個のボンディングパッドと、支持基盤Ｐに形成した端子電極３２、３３とをボンディングワイヤで接続する。圧電基板６の左側に配置したＩＤＴ電極１３とその両側の反射器１５とでＳＡＷ共振子Ｓ１を構成し、圧電基板６の右側に配置したＩＤＴ電極１４とその両側の反射器１５とでＳＡＷ共振子Ｓ２を構成する。そして、ＳＡＷ共振子Ｓ１、Ｓ２は、夫々発振回路（図示せず）に接続されている。図９に示す回転速度検知ユニット２の動作について説明する。初めに、回転速度検知ユニット２が静止状態にある場合は、ＳＡＷ共振子Ｓ１、Ｓ２は、夫々ｆ１、ｆ２の周波数で発振しているものとする。
【００２６】
次に、図９に示す回転速度検知ユニット２の中心の回りに回転が加えられた状態は、図４に示した正面図と同様である。図４と同様に、回転速度検知ユニット２の中心部を一方向へ回転させた際に両端部に位置する薄肉部６ｂの回転方向への変位が慣性によって遅れ、回転方向と反対方向に変形する。薄肉部６ｂが図４に示すように変形すると、左側の薄肉部６ｂに伸張歪みが、右側の薄肉部６ｂには圧縮歪みが夫々生じ、弾性表面波の左右への伝搬速度が互いに異なってくる。これに加え、左側の薄肉部６ｂは伸び、右側の薄肉部６ｂは縮むことになる。薄肉部６ｂに伸張、圧縮歪み、あるいは伸び、縮みが生じると弾性表面波の伝搬速度、伝搬時間が変化し、ＳＡＷ共振子Ｓ１、Ｓ２の共振周波数が変化し、発振周波数がｆ’１、ｆ’２に変化する。ＳＡＷ共振子Ｓ１、Ｓ２の共振周波数の夫々の周波数の変化量（ｆ１−ｆ’１）、（ｆ２−ｆ’２）は、回転速度検知ユニット２に加えられた回転速度に概ね比例する。なお、左右の薄肉部６ｂに掛かる歪みは、伸張歪み、圧縮歪みと互いに逆の歪みであるため、周波数差（ｆ１−ｆ’１）、（ｆ２−ｆ’２）の符号は逆の符号となる。
【００２７】
図１０は、回転速度検知ユニットの第４の実施例の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。回転速度検知ユニット２は、一方の主面の略中央部に突起部６ａとその両側に均一厚の薄肉部６ｂとを形成した圧電基板６と、圧電基板６の他方の主面上に２個のＩＤＴ電極１３、１４と複数の反射器１５と、を有した回転速度感応素子Ｓと、該回転速度感応素子Ｓの突起部６ａを接着剤（図示せず）により接着保持する支持基板Ｐと、を備えている。圧電基板６の一方の左側の薄肉部６ｂにＩＤＴ電極１３を配置すると共に、ＩＤＴ電極３の外側に１個の反射器１５を配置し、他方の右側の薄肉部６ｂに他方のＩＤＴ電極１４を配置すると共に、ＩＤＴ電極１４の外側に１個の反射器１５を配置する。更に、他の２個の反射器１５を各ＩＤＴ電極１３、１４の内側位置に夫々近接して配置して、回転速度検知ユニット２を構成する。
以上の説明では、圧電基板６の左右の薄肉部６ｂに、夫々１個のＩＤＴ電極とその両側に反射器を配置した場合を説明したが、左右の薄肉部６ｂに複数のＩＤＴ電極を配置してもよい。また、突起部６ａと支持基板Ｐとを接着剤により接着保持すると説明したが、半田バンプ、金バンプ、ガラス材等でもよい。
【００２８】
図１０に示す圧電基板６の左側に配置したＩＤＴ電極１３とその両側の各反射器１５とでＳＡＷ共振子Ｓ１を構成し、圧電基板６の右側に配置したＩＤＴ電極１４とその両側の反射器１５とでＳＡＷ共振子Ｓ２を構成するのは、図９の場合と同様である。図９に示した第３の実施例の回転速度検知ユニットと異なる点は、２個のＳＡＷ共振子Ｓ１、Ｓ２の夫々の内側の反射器１５の一部、又は全部が、圧電基板６の突起部６ａと対向する主面に形成されている点である。図１０に示す回転速度検知ユニット２の動作は、図９の例で説明した通りであり、省略する。
図１０に示す第４の実施例の回転速度検知ユニットは、反射器１５を突起部６ａの対向する主面に形成できるので、圧電基板の寸法を小さくでき、ひいては回転速度検知ユニットの小型化を図れるという利点がある。
【００２９】
図１１は、回転速度検知ユニットの第５の実施例の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。第５の実施例の回転速度検知ユニット２が、図１０に示した実施例と異なる点は、圧電基板６の両薄肉部６ｂの一方の主面、又は／及び、他方の主面に重りとして金属膜４０を蒸着するか、金属フィラー接着剤又は金属部材４０を接着して回転速度検知ユニット２を構成する点である。図１１に示す回転速度検知ユニット２の動作は、図９の例で説明した通りであり省略するが、圧電基板６の薄肉部６ｂに付加した重りのために、回転速度検知ユニット２に回転が加えられると、ＳＡＷ共振子の周波数変化量が大きくなり、回転速度検知ユニット２の感度が向上する。
【００３０】
図１２は、回転速度検知ユニットの第６の実施例の構成を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。第６の実施例の回転速度検知ユニット３は、一方の主面に所定の間隔を隔てて２個の凹陥部７ｂを形成することにより夫々形成した２個の均一な薄肉部を有すると共に略中央部及び両端部に夫々厚肉部７ａ、７ｃ、７ｃを有した圧電基板７と、圧電基板７の他方の主面上の略中央部と両端部寄りとに夫々一個ずつ形成した一対の櫛形電極からなるＩＤＴ電極１０、１１、１２と、を有した回転速度感応素子Ｓと、該回転速度感応素子Ｓの厚肉部７ａを接着剤（図示せず）により接着保持する支持基板Ｐと、を備えている。中央部に配置したＩＤＴ電極１０を入力部とし、両端部寄りに夫々配置したＩＤＴ電極１１、１２の極性の異なる櫛形電極同士を並列接続し出力部として回転速度検知ユニット３を構成する。
図１２に示す回転速度検知ユニット３の動作は、図１の実施例で説明した通りであるので省略する。圧電基板７の両端部に厚肉部７ｃ、７ｃを設けたので、この質量のために回転速度検知ユニット３に回転が加わると、ＩＤＴ電極１１、１２に発生する電荷の量が大きくなり、回転速度検知ユニット２の感度が向上する。
図１２に示した略中央部と両端部に夫々厚肉部を有する圧電基板７を、図７、図９、図１０、図１１の第２〜第５の実施例に適用することができる。
【００３１】
図１３は、図１に示したような略中央部に突起部６ａを有する圧電基板６の製造方法を説明するためのフロー図である。このフロー図は、図１３の左上隅に示した圧電基板６の製造方法を示している。図１３（ａ）のように平板の矩形状の水晶基板５１を洗浄・乾燥した後、同図（ｂ）のように、図示しない真空装置内に入れ、所定の温度に保ちながら蒸着、あるいはスパッタ等の方法で、水晶基板５１の両主面にクロムを蒸着し、続いて金を蒸着し、クロム５２と金５３の薄膜を形成する。次に、図１３（ｃ）に示すようにクロムと金の薄膜５２、５３の上にレジスト膜５４を塗布し、乾燥する。レジスト膜５４を、マスクを介して露光、現像し、露光した部分のレジスト膜５４剥離すると、図１３（ｄ）に示すようにレジスト膜５４が所望の形状に加工される。次に金、クロムのエッチング液に夫々浸漬し、露呈した金属膜を溶解すると、図１３（ｅ）に示すようにエッチングする部分の金、クロム薄膜が除去される。これを水晶エッチング液中で所定の時間エッチングすると、図１３（ｆ）に示すように所望の形状にエッチングされる。レジスト膜５４、金薄膜５３、クロム膜５２を剥離して、図１３（ｇ）に示すように略中央部に突起部６ａを有する圧電基板６が得られる。水晶基板をエッチングすると結晶の異方性により、軸方向によりエッチング速度が異なり、所望の形状からずれる場合がある。ドライエッチングの場合は時間が掛かる所望の形状に加工できるという利点がある。
【００３２】
図１４は、図１２に示すような略中央部と両端部に夫々厚肉部を有する圧電基板７の製造方法を説明するフロー図である。図１４（ａ）は、同図左上隅の圧電基板７の裏面図、同図（ｂ）は正面図である。図１３で説明したように、圧電基板の両面にクロムと金の薄膜を形成し、その上にレジスト膜を塗布し、マスクを介して露光し、露光した部分のレジスト膜を剥離した状態である。圧電基板のエッチングする部分のレジスト膜と、金とクロムの薄膜とを剥離し、エッチングをしない部分は残す。図１４（ｃ）は、圧電基板７をエッチング液に浸漬し、少しエッチングをした状態である。この圧電基板を更にエッチング液中でエッチングすると、図１４（ｄ）の状態を経てエッチングが進み、所定の時間浸漬した後、レジスト膜と、金とクロムの薄膜を剥離すると図１４（ｅ）に示すような略中央部と両端部が厚肉部を有する圧電基板が得られる。
【００３３】
図１５は、回転速度センサの一例であり、上記の回転速度検知ユニットと、発振回路６１と、信号処理回路６２、６３と、回転速度検知ユニットと発振回路と及び信号処理回路を収容するハウジング６０と、を備えた回転速度センサを構成する。図１５では、図１に示す回転速度検知ユニット１を用いたが、上記に説明した他の回転速度検知ユニットを用いてもよい。本発明に係る弾性表面波を用いた回転速度検知ユニットは、小型で低背化が図られるため、厚みの薄い回転速度センサが構成できるという効果がある。
【００３４】
以上では、回転速度検知ユニット及び回転速度センサについて説明したが、これらは、加速度検知ユニット及び加速度センサとしても使用できる。
また、以上の説明では不平衡型のＩＤＴ電極を用いて説明したが、平衡終端のＩＤＴ電極をもちいると不要信号の強い回転速度検知ユニット及び回転速度センサが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る回転速度検知ユニットの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】図１の実施例をセラミックパッケージに収納した平面図である。
【図３】図１の実施例の動作を説明するためのＩＤＴ電極構成を示す図である。
【図４】図１の実施例の回転速度検知ユニットに回転が加えられたときの、（ａ）は圧電基板の変形を示す正面図、（ｂ）はＩＤＴ電極上に発生する電荷を示す図である。
【図５】回転速度検知ユニットの、（ａ）は静止状態の出力周波数応答を示す図、（ｂ）は回転が加えられたときの出力周波数応答を示す図である。
【図６】回転速度検知ユニットに外力が印加されたときの、（ａ）は圧電基板の変形状態を示す図、（ｂ）はＩＤＴ電極上の電荷発生状態を示す図である。
【図７】図２の実施例のＩＤＴ電極構成とある瞬間の電荷発生状態を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は回転速度検知ユニットに発生する電圧の処理方法を説明する図である。
【図９】回転速度検知ユニットの第３の実施例の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１０】回転速度検知ユニットの第４の実施例の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】回転速度検知ユニットの第５の実施例の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１２】回転速度検知ユニットの第６の実施例の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｇ）は略中央部に突起部を有する圧電基板の製造フローを説明する図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は略中央部と両端部に厚肉部を有する圧電基板の製造フローを説明する図である。
【図１５】回転速度センサの構成を示す概略斜視図である。
【図１６】従来の外力センサを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、２、３  回転速度検知ユニット、６、７  圧電基板、６ａ  突起部、６ｂ  薄肉部、７ａ、７ｃ  厚肉部、７ｂ  凹陥部、１０、１１、１２、１３、１４  ＩＤＴ電極、１５  反射器、１６  ボンディングパッド、２０  音波吸収材、３０、３１、３２、３３  端子電極、３５  ボンディングワイヤ、４０  重り、５１  圧電基板、５２  クロム薄膜、５３  金薄膜、５４  レジスト膜、６０  ハウジング、６１  発振回路、６２、６３  信号処理回路、Ｐ  支持基板、Ｓ  回転速度感応素子、Ｌ１、Ｌ２  ＩＤＴ電極１０の中心と、ＩＤＴ電極１１、１２夫々の中心との距離
【図１】
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【図２】
2008286521.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008286521.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008286521.tif 000014
【図１３】
2008286521.tif 000015
【図１４】
2008286521.tif 000016
【図１５】
2008286521.tif 000017
【図１６】
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