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技術 圧電ジャイロ及びその製造方法

出願人 富士通株式会社
発明者 山田澄夫小野正明若月昇
出願日 1994年10月17日 (25年8ヶ月経過) 出願番号 1994-250262
公開日 1996年5月7日 (24年1ヶ月経過) 公開番号 1996-114457
状態 拒絶査定
技術分野 平均速度の測定;速度、加速度の試験較正 ジャイロスコープ 圧電振動子 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路
主要キーワード 短冊板 垂直振動 メッキワイヤ 宙吊り状態 金属柱 支持方式 振動部分 面内振動
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この項目の情報は公開日時点(1996年5月7日)のものです。
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図面 (4)

目的

複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる。

構成

LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉共振子から構成される圧電ジャイロであって、面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを対向する振動部に分離して形成してなる。

概要

背景

従来の圧電ジャイロ素子で実用化されているものは、三角形金属柱の各辺に圧電セラミック板エポキシ系等の接着剤により張り合わせ、更に振動を圧電セラミック板に伝えるためにワイヤーにより圧電セラミック板を張り合わせた金属柱を宙吊りの状態で保持している。ワイヤーは、半田等でセラミック板に貼り付けている。

概要

複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる。

LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉共振子から構成される圧電ジャイロであって、面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを対向する振動部に分離して形成してなる。

目的

そこで、本発明は、複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる圧電ジャイロ及びその製造方法を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
5件

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請求項1

LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉共振子から構成される圧電ジャイロであって、面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを対向する振動部に分離して形成してなることを特徴とする圧電ジャイロ。

請求項2

短形圧電板上に音叉振動棒状部分ピッチ、かつ音叉溝部の幅、かつ音叉溝部の深さで音叉部用溝を形成してなることを特徴とする請求項1記載の圧電ジャイロ。

請求項3

前記検出用電極が形成された前記振動部側部に側面電極を形成してなることを特徴とする請求項1,2記載の圧電ジャイロ。

請求項4

LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉形共振子から構成される圧電ジャイロの製造方法であって、圧電板の上部に音叉部用溝を形成する工程と、次いで、該圧電板上に面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを形成する工程と、次いで、音叉素子部分の分離を行う工程とを含むことを特徴とする圧電ジャイロの製造方法。

請求項5

前記音叉部用溝は、音叉振動棒状部分のピッチ、かつ音叉溝部の幅、かつ音叉溝部の深さで形成することを特徴とする請求項4記載の圧電ジャイロの製造方法。

請求項6

前記音叉部用溝は、溝幅の形成可能なワイヤーを等間隔に並べて該ワイヤーにより同時に形成するか、又は溝幅の形成可能なブレードにより形成することを特徴とする請求項4,5記載の圧電ジャイロの製造方法。

請求項7

前記音叉素子部分の分離は、ワイヤー又はブレードによって切断分離することを特徴とする請求項4乃至6記載の圧電ジャイロの製造方法。

請求項8

前記音叉部用溝を形成した後、ダイシングにより音叉の先端部を切断することを特徴とする請求項4乃至7記載の圧電ジャイロの製造方法。

請求項9

前記駆動用電極と前記検出用電極は、各々の電極が隣接するように前記圧電板上に形成することを特徴とする請求項4乃至8記載の圧電ジャイロの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、圧電ジャイロ及びその製造方法に係り、詳しくは、位置検出用圧電体を用いた振動ジャイロに適用することができ、特に、複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる圧電ジャイロ及びその製造方法に関する。

0002

近年、圧電ジャイロ素子には、三角形金属柱の各辺に圧電セラミック板張り合わせ、ワイヤーにより宙吊りの状態で保持したものがある。しかしながら、この圧電ジャイロでは、金属柱の各辺に圧電セラミック板を張り合わせたり、金属柱をバランス良く宙吊り状態にするようにワイヤーをセラミック板に丁度良く貼り付けたりしなければならない等、製造工程が複雑化しているという問題があった。

0003

そこで、複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる圧電ジャイロ及びその製造方法が要求されている。

背景技術

0004

従来の圧電ジャイロ素子で実用化されているものは、三角形の金属柱の各辺に圧電セラミック板をエポキシ系等の接着剤により張り合わせ、更に振動を圧電セラミック板に伝えるためにワイヤーにより圧電セラミック板を張り合わせた金属柱を宙吊りの状態で保持している。ワイヤーは、半田等でセラミック板に貼り付けている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記した従来の圧電ジャイロでは、金属柱の各辺に圧電セラミック板を張り合わせたり、金属柱をバランス良く宙吊り状態にするようにワイヤーをセラミック板に丁度良く貼り付けたりしなければならない等、製造工程が複雑化しているという問題があった。

0006

そこで、この製造工程が複雑化するという問題を解決するために、エッチング加工等の加工性が容易であるという利点を有することから、時計用振動子等に多用されている水晶音叉を用いれば良いと考えられる。この水晶音叉を用いれば、エッチング加工等の加工性を容易にして製造工程を簡略化することができるが。しかしながら、この水晶音叉を圧電ジャイロに適用すると、加工及び支持方式等が困難である等の理由から、圧電ジャイロとしての実用化は行われていない。

0007

そこで、本発明は、複雑な製造工程を行うことなく製造工程の簡略化を実現することができる圧電ジャイロ及びその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

請求項1記載の発明は、LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉形共振子から構成される圧電ジャイロであって、面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを対向する振動部に分離して形成してなることを特徴とするものである。

0009

請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、短形圧電板上に音叉振動棒状部分ピッチ、かつ音叉溝部の幅、かつ音叉溝部の深さで音叉部用溝を形成してなることを特徴とするものである。請求項3記載の発明は、上記請求項1,2記載の発明において、前記検出用電極が形成された前記振動部側部に側面電極を形成してなることを特徴とするものである。

0010

請求項4記載の発明は、LiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料からなる音叉形共振子から構成される圧電ジャイロの製造方法であって、圧電板の上部に音叉部用溝を形成する工程と、次いで、該圧電板上に面内振動を駆動する駆動用電極と面垂直振動を検出する検出用電極とを形成する工程と、次いで、音叉素子部分の分離を行う工程とを含むことを特徴とするものである。

0011

請求項5記載の発明は、上記請求項4記載の発明において、前記音叉部用溝は、音叉振動棒状部分のピッチ、かつ音叉溝部の幅、かつ音叉溝部の深さで形成することを特徴とするものである。請求項6記載の発明は、上記請求項4,5記載の発明において、前記音叉部用溝は、溝幅の形成可能なワイヤーを等間隔に並べて該ワイヤーにより同時に形成するか、又は溝幅の形成可能なブレードにより形成することを特徴とするものである。

0012

請求項7記載の発明は、上記請求項4乃至6記載の発明において、前記音叉素子部分の分離は、ワイヤー又はブレードによって切断分離することを特徴とするものである。請求項8記載の発明は、上記請求項4乃至7記載の発明において、前記音叉部用溝を形成した後、ダイシングにより音叉の先端部を切断することを特徴とするものである。

0013

請求項9記載の発明は、上記請求項4乃至8記載の発明において、前記駆動用電極と前記検出用電極は、各々の電極が隣接するように前記圧電板上に形成することを特徴とするものである。

0014

本発明では、後述する実施例の図1〜3に示す如く、面内振動を駆動する駆動用電極5aと面垂直振動を検出する検出用電極5bとを対向するように各々振動部となる駆動部3及び検出部4に分離して構成する。このため、従来のような複雑な張り合わせ、位置合わせ及び貼り付け等の複雑な製造工程を行うことなく、バッチ処理で音叉形圧電ジャイロを容易に製造することができるうえ、製造を簡略化して製造コストを低減することができる。

0015

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図1〜3は本発明に係る一実施例の圧電ジャイロの構造を示す図である。図2図1に示すA1−A2方向の圧電ジャイロの構造を示す断面図であり、図3図1に示す圧電ジャイロを裏面からみた構造を示す図である。

0016

本実施例では、圧電ジャイロの圧電短冊板1にはLiTaO3 ・130°回転Y板を用いる。この圧電短冊板1を構成するLiTaO3結晶軸勾配は、温度特性が比較的良く、電気機械結合係数に優れた方位である。ここでのLiTaO3の単結晶は、材料特性が均一で、しかも加工時の基板厚さが均一な大型ウェハを実現することができる。特に、セラミック材料に比べて温度特性、及び感度特性が良好であり、低コストの点で優れている。

0017

次に、太さ0.25mmのCuメッキワイヤーを等間隔に並べ、同時にワイヤーソーによる加工を行うことにより、圧電短冊板1上に音叉部用溝2を形成する。この時、音叉部用溝2は、音叉振動棒状部分のピッチ、かつ音叉溝部の幅、音叉溝部の深さで形成される。また、音叉部用溝2は、音叉の溝2底部分が半円形となる。更に、圧電短冊板1上に、音叉部用溝2により分離された対向する振動部となる駆動部3及び検出部4が構成される。

0018

次に、圧電短冊板1の設置による音叉部用溝2の深さばらつき及び垂直性を制御するために、ダイシングソーによる加工を行うことにより、圧電短冊板1及び音叉部用溝2の音叉先端部を切断する。次に、DCマグネトロンスパッタ装置を使用し、音叉部用溝2が形成された音叉加工済の圧電短冊板1をターゲットと直角に立てて、膜生成の回り込みを利用して膜生成を行い、Au(500nm)/NiCr(100nm)等の電極用金属膜を形成した後、フォトエッチングにより電極用金属膜をエッチングして、駆動部3に内面振動を駆動する駆動用電極5aを検出するとともに、検出部4に面垂直振動を検出する検出用電極5b及び側面電極5cが形成される。

0019

なお、5dは、外部回路電気的接続するための外部接続パッドである。圧電短冊板1の表面及び裏面に形成される駆動用電極5a、検出用電極5b、側面電極5c及び外部接続パッド5dは、圧電短冊板1を表面及び裏面を露出させるように水平方向に対して略垂直方向に配置するため、1回のフォトエッチングにより形成することができる。

0020

次に、ダイシングソーによる加工を行うことにより、駆動部3と検出部4からなる音叉素子の分離を行う。この時、ダイシングソーの使用ブレードの厚みは、音叉部分の検出部4側部の側面電極5cの欠損が生じないように100μm程度のものを使用する。この時、得られた最終的な音叉形状は、音叉厚さが1.07mm、音叉幅が1mm、音叉部用溝2幅が0.3mm、音叉部用溝2深さが7mm、圧電短冊板1の共通部幅が2.5mm、圧電短冊板1の共通部長さが7mmであり、駆動周波数は、約16kHzと圧電ジャイロの素子特性としては十分なものであった。

0021

このように、本実施例では、面内振動を駆動する駆動用電極5aと、面垂直振動を検出する検出用電極5bとを対向するように各々振動部となる駆動部3及び検出部4に分離して構成している。このため、従来のような複雑な張り合わせ、位置合わせ及び貼り付け等の複雑な製造工程を行うことなく、バッチ処理で音叉形圧電ジャイロを製造することができるうえ、製造を簡略化して製造コストを低減することができる。また、この得られた圧電ジャイロは、手振れ防止機能付カメラ等の家電製品ナビゲーションシステム等の自動車部品として好適に使用することができる。

0022

本実施例は、音叉の面内振動と面垂直振動の共振周波数をある一定の間隔で離調するために、音叉の厚みと音叉の振動部分の幅を最少バラツキとすることができるため、入出力パワー漏れを抑えることができる。本実施例は、圧電短冊板1に音叉振動棒状部分のピッチ、かつ音叉溝部の幅、かつ音叉溝部の深さで音叉部用溝2を形成して構成したため、圧電ジャイロの周波数を略一定に保持することができる。

0023

本実施例は、音叉部用溝2をワイヤーソーによる加工を行うことにより、音叉部用溝2の底部を半円形状にすることができるため、矩形形状で形成される場合よりも、音叉部用溝2付け根への振動による歪み(応力)の集中を低減することができる。このため、音叉部用溝2付け根にクラックを発生し難くすることができる。

0024

本実施例は、音叉部用溝2を形成した後、ダイシングソーによる加工を行うことにより、音叉の先端部を切断するように構成したため、圧電短冊板1の位置による音叉部用溝2の深さばらつき及び垂直性を適宜制御することができる。このため、音叉部用溝2の深さばらつきをなくして音叉部用溝2の深さを所望の値にすることができるとともに、音叉部用溝2の垂直性を所望にすることができる。また、ダイシングソーによる加工を行ったため、ワイヤーソーによる加工を行う場合よりも高精度の位置精度で、しかも良好な細い加工を行うことができる。

0025

本実施例は、駆動部3と検出部4を分離する音叉部用溝2を形成する時、駆動部3と駆動部3、及び検出部4と検出部4が隣接してなるように圧電短冊板1が構成されていれば、駆動部3と検出部4間に対応する領域のみに音叉部用溝2を形成すればよいため、駆動部3と検出部4が交互に配列されている場合よりも、音叉部用溝2の加工時間を短縮することができる。

0026

なお、この場合、音叉素子の切断分離は、駆動部3と駆動部3、及び検出部4と検出部4の境界を切断分離すればよい。なお、上記実施例では、圧電短冊板1を構成する圧電材料にLiTaO3 を用いて構成したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、要はLiTaO3 及びLiNbO3 の少なくともどちらか一方の圧電材料を用いて構成すればよいので、例えばLiNbO3 を用いて構成してもよい。ここでのLiTaO3 及びLiNbO3 の単結晶は、材料特性が均一で、しかも加工時の基板厚さが均一な大型ウェハを実現することができる。特に、セラミック材料に比べて温度特性、及び感度特性が良好であり、低コストの点で優れている。

0027

上記実施例は、音叉部用溝2をワイヤーソーによる加工を行うことにより形成したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばブレードによる加工で形成してもよい。上記実施例は、駆動部3と検出部4からなる音叉素子の素子分離をブレードによって行う場合を説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばワイヤーによって音叉素子の素子分離を行うように構成してもよい。

発明の効果

0028

本発明によれば、音叉形圧電ジャイロの製造工程を簡略化することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

0029

図1本発明に係る一実施例の圧電ジャイロの構造を示す図である。
図2図1に示すA1−A2方向の圧電ジャイロの構造を示す断面図である。
図3図1に示す圧電ジャイロを裏面から見た図である。

--

0030

1圧電短冊板
2音叉部用溝
3 駆動部
4 検出部
5a駆動用電極
5b検出用電極
5c側面電極
5d 外部接続パッド

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