专利名称：惯性力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及各种电子设备中使用的检测惯性力的惯性力传感器，其用 于航空器、汽车、机器人、船舶、车辆等移动物体的姿态控制或导航等。
技术背景以下， 一面参照附图一面说明现有的惯性力传感器。图8是用于现有的惯性力传感器的振荡器(oscillator)的立体图。在 图8中，现有的惯性力传感器是压电振动式惯性力传感器，具有振荡器1 及基于该振荡器1检测惯性力的电路。该振荡器1具有相互相对的两个音 叉臂2、 3，以及连接这两个音叉臂2、 3的基部4。为了方便说明，图8 中表示相互正交的X轴、Y轴、Z轴。音叉臂2、 3设计为在X轴方向上 振动。为了产生X轴方向上的理想振动，优选使各音叉臂2、 3的剖面形 状相对于X轴、Z轴为精确对称的长方形。然而，在振荡器1的制造中， 由于会产生加工偏差，因此很难将臂加工为精确的长方形。因此，当施加 振动时，会对X轴方向上的主振动叠加多余的信号。因此，在振荡器1加工之后，对两个音叉臂2、 3的每一个照射激 光，将振荡器1的一部分熔融去除，形成微调部8。这样，通过调整音叉 臂2、 3的质量平衡，可使之在X轴方向上适当振动。此时，微调部形成 在易于熔融去除的棱部7上。另外，作为与该申请案的发明相关的在先技 术文献信息，例如，己知有专利文献1。然而，在现有的方法中有这样的 问题，即有可能在音叉臂2、 3的微调部8附近形成因加工热量引起的加 工变质层，因此有母材的强度降低、音叉臂2、 3损坏或者产生多余振动 的可能。专利文献1:日本专利特开2004-93158号公报 发明内容本发明为了解决上述问题，提供一种惯性力传感器，其通过在臂的棱 部以外的部分上形成微调部的结构，而使因微调引起的音叉臂的损坏难以发生。
图1是本发明的一个实施方式中的惯性力传感器所使用的振荡器的立 体图。图2是上述振荡器的臂在A-A线上的剖面图。图3是表示臂宽度及臂强度相对于微调部的形成位置的关系的特性图。图4是表示微调部的形成位置和多余振动量的关系的特性图。 图5是在臂宽度的中心形成有微调部的振荡器的主视图。 图6A是偏离臂宽度的中心形成有微调部的振荡器的主视图。 图6B是偏离臂宽度的中心形成有微调部的振荡器的主视图。 图7是表示微调部的形成位置和多余振动量的关系的特性图。 图8是用于现有惯性力传感器的振荡器的立体图。 附图标记说明 10 振荡器12 音叉臂13 音叉臂14 基部15 电极16 电极面17 微调部18 微调面19 棱部具体实施方式
以下， 一面参照附图一面来说明本发明的一个实施方式的惯性力传感 器。另外，以下说明中所使用的各附图中的相同的构成要素用相同标记来表示。图1是本发明的一个实施方式中的惯性力传感器所使用的振荡器的立 体图。图2是上述振荡器的臂的在A-A线上的剖面图。在图1、图2中，本发明的一个实施方式中的惯性力传感器具备检测惯性力的音叉型振荡器10及处理电路(未图示)。振荡器10具有两个音叉臂12、 13、以及连结这些音叉臂12、 13的基部14。音叉臂12、 13的 其中一个面是形成有电极15的电极面16，而其背侧的另一个面是形成有 微调部17的微调面18。振荡器10的材质为硅(Si)。臂12、 13上的电极15，在由锆钛酸铅 (PZT)构成的压电薄膜的上下面设有Au/Ti、 Pt/Ti等。当对两个电极15提供分别相互反相的交流信号时，振荡器IO在音叉 臂12、 13的宽度方向(图1所示的X轴方向)上驱动振动。此时，如果 音叉臂12、 13的剖面形状与X轴对称且与Z轴对称，那么音叉臂12、 13 在X轴方向上驱动振动而不会在Z轴方向上产生挠曲，而如果对称性受到 破坏，那么音叉臂12、 13伴随着在X轴方向上的驱动振动，也在Z轴方 向上产生挠曲(多余振动)。如果振荡器10在Z轴方向上挠曲，虽然角速度检测电极(未图示) 中会产生电荷(多余信号)，但是该多余信号如果与在检测用角速度被输 入的情况下所产生的电荷的相位偏差90° ，那么可以通过在处理电路中进行同步检波处理而加以消除。然而，如果同步检波时的基准信号与多余信 号的相位产生少量偏移，则会被错误地作为角速度信号输出。因此，作为 振荡器10，虽然不希望产生多余信号，但如在背景技术的说明中所述，要 将音叉臂12、 13的剖面形状加工成与X轴方向、Z轴方向精确地对称是 非常困难的。因此，在振荡器10的形状形成后，为使多余信号成为最 小，必须通过对音叉臂12、 13进行机械性微调，由此确保质量平衡，且 使音叉驱动信号稳定。当进行微调时，虽然最有效的部位是音叉臂12、 13的根部(基部14 附近)的棱部19，但如果对棱部进行加工，则音叉臂12、 13的强度下 降。图3是表示臂宽度及臂强度相对于微调部形成位置的关系的特性图。 在图3中，对棱部进行微调后的臂强度由距棱部距离相对臂的宽度为0% 的位置点来表示。可以认为是在微调部17附近产生因微调的加工热引起 的加工变质层，从而导致母材的强度下降。在此，当使进行微调的位置为离开棱部的平面部上的部位时，如图3 上的点所示，随着微调位置逐渐离开音叉臂的棱部，强度逐渐增加。强度单调增加，直至微调位置距棱部的距离相对臂宽度为5%左右为止。当微调位置距棱部的距离相对臂宽度大于5%时，强度变为大致固定的值。该 固定值和未形成微调部17时的强度大致相等。S卩，如果以距棱部19的距 离为5%以上、即相对于另一端为95%以下的间隔形成微调部17，那么驱 动振动方向的音叉臂12、 13可以几乎没有强度损失地进行微调。图4及图7是表示微调部的形成位置和多余振动量的关系的特性图。 如图4所示，在使音叉臂12、 13长度方向的微调长度和宽度方向的微调 长度为固定的情况下，相对于宽度方向的微调部17的形成位置和多余信 号变化量之间存在线性相关性。在图4中，当微调部距棱部的距离相对音 叉臂12、 13的臂宽度为50%时，即为平面部中央时，不会产生多余振 动。图5是在臂宽度的中心的平面部上形成有微调部的振荡器的主视图。 图5的位置的微调不会产生多余振动。图6A、图6B是偏离臂宽度的中心形成有微调部的振荡器的主视图。 这样，当微调部17的形成位置从音叉臂12、 13的平面部的臂宽度的中心 向棱部偏移时，根据该偏移量，如图7所示，多余振动的振动量将线性变 化。也就是说，根据存在线性相关性的多余信号的变化量，以音叉臂12、 13的臂宽度的中心为基准来决定微调部17的形成位置，由此，可确保质 量平衡，抑制多余信号的产生。因此，可根据多余信号的大小，在音叉臂 12、 13的宽度方向上调整微调部17的形成位置，由此可以容易地消除多 余信号。而且，作为实施微调的加工面，可使用音叉臂12、 13的未形成电极 15的背侧的另一面。原因在于，当对形成有电极15的电极面16进行加工 时，加工位置会受到电极15的形成图案的制约，所以不能对任意位置进 行加工，或者由于激光热量的影响，构成电极15的PZT特性可能产生变化。进而，微调时使用激光是因为加工精度高，且可减少由通过加工被熔 融去除的渣屑。具体来说，通过使用355nm的波长，可抑制因激光照射产 生的熔融渣屑。当然，可通过使波长更短而进一步减少熔融渣屑。并且， 波长越短，加工越精密。然而，波长越短装置的价格越高，从而增加成 本。如果考虑到装置成本及稳定性，那么就目前而言优选355nm的波长。而且，形成微调部17的位置，理想的是在音叉臂12、 13的相同部位 上进行。两个音叉臂12、 13中，虽然也可以仅对其中一个进行微调，以 减少音叉多余信号，但如果进行这种加工，在微调量(质量变化)大的情 况下，音叉左右臂的质量会变得不平衡，即使作为初始特性可以减少音叉 多余信号，但考虑到温度特性，输出变动仍有增大的可能性。因此，理想 的是在所有臂上均等地进行微调。另外，在本发明的一个实施方式中，虽然说明了对振荡器IO个别地 进行微调的方式，但也可以在晶片状态下对各个振荡器10的多余信号电 平进行测量，根据该多余信号电平来决定微调部17的位置，并在晶片状 态下利用激光进行微调。通过在晶片状态下进行微调，可容易地进行微调 后的清洗，因此，可容易地将微调时所产生的加工渣屑去除。而且，在作 为传感器在组装了振荡器、IC之后进行微调的情况下，虽然由微调产生的 加工渣屑有可能会进入到封装内，但是如果是在晶片状态下进行微调，则 不会产生那样的缺陷。而且，在本发明的一个实施方式中，举例说明了考虑到硅(Si)的机 械强度较大且容易利用半导体处理技术进行高精度加工，而在振荡器10 的构造体中使用硅(Si)，但如果是非压电材料，也可使用例如，表面经氧 化的Si、金刚石、熔融石英、氧化铝、及GaA等。工业利用可能性本发明的惯性力传感器可防止因微调引起的音叉臂的损坏，可应用于 各种电子设备中，经久耐用、精度高。
权利要求
1、一种惯性力传感器，其特征在于具备振荡器，所述振荡器具有多个臂、以及连结所述臂的基部，所述臂的平面部上形成有微调部。
2、 根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中 所有臂的质量彼此相等。
3、 '根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中在所述臂的其中 一个面上形成电极，在所述臂的另 一面上形成所述微 调部。
4、 根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中 所述微调部通过激光被加工形成。
5、 根据权利要求4所述的惯性力传感器，其中 所述激光的波长为355nm以下。
6、 根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中 所述微调部平行于所述臂的棱部而形成。
7、 根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中所述微调部形成在所述臂的平面部的宽度的5%至95%之间的部分
全文摘要
本发明提供一种惯性力传感器，其具备具有多个臂以及连结所述臂的基部的振荡器，在所述惯性力传感器的臂的除棱部以外的部分上形成有微调部，从而抑制因微调引起的音叉臂的损坏。
文档编号G01C19/56GK101405569SQ20078000964
公开日2009年4月8日 申请日期2007年4月10日 优先权日2006年4月12日
发明者大内智, 相泽宏幸 申请人:松下电器产业株式会社