JP2002048552A

JP2002048552A - 圧電素子、振動ジャイロ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002048552A
Application number: JP2000234330A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Koike; 隆文小池; Tetsuo Ootsuchi; 哲郎大土; Katsunori Moritoki; 克典守時; Mitsuhiro Yamashita; 光洋山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で、圧電体間や圧電素子と固定部
材との間の接着層による影響を受けないで共振周波数が
安定であって、角速度を高感度かつ高精度に検出できる
圧電素子及び振動ジャイロを提供する。【解決手段】圧電素子３は、分極方向が互いに反対方
向である２つの圧電体１０、１１を接合して形成され、
梁部と支持体部１４とを有するバイモルフ型圧電素子で
あって、前記圧電素子の相対する一方の主面上に形成さ
れており前記圧電素子の幅方向に分割されている２つの
第１電極６ａ，６ｂと、前記圧電素子の他方の主面上に
形成される第２電極５とを有しており、前記支持体部
は、前記圧電素子の相対する主面のうち少なくとも一方
の主面に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度検出用の圧
電素子及びこれを用いた振動ジャイロに関する。詳述す
れば、ビデオカメラ、ビデオムービーの手振れ検知、バ
ーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲ
ーションシステムにおける方向検知等に用いられる振動
ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の装置で瞬間的な動作を検知する機
能を持つセンサが求められている。この動作には並進動
作と回転動作があるが、特に回転動作、即ち、回転の角
速度を検出できるセンサが求められている。従来、回転
運動が加わった場合にも一定方向を得るために高速回転
しているコマを利用したジャイロスコープなどが用いら
れていたが、一定の大きさを要することや角速度を直接
求めるのは困難なことから、よりコンパクトな角速度セ
ンサが求められている。

【０００３】ところで、振動運動している物体に運動方
向に垂直な軸の回転の角速度が働くと、振動方向と回転
軸の方向の両方に垂直な方向にコリオリ力Ｆｃが作用す
ることが知られている。つまり、運動している物体の質
量ｍと振動速度ｖ、回転の角速度Ωにより、作用するコ
リオリ力は、Ｆｃ＝２ｍ×ｖ×Ω という関係がある。振動速度ｖを一定とすると、コリオ
リ力Ｆｃは、回転角速度Ωにのみ比例する。そこで、コ
リオリ力Ｆｃによって生じる出力を求めることで、回転
角速度Ωを求めることができる。コリオリ力Ｆｃは、質
量ｍと振動速度ｖに比例し、質量ｍが大きいほど、また
速度ｖが速いほど大きくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、振動運動をさせ
るために圧電体を用いることは知られている（特開平５
−２５６６５２号公報）が、このものは振動体のノード
点で支持する等の複雑な構成をとるものである。また、
コンパクトで、角速度を高精度に検出できる圧電体を用
いた角速度センサが求められている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電素子
は、分極方向が互いに反対方向である２つの圧電体を接
合して形成され、梁部と支持体部とを有するバイモルフ
型圧電素子であって、前記圧電素子の一方の主面上に形
成されており、前記圧電素子の幅方向に分割されている
２つの第１電極と、前記圧電素子の相対する他方の主面
上に形成される第２電極とを有しており、前記支持体部
は、前記圧電素子の相対する主面のうち少なくとも一方
の主面に設けられていることを特徴とする。

【０００６】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、前記支持体部が前記圧電素子の長手方向
について少なくとも一方の端部に設けられていることを
特徴とする。

【０００７】さらに、本発明に係る圧電素子は、前記圧
電素子であって、前記支持体部が前記圧電素子の長手方
向について中央部に設けられていることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る圧電素子は、分極方向が互い
に反対方向である２つの圧電体を接合して形成され、長
手方向について中央部に支持体部を有し、前記支持体部
の両側に第１梁部と第２梁部を有するバイモルフ型圧電
素子であって、前記第１梁部の一方の主面上に形成され
ており前記第１梁部の幅方向に分割されている２つの第
１電極と、相対するもう一方の主面上に形成される第２
電極と、前記第２梁部の相対する２つの主面上に形成さ
れる第３電極及び第４電極とを有していることを特徴と
する。

【０００９】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、前記第３電極と前記第４電極とは、前記
第２梁部を屈曲振動させる駆動信号を印加する駆動電極
であると共に、前記２つの第１電極は、前記屈曲振動の
振動方向とは垂直の屈曲振動により発生する電荷を検出
する検出電極であることを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明に係る圧電素子は、前記圧
電素子であって、前記２つの第１電極は、前記第１梁部
を屈曲振動させる駆動信号を印加する駆動電極であると
共に、前記第３電極と前記第４電極とは、前記屈曲振動
の振動方向とは垂直の屈曲振動により発生する電荷を検
出する検出電極であることを特徴とする。

【００１１】またさらに、本発明に係る圧電素子は、前
記圧電素子であって、前記２つの圧電体は、直接接合に
より接合されてなることを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、前記２つの圧電体は、酸素原子又は水酸
基のなかの少なくとも一つを介して直接接合により接合
されてなることを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明に係る圧電素子は、前記圧
電素子であって、前記圧電素子における前記支持体部
は、前記２つの圧電体の少なくとも一つに接合されてな
ることを特徴とする。

【００１４】またさらに、本発明に係る圧電素子は、前
記圧電素子であって、前記支持体部と前記圧電体は、直
接接合により接合されてなることを特徴とする。

【００１５】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、前記支持体部と前記圧電体は、酸素原子
又は水酸基のなかの少なくとも一つを介して直接接合に
より接合されてなることを特徴とする。

【００１６】さらに、本発明に係る圧電素子は、前記圧
電素子であって、前記圧電素子は、前記各電極に対応す
る引出し電極をさらに備えることを特徴とする。

【００１７】またさらに、本発明に係る圧電素子は、前
記圧電素子であって、前記圧電素子を前記梁部が振動可
能なように前記支持体部で固定部材に固定してなること
を特徴とする。

【００１８】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、前記支持体部における複数の面のうち前
記各電極のいずれも設けられていないいずれかの面で前
記固定部材に固定されてなることを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明に係る圧電素子は、前記圧
電素子であって、前記圧電素子は、長手方向に垂直な前
記支持体部の面で前記固定部材に固定されてなることを
特徴とする。

【００２０】またさらに、本発明に係る圧電素子は、前
記圧電素子であって、前記圧電素子は、長手方向に平行
な前記支持体部の面で前記固定部材に固定されてなるこ
とを特徴とする。

【００２１】また、本発明に係る圧電素子は、前記圧電
素子であって、パッケージ内に収納されてなることを特
徴とする。

【００２２】本発明に係る振動ジャイロは、前記圧電素
子と、前記２つの第１電極のうちの少なくとも一つと前
記第２電極とを駆動電極として、前記駆動電極間に駆動
信号を印加して前記圧電素子を屈曲振動させる駆動手段
と、前記２つの第１電極を前記屈曲振動の振動方向とは
垂直の屈曲振動により発生する電荷を検出する検出電極
として、前記検出電極間に発生する電荷を検出する信号
検出手段とを備えることを特徴とする。

【００２３】ここで、前記駆動手段において、前記駆動
電極間に加える前記駆動信号としては、圧電素子を構成
する圧電体を屈曲振動させるものであればよく、交流信
号や矩形波信号等を用いることができる。周期的に振動
させるためには駆動信号として、交流信号が好ましい。

【００２４】本発明に係る振動ジャイロは、前記圧電素
子と、前記２つの第１電極を駆動電極として、前記駆動
電極間に駆動信号を印加して前記圧電素子を屈曲振動さ
せる駆動手段と、前記２つの第１電極のうちの少なくと
も一つと前記第２電極とを、前記屈曲振動の振動方向と
は垂直の屈曲振動により発生する電荷を検出する検出電
極として、前記検出電極間に発生する電荷を検出する信
号検出手段とを備えることを特徴とする。

【００２５】本発明に係る振動ジャイロは、前記圧電素
子と、前記第３電極と前記第４電極とを駆動電極とし
て、前記駆動電極間に駆動信号を印加して前記第２梁部
を屈曲振動させる駆動手段と、前記２つの第１電極を前
記屈曲振動の振動方向とは垂直の屈曲振動により発生す
る電荷を検出する検出電極として、前記検出電極間に発
生する電荷を検出する信号検出手段とを備えることを特
徴とする。

【００２６】本発明に係る振動ジャイロは、前記圧電素
子と、前記２つの第１電極を駆動電極として、前記駆動
電極間に駆動信号を印加して前記第１梁部を屈曲振動さ
せる駆動手段と、前記第３電極と前記第４電極とを、前
記屈曲振動の振動方向とは垂直の屈曲振動により発生す
る電荷を検出する検出電極として、前記検出電極間に発
生する電荷を検出する信号検出手段とを備えることを特
徴とする。

【００２７】また、本発明に係る振動ジャイロは、前記
振動ジャイロであって、前記信号検出手段は、前記検出
電極に発生する信号を検出する差動増幅回路を備えるこ
とを特徴とする。

【００２８】本発明に係る圧電素子の製造方法は、２つ
の圧電体を分極方向が互いに反対方向となるように接合
する工程と、前記接合した２つの圧電体の少なくとも一
方を研削して支持体部を形成する工程と、前記接合した
２つの圧電体の対向する２つの主面に第１電極と第２電
極を設ける工程と、前記第１電極を２つに分割して２つ
の第１電極を設ける工程とからなることを特徴とする。

【００２９】本発明に係る圧電素子の製造方法は、２つ
の圧電体を分極方向が互いに反対方向となるように接合
する工程と、前記接合した２つの圧電体の少なくとも一
つに支持体部用基板を接合する工程と、前記接合した２
つの圧電体の対向する２つの主面に第１電極と第２電極
を設ける工程と、前記第１電極を２つに分割して２つの
第２電極を設ける工程とからなることを特徴とする。

【００３０】また、本発明に係る圧電素子の製造方法
は、前記圧電素子の製造方法であって、前記支持体部用
基板を接合する工程において、前記支持体用基板と前記
圧電体を直接接合により接合することを特徴とする。

【００３１】さらに、本発明に係る圧電素子の製造方法
は、前記圧電素子の製造方法であって、前記２つの圧電
体を接合する工程において、前記２つの圧電体を直接接
合により接合することを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。

【００３３】（参考例）まず、本発明に至る途中過程と
なる参考例について説明する。参考例の圧電素子３の斜
視図を図１６に示す。この圧電素子３は、圧電体を用い
て屈曲振動させて、この屈曲振動の振動方向と垂直な回
転運動が働く場合に作用するコリオリ力を検出して回転
の角速度を求めるものである。その実現にあたって、こ
の圧電素子３は、片端を固定部材４に接着固定した片持
ち梁構造を有している。また、この圧電素子３は、相対
する表裏２つの主面の一方の主面に幅方向に二分割され
た一対の検出電極６ａ、６ｂが形成され、他方の主面に
駆動電極５が形成されている。そしてバイモルフ型圧電
素子３の片端はエポキシ系接着剤により固定部材４に接
着固定されている。ここで、１、２は圧電体であり、こ
の二つの圧電体をエポキシ系接着剤で貼り合わせて、圧
電素子３を形成している。

【００３４】次に、この圧電素子３の作動原理について
説明する。まず、駆動電極５と一対の検出電極６ａ、６
ｂとの間に交流電圧を加え、圧電素子３をｚ軸方向に屈
曲振動させる。このように屈曲振動しているときに、振
動方向とは垂直のｘ軸の回りに回転角速度が与えられる
と、ｙ軸方向のコリオリ力が働き、ｙ軸方向に屈曲振動
が生じる。このｙ軸方向の屈曲振動によって、圧電効果
によって検出電極６ａ、６ｂに電荷が発生し、検出電極
６ａ、６ｂ間に電圧が発生する。この発生電圧を差動増
幅することにより、コリオリ力に応じた出力が得られ
る。そこで、コリオリ力Ｆｃによって生じる出力を求め
ることで、回転角速度Ωを求めることができる。

【００３５】しかし、この圧電素子３では、エポキシ系
接着剤を用いて２つの圧電体を接合している。そのた
め、屈曲振動を励振する場合に、２つの圧電体の接合面
に存在する接着層７によって振動が吸収され、振動速度
が低下して感度低下を招くことになる。

【００３６】また、この圧電素子３は、梁部の一方の端
部で直接に固定部材４にエポキシ系接着剤によって一端
固定を実現している。このように梁部の端部を直接に固
定すると固定位置のずれが生じやすく、屈曲振動に寄与
する梁部の長さが変化して共振周波数が変化する。ま
た、固定個所の端から接着剤がはみ出したり、接着剤が
塗れていない個所が存在して、梁部の長さが変化して共
振周波数を変化させる。さらに回路基板にリフローはん
だ付けする場合等、温度変化等により接着層８の特性が
変化して、梁部の長さが変化し、圧電素子３の共振周波
数が変化することがある。

【００３７】また、この圧電素子３の共振周波数が接着
層の影響で変化すると、一定周波数で電気的駆動させる
場合に、駆動周波数と共振周波数とがずれた状態となる
ため、振動速度が低下し、角速度を検出する感度が低下
する。そのため、この変化した共振周波数を調べる必要
があるが、それによって生産性を低下させる問題が生じ
る。

【００３８】そこで、参考例における上述の種々の課題
を改善するものとして本発明に至ったものである。具体
的には、構造が簡単であり、圧電体間や固定部材との間
の接着層による影響を受けることなく、共振周波数が安
定な圧電素子を得ることを課題とする。また、角速度を
高感度かつ高精度に検出できる圧電素子及び振動ジャイ
ロを得ることを課題とする。

【００３９】（実施の形態１）図１に本発明の実施の形
態１に係る圧電素子３の斜視図を示す。ここで、１０、
１１は圧電体、５、５ａは、梁部の裏面に設けられた第
２電極であり、５ａは電極５と電気的に連続しており、
梁部から直接に電気的接続をとるのを避けるために支持
体部１４に設けられている。また、６ａ、６ｂは２つの
第１電極である。

【００４０】この圧電素子３の動作原理について説明す
る。まず、２つの第１電極６ａ、６ｂと第２電極５との
間に交流電圧を印加すると、バイモルフ型圧電素子３が
ｚ軸方向に屈曲振動する。このときに、ｘ軸を中心とし
てバイモルフ型圧電素子３を回転させる角速度が加わる
と、ｙ軸方向にコリオリ力が発生し、ｙ軸方向に屈曲振
動が生じる。このコリオリ力によって圧電体１０、１１
にはｙ軸方向の電極間に電荷が発生し、２つの第１電極
６ａ、６ｂで発生電荷を検出することができる。この検
出した発生電荷を差動増幅することにより、ｘ軸を中心
とする回転の角速度を求めることができる。この場合、
２つの第１電極６ａ、６ｂと第２電極５とは圧電素子３
を屈曲振動させる交流電圧を印加する駆動電極であり、
一方、２つの第１電極６ａ、６ｂはｙ軸方向に発生する
電荷を検出する検出電極である。そこで、便宜上、電極
５，５ａを駆動電極とし、電極６ａ，６ｂを検出電極と
呼ぶ。なお、電極と外部との電気的接続を行うにあたっ
て、屈曲振動に寄与する梁部から少し離れた支持体部上
から電気的接続を設けるのが好ましい。

【００４１】ここで駆動電極５に与える交流電圧信号の
周波数としては、任意に設定できるが、ｚ軸方向の屈曲
振動の共振周波数付近に設定するのが好ましい。共振周
波数付近に設定することで、同方向の振動変位を大きく
取ることができるため、バイモルフ型圧電素子３の振動
速度を速くすることができる。振動速度を増大させると
圧電素子３に作用するコリオリ力は大きくなる。また、
圧電素子３の駆動時の振動周波数とｙ軸方向の屈曲振動
の共振周波数とが一致すると、ｙ軸方向の屈曲振動変位
を大きくとることができ、検出電極６ａ、６ｂでの発生
電荷量を増大させることができる。すなわち、ｚ軸方向
の屈曲振動の共振周波数と、ｙ軸方向の屈曲振動の共振
周波数とを等しくさせると、ｚ軸方向の屈曲振動の共振
を利用して駆動することができ、振動速度を速めること
ができる。ｚ軸方向の屈曲振動によって生じるコリオリ
力の周波数は駆動周波数と同じであるので、コリオリ力
によって生じるｙ軸方向の屈曲振動の振動変位が大きく
なり、検出電極６ａ、６ｂでの発生電荷量は大きくな
る。その結果、感度は向上する。

【００４２】また、この圧電素子３は、２つの圧電体が
直接接合によって接合されているので、圧電体間の接合
面に接着剤が存在しない。そのため、バイモルフ型圧電
素子３の振動エネルギーの損失がなく、振動速度が低下
することがないため、共振の先鋭度Ｑを高められる。こ
れにより、振動速度の高速化が実現でき、作用するコリ
オリ力を大きくすることができ、圧電素子の角速度検出
の感度を高めることができる。さらに、圧電体間の接合
面に接着層がないため、共振の先鋭度Ｑのばらつきは少
ないので振動速度のばらつきが小さく、感度のばらつき
の小さい圧電素子を得ることができる。

【００４３】次に、この圧電素子３の製造方法について
説明する。まず、圧電体１０、１１としては、ニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶の１４０°回転Ｙ板を
用いている。なお、圧電体１０、１１としてはニオブ酸
リチウムを用いたが、これに限るものではなく、タンタ
ル酸リチウム、水晶等を用いてもよい。ここで用いるニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶において、横効
果伸び振動に関わる圧電定数が最大となるカット面は、
１４０°回転Ｙ板である。このカット面の圧電体を用い
ると、圧電素子３に加わる応力の電気への変換効率が高
くなる。なお、カット面も１４０°回転Ｙ板に限るもの
でなく、主面に加えた電界により、横効果伸び振動が生
ずるようなカット面であれば用いることができる。

【００４４】次いで、２枚の圧電体１０、１１を分極軸
が互いに逆方向となるようにして直接接合によって接合
し、圧電体１０、１１を構成するニオブ酸リチウム単結
晶のｘ軸と垂直な方向が長手方向となるようにして、バ
イモルフ型圧電素子３を構成している。この圧電素子の
表裏主面のうち一方に、支持体部１４に相当する凸部を
設けている。この凸部箇所は、バイモルフ型圧電素子３
の端部である。電極５、５ａ、６ａは、Ｎｉ層を下地に
した金電極である。なお、電極としては、ニッケル−金
に限るものではなく、金、クロム、銀や合金材料等を用
いてもよい。

【００４５】次に、本発明の実施の形態１に係る圧電素
子３の製造方法を図３に示す。（ａ）まず、圧電体１０、１１として２枚のニオブ酸リ
チウム単結晶基板（以下ＬＮ基板）１４０°回転Ｙ板を
用いる。それぞれ、約３５０μｍの厚さと、約７００μ
ｍの厚さで、両面が鏡面研磨されたニオブ酸リチウム単
結晶基板１０、１１を分極方向が互いに逆方向となるよ
うにして直接接合により接合する。（ｂ）次に、接合された２枚のニオブ酸リチウム単結晶
基板の内の一方を研削し、凹部１３ａ、１３ｂを形成し
て研削で残した凸部を支持体部とする。さらに、両面か
ら真空蒸着法により電極を形成する。電極材には、例え
ばＮｉ層を下地にした金電極を用いる。蒸着時には、凹
部１３ａ、１３ｂの内部表面と支持体部表面が電気的に
接続されるように、基板を回転しながら行うことが好ま
しい。（ｃ）次いで、２つの検出電極６ａ、６ｂを形成するた
めに、破線で示すように深さ約５０μｍ、幅約９０μｍ
の溝を入れ、電気的に断絶した。溝を入れるピッチは、
圧電素子の梁部の幅と同じにする。さらに、実線で示す
ように、この溝に垂直方向に、凹部端面と対向するよう
に溝を入れた。これらの溝加工はダイシングソーを用い
て加工を行った。（ｄ）最後に、ワイヤソーを用いて実線で示す位置で接
合体を切断することで本発明の振動ジャイロ用素子
（ｅ）が完成する。

【００４６】なお、ニオブ酸リチウム基板に凹部を設け
る加工方法は、研削に限るものではなく、フォトレジス
トパターンをマスキング材としたサンドブラスト法など
を用いることができる。また、ドライエッチング、ウエ
ットエッチング、レーザ加工、ダイシングやワイヤーソ
ーなどの機械加工、ウオータージェット加工、放電加工
などを用いてもよい。切断についても同様である。ま
た、電極の形成方法は、真空蒸着法に限るものでなく、
めっき法、スパッタ法あるいはＣＶＤ法などの気相成膜
法や、印刷などの方法を用いてもよい。また、分割され
た電極を形成する方法としては、ダイシングソーによる
溝形成に限られるものではなく、電極形成時においてマ
スク蒸着方法を用いて分割された電極を形成してもよ
い。なお、２つの圧電体の接合体の切断方法は、ワイヤ
ソーに限らず、ダイシングソーを用いても良い。

【００４７】この圧電素子は、接着剤を用いずに研削
（又は直接接合）によって支持体を設けているので、バ
イモルフ型圧電素子３の共振周波数は圧電素子の寸法形
状によって決まる。従って、共振周波数のばらつきは、
寸法形状の加工精度に依存する。加工精度を高めること
で、共振周波数のばらつきを簡単に抑制できる。

【００４８】ここで、直接接合法について、図２の直接
接合の原理を示す図を用いて説明する。図２中、Ｌ１、
Ｌ２、Ｌ３は圧電基板１０、１１間の距離を示してい
る。まず、圧電基板１０、１１である２枚のニオブ酸リ
チウム（ＬｉＮｂＯ₃）基板の両面を鏡面研磨する。次
いで、これらの圧電基板１０、１１を、アンモニアと過
酸化水素と水の混合液（アンモニア水：過酸化水素水：
水＝１：１：６（容量比））で洗浄することにより、圧
電基板１０、１１に親水化処理を施する。図２（ａ）に
示すように、前記混合液で洗浄された圧電基板１０、１
１の表面は水酸基（ＯＨ基）で終端され、親水性になる
（接合の前の状態）。

【００４９】次に、図２の（ｂ）に示すように、親水化
処理を施した２枚の圧電基板（ＬｉＮｂＯ₃）１０、１
１を、分極方向の向きが互いに反対方向となるようにし
て接合する（Ｌ１＞Ｌ２）。これにより、脱水が起こ
り、圧電基板１０と圧電基板１１は、水酸基（ＯＨ基）
の重合や水素結合などの引力により引き合って接合され
る。次いで、上記のようにして接合した圧電基板１０、
１１に、４５０℃の温度で熱処理を施す。これにより、
図２（ｃ）に示すように、圧電基板１０の構成原子と圧
電基板１１の構成原子との間が酸素原子（Ｏ）を介して
共有結合した状態となり（Ｌ２＞Ｌ３）、圧電基板１
０、１１が原子レベルで強固に直接接合される。すなわ
ち、接合界面に接着剤などの接着層の存在しない結合状
態が得られる。あるいは、圧電基板１０の構成原子と圧
電基板１１の構成原子との間が水酸基を介して共有結合
した状態となり、圧電基板１０、１１が原子レベルで強
固に直接接合される場合もある。なお、ＬｉＮｂＯ₃の
キュリー点は１２１０℃であり、これに近い温度履歴に
よって特性が劣化するため、熱処理温度はキュリー点以
下であるのが望ましい。このように接合したいものの鏡
面研磨された面同士を表面処理して、接触させることに
より、接着剤などの接着層を介さずに界面間に直接生ず
る接合を「直接接合」と呼ぶ。一般的には、熱処理を施
すことにより、分子間力による接合から共有結合やイオ
ン結合などの原子レベルの強力な接合となる。

【００５０】また、本発明に係る圧電素子の製造方法の
変形例を図４に示す。上述した圧電素子の製造方法と比
較すると、２枚のニオブ酸リチウム基板を直接接合によ
り接合した後、研削により支持体部１４を形成するので
はなく、２枚のニオブ酸リチウム基板を直接接合し、さ
らに支持体部１４用にニオブ酸リチウム基板を直接接合
により接合して支持体部１４を形成している点で相違す
る。なお、支持体部１４用の材料としてはニオブ酸リチ
ウムに限られるものではなく、タンタル酸リチウム、水
晶、シリコン、ガラスなどを用いてもよい。支持体部１
４と梁部との諸特性が同一であることが好ましいため、
支持体部１４用の材料としては、圧電体と同じ材料から
なるものが好ましい。

【００５１】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
係る圧電素子３の斜視図を図５に示す。この圧電素子３
は、実施の形態１に係る圧電素子と比較すると、梁部の
一方の端部の表裏両面に支持体部１４、１５に相当する
凸部を設けている点で相違する。このように支持体１
４，１５を圧電素子３の表裏両面に形成することで、裏
面にのみ支持体部１４が形成された場合より梁部の支持
状態をさらに安定させることができ、共振周波数のばら
つきを少なくすることができる。

【００５２】（実施の形態３）実施の形態３に係る圧電
素子３の斜視図を図６に示す。この圧電素子は、実施の
形態１に係る圧電素子と比較すると、圧電素子を構成す
る２つの圧電体を直接接合により接合している点や支持
体部を研削によって設けている点で同一であるが、支持
体部１４で固定部材４に固定されている点で相違する。
この圧電素子３は、実施の形態１に係る圧電素子と同様
に２つの圧電体１０、１１を直接接合により接合して構
成され、表面に検出電極６ａ、６ｂを形成し、裏面に駆
動電極５を形成している。固定部材４の表面には引き出
し電極２０、２１、２２を形成している。駆動電極５
ａ、検出電極６ａ、６ｂと引き出し電極２０、２１、２
２とはそれぞれ金線をワイヤーボンディングして電気的
な接続を実現している。圧電素子３の裏面における圧電
体１１の支持体部１４である凸部と、固定部材４の表面
とを、エポキシ系接着剤を用いて接着固定している。

【００５３】ここで、支持体部１４の質量が、バイモル
フ型圧電素子３の質量に比して大きければ、支持体部と
固定部材４と間の接着層の影響を受けずに一端固定であ
る固定条件が成立する。この場合に、バイモルフ型圧電
素子３のｙ、ｚ軸方向の屈曲振動の共振周波数は、梁部
の寸法(長さ、厚み、幅)によって決まる。従って、固定
部材４と圧電素子３を接着する際に接着剤の塗布量や厚
みにばらつきが存在しても、圧電素子３の共振周波数へ
の影響はない。そのため、この圧電素子を回路基板にリ
フロー半田付けする時に、加熱によりこの接着剤による
固定状態が影響を受けたとしても、共振周波数は変化し
ない。

【００５４】以上により、本発明に係る圧電素子３は、
２つの圧電体が接着剤などの接着層がなく直接接合によ
り接合されて構成されるので、接着層による振動エネル
ギーの損失がなく、高い共振の先鋭度が得られ、高感度
に角速度を検出できる。また２つの圧電体の接合面に接
着層がないため、共振の先鋭度のばらつきはなく、振動
速度のばらつきがない。そのため、例えば、交流信号に
よる駆動で振動速度がｖ₀ｅⁱ ^ω ^tで表わされる場合のよ
うに一定振幅ｖ₀での駆動が容易となり、感度が回転角
速度のみに依存することになり、角速度の検出を高精度
化できる。また、接着剤を用いずに支持部材とバイモル
フ型圧電素子が一体形成されているので、バイモルフ型
圧電素子の共振周波数は、梁部の寸法にのみ依存する。
支持体とバイモルフ型圧電素子間に介在する接着層がな
いため、接着層に起因する共振周波数の変化はない。そ
して、回路基板に圧電素子をリフロー半田付けする場
合、圧電単結晶材料のキュリー点はリフロー温度（約２
５０℃）に比べて非常に高いため、リフローはんだ付け
による材料特性の劣化はない。また、支持体部と梁部の
間に接着層が介在していないので、リフローはんだ付け
による加熱によっても共振周波数が変化することはな
い。本発明のバイモルフ型圧電素子の共振周波数は、接
着層の影響がないため、このばらつきは寸法の加工精度
に依存する。寸法の加工精度を高めることにより、共振
周波数のばらつきを容易に抑制でき、角速度の検出感度
のばらつきを小さくでき、高精度化を実現できる。ま
た、一定の駆動周波数で電気的な駆動をする場合、共振
周波数のばらつきが小さいので、振動速度を一定値以上
に維持することができ、感度のばらつきが小さくなり、
角速度の検出の高精度化を実現できる。この圧電素子に
おける共振周波数のばらつきは小さいため、トリミング
等の周波数調整が不要となる。これによって、トリミン
グ調整の工程を省くことができ、圧電素子の生産効率を
高めることができる。

【００５５】また、本発明に係る圧電素子３の固定部材
への支持体部の固定する面の異なる態様を図７に示す。
図７の（ａ）は梁部の長手方向が固定部材４の接着面に
対して垂直となるように、支持体部１４と固定部材４と
を接着固定している。図７の（ｂ）は、梁部の長手方向
が固定部材４の接着面に対して水平となるように、支持
体部１４と固定部材４とを接着固定している。このとき
梁部と接着面が重ならないようにして設置する。なお、
この実施の形態では、支持体の固定方向を高さ方向とし
て説明したが、幅方向、厚み方向で実施することも可能
である。

【００５６】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
係る振動ジャイロの駆動回路と信号検出回路の構成例を
図８に示す。この振動ジャイロは、実施の形態１に係る
圧電素子３の駆動電極５ａと検出電極６ａ、６ｂとの間
に抵抗３０、３１を介して、発振回路３２が接続されて
いる。さらに、検出電極６ａ、６ｂは、差動増幅回路３
３に接続されている。この差動増幅回路３３の出力は、
同期検波回路３４により同期検波され、検波された信号
が直流増幅回路３５により増幅される。抵抗３０、３
１、差動増幅回路３３と駆動電極５、５ａ、検出電極６
ａ、６ｂとの電気的な接続は固定部材４の表面に設けた
引出電極２０、２１、２２を介して行っている。

【００５７】（実施の形態５）本発明の実施の形態５に
係る振動ジャイロの駆動回路、信号検出回路の構成例を
図９に示す。この振動ジャイロは、実施の形態４に係る
振動ジャイロと比較すると、駆動電極と検出電極の組み
合わせが異なっている。即ち、この振動ジャイロでは、
２つの第１電極６ａ、６ｂを駆動電極として、発振回路
に電気的に接続され、駆動電極間に交流信号を加えてｙ
軸方向に屈曲振動させる。一方、２つの第１電極６ａ，
６ｂと第２電極５とを検出電極として、差動増幅回路の
２入力のうち、一方は、抵抗３０、３１を介して、２つ
の第１電極６ａ、６ｂと電気的に接続し、他方の入力
は、第２電極５と電気的に接続している。なお、この振
動ジャイロの圧電素子のｙ軸方向における屈曲振動の共
振の先鋭度が、ｚ軸方向の共振の先鋭度よりも高い場合
には、本実施の形態のように電気的な駆動をｙ軸方向で
行うほうが、振動速度を高くすることができ、角速度検
出の感度を高めることができる。

【００５８】（実施の形態６）本発明の実施の形態６に
係る圧電素子の斜視図を図１０に示す。この圧電素子３
は、実施の形態１に係る圧電素子３と比較すると、中央
支持型である点で相違する。ここで、１０、１１は圧電
体、５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６ａ、６ｂは電極で
ある。また、電極６ａ，６ｂは２つの第１電極、電極
５、５ａは第２電極、電極５ｄは第３電極、電極５ｂ、
５ｃは第４電極である。この圧電素子３の動作原理は、
実施の形態１に係る圧電素子と比較すると、ｚ軸方向に
屈曲振動させておき、ｘ軸を中心とする回転が加わる場
合に生じるｙ軸方向のコリオリ力によって発生するｙ軸
方向の発生電荷を検出するという基本原理は同様であ
る。その一方、この圧電素子３では、屈曲振動を駆動す
る駆動電極と発生電荷を検出する検出電極とを電気的に
全く分離している点で相違する。即ち、圧電素子３で
は、第３電極５ｄと第４電極５ｂ、５ｃを駆動電極とし
て、支持体部１４を挟んで反対側における梁部の２つの
第１電極６ａ，６ｂを検出電極としている。まず、駆動
電極５ｃ、５ｄ間に交流電圧を加えると、圧電体１０、
１１がそれぞれ伸縮して、一方の梁部がｚ軸方向に屈曲
振動する。この場合、支持体部１４を挟んで反対側に振
動が伝達されて他方の梁部もｚ軸方向に屈曲振動する。
このときに、ｘ軸に対して回転角速度が加えられると、
ｙ軸方向にコリオリ力が生じ、ｙ軸方向に屈曲振動が生
じる。ｙ軸方向の屈曲振動が生じると、圧電効果によ
り、検出電極６ａ、６ｂに、それぞれ逆極性の電荷が交
互に発生する。この発生電圧を差動増幅することによ
り、ｘ軸を中心とする回転の角速度を求めることができ
る。

【００５９】ここで、圧電体１０、１１としては、ニオ
ブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶基板の１４０゜回
転Ｙ板を用いている。この圧電素子３は、２つの圧電体
１０、１１を分極方向が互いに反対方向となるように直
接接合により接合し、結晶のｘ軸と垂直な方向が長さ方
向となるようにして、バイモルフ型圧電素子３を構成し
ている。このバイモルフ型圧電素子３の中央部裏面に、
凸部が設けられている。電極５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５
ｄ、６ａ、６ｂは、Ｎｉ層を下地にした金電極である。
この圧電素子３は、中央支持することにより重心が支持
体部１４のほぼ中央に存在するため、屈曲振動時の状態
が安定し、支持体部１４への振動エネルギーの損失は非
常に少なくできる。このため、共振の先鋭度を高くする
ことができる。

【００６０】その一方、この圧電素子３の支持体部１４
の位置が中心からずれ、支持体部１４から両側に延在し
ているそれぞれの梁部先端までの長さに差が生じた場
合、それぞれの梁部の共振周波数が互いにずれて一方の
梁部を屈曲振動させても他方の梁部を十分に共振させる
ことができないため、振動速度を高速化することができ
ず、角速度検出の感度が低下する。従って、圧電素子３
の支持体部１４が圧電素子の長手方向であるｘ方向の中
心となるようにするのが好ましい。

【００６１】次に、この圧電素子の製造方法を図１１に
示し、以下に説明する。（ａ）まず、圧電板として２枚のニオブ酸リチウム単結
晶基板の１４０゜回転Ｙ板１０、１１を用いる。この２
枚のニオブ酸リチウム単結晶基板１０、１１は、約３５
０μｍ、７００μｍの厚さに両面が鏡面研磨されてい
る。この２枚のニオブ酸リチウム単結晶基板を分極方向
が互いに反対方向となるようにして直接接合により接合
する。（ｂ）次に、一方のニオブ酸リチウム単結晶基板１１を
研削して、凹部１３ａ、１３ｂを設け支持体部１４を形
成する。（ｃ）さらに、この状態の接合体に表裏両面からメタル
マスクを用いた蒸着により破線で示すように電極パター
ンを形成する。この時、表面では、支持体部１４を挟ん
で両側に延在する梁部に、駆動電極と検出電極とを電気
的に絶縁して形成する。さらに、駆動電極は、長手方向
であるｘ軸に平行な溝で隔てられた２つの検出電極とな
るようにする。裏面は梁部から支持体部へ電気的に接続
されるように電極５ｂ、５ｃを設ける。電極材には、例
えばＮｉ層を下地にした金電極を用いることができる。
蒸着時には、開口部の内部表面と支持体側面が電気的に
良好に接続されるように、基板を回転しながら行うこと
が好ましい。（ｄ）そして最後に、ワイヤーソーを用いて実線で示す
位置で接合体を分割することで、この中央支持型の圧電
素子（ｅ）が完成する。

【００６２】なお、この圧電素子の製造方法では、圧電
体としては、ニオブ酸リチウムを用いたが、これに限ら
れるものではなく、タンタル酸リチウム、水晶等を用い
てもよい。また、カット面も１４０°回転Ｙ板に限られ
るものでなく、駆動電極間に加えた電界により、横効果
伸び振動が生ずるようなカット面であればよい。また、
電極材料としては、ニッケル−金に限るものではなく、
金、クロム、銀や合金材料等を用いてもよい。さらに、
上記圧電素子の製造方法では、２枚のニオブ酸リチウム
基板を直接接合した後、研削により支持体部を形成した
が、２枚のニオブ酸リチウム基板を直接接合し、さらに
ニオブ酸リチウム基板を直接接合して支持体部を形成し
てもよい。この場合に、支持体部としてはニオブ酸リチ
ウムに限るものではないが、最適には圧電体と同じ材料
がよい。タンタル酸リチウム、水晶、シリコン、ガラス
などを用いてもよい。

【００６３】またさらに、ニオブ酸リチウム基板に凹部
を設ける加工方法は、研削に限られるものではなく、フ
ォトレジストパターンをマスキング材としたサンドブラ
スト法などを用いることができる。また、ドライエッチ
ング、ウエットエッチング、レーザ加工、ダイシングや
ワイヤーソーなどの機械加工、ウオータージェット加
工、放電加工などを用いてもよい。切断についても同様
である。また、電極の形成方法は、真空蒸着に限るもの
でなく、めっき法やスパッタ法あるいはＣＶＤ法などの
気相成膜法や、印刷などの方法を用いてもよい。さら
に、分割された電極の形成方法は、マスク蒸着方法に限
られるものではなく、ダイシングソーによる溝形成方法
を用いてもよい。なお、接合体の切断方法は、ワイヤソ
ーに限らず、ダイシングソーを用いても良い。

【００６４】（実施の形態７）本発明の実施の形態７に
係る圧電素子の斜視図を図１２に示す。この圧電素子３
は、実施の形態６に係る圧電素子と比較すると支持体部
１４で固定部材に固定されている点で相違する。この圧
電素子３は、上述したように直接接合により接合された
圧電体１０、１１から成るバイモルフ型圧電素子３とか
ら構成している。固定部材４には、表面に引き出し電極
２０、２１、２２、２３を形成している。バイモルフ型
圧電素子３の一方の梁部の表裏両面に形成された駆動電
極５ｂ、５ｃと駆動電極５ｄが引出し電極２１、２２に
金属線を介して電気的に接続されている。また、他方の
梁部の表面の一方に形成された検出電極６ａ、６ｂとが
それぞれ引出し電極２０、２３に金属線を介して電気的
に接続されている。この金属線はワイヤボンディングに
よって設けることができる。

【００６５】この圧電素子３は、圧電体１１の裏面にお
ける凸部と、固定部材４の表面とを、エポキシ系接着剤
を用いて接着固定している。また、接着剤を用いずに研
削によって支持体部１４を設けているので、圧電素子３
の共振周波数は梁部の寸法形状によって決まる。従っ
て、共振周波数のばらつきは、寸法形状の加工精度に依
存し、加工精度を高めることで共振周波数のばらつきを
簡単に抑制できる。以上により、この圧電素子は、２つ
の圧電体が接着剤などの接着層がなく直接接合により接
合されて構成されるので、接着層による振動エネルギー
の損失がなく、高い共振の先鋭度が得られ、高感度に角
速度の検出ができる。また２つの圧電体の接合面に接着
層がないため、共振の先鋭度のばらつきがなく、振動速
度のばらつきがない。一定振動速度での駆動が容易で、
感度は回転角速度のみに依存することになり、角速度の
検出を高精度化できる。

【００６６】また、この圧電素子は、支持部材と梁部が
一体のものとして形成され、支持体部と梁部間に介在す
る接着層がない。このため、バイモルフ型圧電素子の共
振周波数は、梁部の寸法にのみ依存し、加工精度を高め
ることにより、共振周波数のばらつきを小さくすること
ができるそして、回路基板に圧電素子をリフロー半田付
けする場合、圧電単結晶材料のキュリー点はリフロー温
度（約２５０℃）に比べて非常に高いため、リフローは
んだ付けによる材料特性の劣化はない。また、この圧電
素子は、支持体部と梁部との間に接着層が介在していな
いので、共振周波数が変化することはない。

【００６７】この圧電素子の共振周波数のばらつきは、
圧電素子の寸法の加工精度に依存するので、共振周波数
のばらつきを容易に抑制できる。また、この圧電素子の
共振周波数のばらつきは小さいため、トリミング等の周
波数調整が不要となる。駆動周波数の設定によって共振
駆動させることができ、振動速度を高速化できる。また
共振周波数のばらつきが小さいため、振動速度のばらつ
きが小さくなる。これによって、角速度の検出を高精度
化できる。また、共振周波数調整のためのトリミングが
不要であることから、圧電素子の生産性を高くすること
ができる。また、この圧電素子では駆動電極と検出電極
は分離されているので、分離抵抗のトリミングなどの調
整手間が不要となる。また、ヌル電圧は検出電極の分割
精度に依存するので、ヌル電圧を小さくするためには、
電極の分割精度を高めればよく、これにより感度のＳＮ
比を高めることができる。

【００６８】また、本発明に係る圧電素子の異なる形態
を図１３に示す。この場合、圧電素子３の電極面が固定
部材４の接着面に対して垂直となるように、支持体部１
４と固定部材４とを接着固定している。

【００６９】（実施の形態８）本発明の実施の形態８に
係る振動ジャイロの駆動回路、信号検出回路の構成例を
図１４に示す。この振動ジャイロは、実施の形態３に係
る振動ジャイロと比較すると、中央支持型圧電素子を用
いている点で相違する。この振動ジャイロは、バイモル
フ型圧電素子３の駆動電極５ｃ、５ｄと検出電極６ａ、
６ｂは、固定部材４の表面に設けた引出し電極２０、２
３、２１、２２を介してそれぞれ発振回路３２、差動増
幅回路３３と電気的に接続される。この振動ジャイロで
は、駆動電極５ｃ、５ｄ間に交流信号を加えてｚ軸方向
に屈曲振動を行わせる。この場合、駆動電極のある梁部
でのｚ軸方向の屈曲振動によって、支持体部１４を挟ん
で反対側の梁部も共振によりｚ軸方向に屈曲振動させ
る。このとき、ｘ軸を中心とする回転が加わると、ｙ軸
方向にコリオリ力が発生してｙ軸方向に屈曲振動が生じ
る。これによって圧電効果で検出電極６ａ、６ｂ間に電
荷が発生する。そこで、検出電極６ａ、６ｂを差動増幅
回路３３に接続し、発生電荷を検出電極６ａ、６ｂから
差動増幅回路へ送る。次いで、差動増幅回路３３の出力
は、同期検波回路３４により同期検波され、検波された
信号が直流増幅回路３５により増幅され、その出力から
角速度が検出される。この振動ジャイロにおいて、圧電
素子の駆動電極５ｂ、５ｄと検出電極６ａ、６ｂとは電
気回路として分離されているので、発振回路と差動増幅
回路とを分離する抵抗が不要となる。なお、静止時の出
力電圧(ヌル電圧)は、２つの検出電極６ａ、６ｂの面積
ずれによって生じるので、電極の分割精度に依存する。
そのため高精度な電極分割が望ましい。

【００７０】（実施の形態９）本発明の実施の形態９に
係る振動ジャイロの駆動回路、信号検出回路の構成例を
図１５に示す。この振動ジャイロは、実施の形態７に係
る振動ジャイロと比較すると、駆動電極と検出電極の組
み合わせが互いに逆になっている点で相違する。即ち、
この振動ジャイロでは、２つの第１電極６ａ、６ｂを駆
動電極として、発振回路に電気的に接続し、駆動電極間
に交流信号を加えてｙ軸方向に屈曲振動を行わせる。こ
の場合、駆動電極のある梁部でのｙ軸方向の屈曲振動
が、支持体部１４を挟んで反対側の梁部もｙ軸方向に屈
曲振動させる。また、第３電極５ｄと第４電極５ｃ（５
ｂ）を検出電極としている。このとき、ｘ軸を中心とす
る回転が加わると、ｚ軸方向にコリオリ力が発生してｚ
軸方向に屈曲振動が生じる。これによって圧電効果で検
出電極５ｃ、５ｄ間に電荷が発生する。そこで、検出電
極５ｃ、５ｄを差動増幅回路３３に接続し、発生電荷を
検出電極５ｃ、５ｄから差動増幅回路へ送る。次いで、
差動増幅回路３３から差動出力し、同期検波回路３４で
同期検波後に直流増幅回路３５で増幅して出力してい
る。この出力からｘ軸を中心とする角速度を検出するこ
とができる。なお、圧電素子のｙ軸方向における屈曲振
動の共振の先鋭度が、ｚ軸方向の共振の先鋭度よりも高
い場合には、本実施の形態のように電気的な駆動をｙ軸
方向で行うほうが、振動速度を高くすることができ、角
速度検出の感度を高めることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る圧電素
子は、支持体部を有しているので、固定部材に支持体部
で接着固定することで屈曲振動に寄与する梁部への接着
層８による影響を実質的に解消することができる。

【００７２】また、本発明に係る圧電素子は、２つの圧
電体の接合面に接着剤などの接着層がなく、直接接合に
より接合されているので、接着層による振動エネルギー
の損失がなく、高い共振の先鋭度が得られ、角速度の検
出感度を高感度にできる。また、圧電体の接合面に接着
層がないため、共振の先鋭度にばらつきはなく、振動速
度のばらつきがない。一定振動速度での駆動が容易で、
感度は回転角速度のみに依存することになり、高精度化
できる。

【００７３】また、本発明に係る圧電素子は、梁部と支
持体部とを有し、この支持部材は別体ではなく梁部とと
もに一つの圧電体から構成されている。即ち、接着剤を
用いることなく支持体部が梁部と一体成形されているの
で、バイモルフ型圧電素子の共振周波数は、梁部の寸法
にのみ依存させることができる。さらに、支持体部と梁
部とが一体であって、その間に介在する接着層がないた
め、接着層に起因する共振周波数の変化はない。

【００７４】さらに、本発明に係る圧電素子では、支持
体部は梁部とともに一体であるか、又は支持体部と梁部
とが直接接合により接合されている。そのため、回路基
板上に圧電素子をリフローはんだ付けする場合、支持体
部と梁部との間に接着層が介在していないため、はんだ
付けによる加熱によって共振周波数が変化することはな
い。また、圧電体としてニオブ酸リチウム等の圧電単結
晶材料を用いる場合、そのキュリー点はリフロー温度
（約２５０℃）に比べて非常に高いため、リフローはん
だ付けによる材料特性の劣化はなく、共振周波数が変化
することはない。

【００７５】またさらに、本発明に係る圧電素子は、２
つの圧電体を直接接合によって接合しているので、接合
面に接着層の影響がないため、圧電素子の共振周波数の
ばらつきは、寸法の加工精度を高めることにより容易に
抑制でき、角速度検出の感度のばらつきを小さくでき、
高精度化を実現できる。

【００７６】また、本発明に係る圧電素子の共振周波数
のばらつきは小さいため、トリミング等の周波数調整が
不要となる。そこで、駆動周波数の設定によって共振駆
動させることができ、振動速度を高速化できる。また共
振周波数のばらつきを小さくすることができるため、振
動速度のばらつきが小さくなる。これによって、角速度
の検出を高精度化できる。さらに、共振周波数調整のた
めに圧電素子のトリミングが不要であることから、圧電
素子の生産性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る圧電素子の斜視
図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る圧電素子の製造
における圧電体の直接接合による接合の原理を示す図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態１に係る圧電素子の製造
方法を示す工程図である。

【図４】本発明に係る圧電素子の製造方法の異なる形
態を示す工程図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係る圧電素子の斜視
図である。

【図６】本発明の実施の形態３に係る圧電素子の斜視
図である。

【図７】本発明に係る圧電素子の異なる形態の斜視図
であり、（ａ）は、梁部の長手方向が固定部材の接着面
に対して垂直となるように、支持体部と固定部材とを接
着固定しており、（ｂ）は、梁部の長手方向が固定部材
の接着面に対して水平となるように、支持体部と固定部
材とを接着固定している。

【図８】本発明の実施の形態４に係る振動ジャイロの
回路図である。

【図９】本発明の実施の形態５に係る振動ジャイロの
回路図である。

【図１０】本発明の実施の形態６に係る圧電素子の斜
視図である。

【図１１】実施の形態６に係る圧電素子の製造方法を
示す工程図である。

【図１２】本発明の実施の形態７に係る圧電素子の斜
視図である。

【図１３】本発明に係る圧電素子の異なる形態の斜視
図である。

【図１４】本発明の実施の形態８に係る振動ジャイロ
の回路図である。

【図１５】本発明の実施の形態９に係る振動ジャイロ
の回路図である。

【図１６】片持ち梁型圧電素子の参考例である。

【符号の説明】

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３圧電基板間の距離１、２圧電体３圧電素子４固定部材５、５ａ第１電極（駆動電極）５ｂ、５ｃ第
４電極（駆動電極）５ｄ第３電極（駆動電極）６ａ、６ｂ第
２電極（検出電極）７、８接着層１０、１１圧電
体１３ａ，１３ｂ凹部１４支持体部２０、２１、２２、２３引出電極３０、３１抵
抗３２発振回路３３差動増幅
回路３４同期検波回路３５直流増幅
回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ (72)発明者守時克典大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山下光洋大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2F105 AA02 AA08 AA10 BB03 CC04 CC06 CD02 CD06 CD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分極方向が互いに反対方向である２つの
圧電体を接合して形成され、梁部と支持体部とを有する
バイモルフ型圧電素子であって、前記圧電素子の一方の主面上に形成されており、前記梁
部の幅方向に分割されている２つの第１電極と、前記圧電素子の相対する他方の主面上に形成される第２
電極とを有しており、前記支持体部は、前記圧電素子の相対する主面のうち少
なくとも一方の主面に設けられていることを特徴とする
圧電素子。
【請求項２】前記支持体部が前記圧電素子の長手方向
について少なくとも一方の端部に設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】前記支持体部が前記圧電素子の長手方向
について中央部に設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の圧電素子。
【請求項４】分極方向が互いに反対方向である２つの
圧電体を接合して形成され、長手方向について中央部に
支持体部を有し、前記支持体部の両側に第１梁部と第２
梁部を有するバイモルフ型圧電素子であって、前記第１梁部の一方の主面上に形成されており前記第１
梁部の幅方向に分割されている２つの第１電極と、相対
するもう一方の主面上に形成される第２電極と、前記第２梁部の相対する２つの主面上に形成される第３
電極及び第４電極とを有していることを特徴とする圧電
素子。
【請求項５】前記２つの圧電体は、直接接合により接
合されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれ
か一項に記載の圧電素子。
【請求項６】前記２つの圧電体は、酸素原子又は水酸
基のなかの少なくとも一つを介して直接接合により接合
されてなることを特徴とする請求項５に記載の圧電素
子。
【請求項７】前記圧電素子における前記支持体部は、
前記２つの圧電体の少なくとも一つに接合されてなるこ
とを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の
圧電素子。
【請求項８】前記支持体部と前記圧電体は、直接接合
により接合されてなることを特徴とする請求項７に記載
の圧電素子
【請求項９】前記支持体部と前記圧電体は、酸素原子
又は水酸基のなかの少なくとも一つを介して直接接合に
より接合されてなることを特徴とする請求項８に記載の
圧電素子。
【請求項１０】前記圧電素子は、前記各電極に対応す
る引出し電極をさらに備えることを特徴とする請求項１
から９のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１１】前記圧電素子を前記梁部が屈曲振動可
能なように前記支持体部で固定部材に固定してなること
を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の
圧電素子。
【請求項１２】前記圧電素子は、前記支持体部におけ
る複数の面のうち前記各電極のいずれも設けられていな
いいずれかの面で前記固定部材に固定されてなることを
特徴とする請求項１１に記載の圧電素子。
【請求項１３】前記圧電素子は、長手方向に垂直な前
記支持体部の面で前記固定部材に固定されてなることを
特徴とする請求項１２に記載の圧電素子。
【請求項１４】前記圧電素子は、長手方向に平行な前
記支持体部の面で前記固定部材に固定されてなることを
特徴とする請求項１２に記載の圧電素子。
【請求項１５】パッケージ内に収納されてなることを
特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記
載の圧電素子。
【請求項１６】請求項１から１５のいずれか一項に記
載の前記圧電素子と、前記２つの第１電極のうちの少なくとも一つと前記第２
電極とを駆動電極として、前記駆動電極間に駆動信号を
印加して前記圧電素子を屈曲振動させる駆動手段と、前記２つの第１電極を前記屈曲振動の振動方向とは垂直
の屈曲振動により発生する電荷を検出する検出電極とし
て、前記検出電極間に発生する電荷を検出する信号検出
手段とを備えることを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項１７】請求項１から１５のいずれか一項に記
載の前記圧電素子と、前記２つの第１電極を駆動電極として、前記駆動電極間
に駆動信号を印加して前記圧電素子を屈曲振動させる駆
動手段と、前記２つの第１電極のうちの少なくとも一つと前記第２
電極とを、前記屈曲振動の振動方向とは垂直の屈曲振動
により発生する電荷を検出する検出電極として、前記検
出電極間に発生する電荷を検出する信号検出手段とを備
えることを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項１８】請求項４から１５のいずれか一項に記
載の前記圧電素子と、前記第３電極と前記第４電極とを駆動電極として、前記
駆動電極間に駆動信号を印加して前記第２梁部を屈曲振
動させる駆動手段と、前記２つの第１電極を前記屈曲振動の振動方向とは垂直
の屈曲振動により発生する電荷を検出する検出電極とし
て、前記検出電極間に発生する電荷を検出する信号検出
手段とを備えることを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項１９】請求項４から１５のいずれか一項に記
載の前記圧電素子と、前記２つの第１電極を駆動電極として、前記駆動電極間
に駆動信号を印加して前記第１梁部を屈曲振動させる駆
動手段と、前記第３電極と前記第４電極とを、前記屈曲振動の振動
方向とは垂直の屈曲振動により発生する電荷を検出する
検出電極として、前記検出電極間に発生する電荷を検出
する信号検出手段とを備えることを特徴とする振動ジャ
イロ。
【請求項２０】前記信号検出手段は、前記検出電極に
発生する電荷を検出する差動増幅回路を備えることを特
徴とする請求項１６から１９のいずれか一項に記載の振
動ジャイロ。
【請求項２１】２つの圧電体を分極方向が互いに反対
方向となるように接合する工程と、前記接合した２つの圧電体の少なくとも一方を研削して
支持体部を形成する工程と、前記接合した２つの圧電体の対向する２つの主面に第１
電極と第２電極を設ける工程と、前記第１電極を２つに分割して２つの第１電極を設ける
工程とからなることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２２】２つの圧電体を分極方向が互いに反対
方向となるように接合する工程と、前記接合した２つの圧電体の少なくとも一つに支持体部
用基板を接合する工程と、前記接合した２つの圧電体の対向する２つの主面に第１
電極と第２電極を設ける工程と、前記第１電極を２つに分割して２つの第１電極を設ける
工程とからなることを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２３】前記支持体部用基板を接合する工程に
おいて、前記支持体用基板と前記圧電体を直接接合によ
り接合することを特徴とする請求項２２に記載の圧電素
子の製造方法。
【請求項２４】前記２つの圧電体を接合する工程にお
いて、前記２つの圧電体を直接接合により接合すること
を特徴とする請求項２１から２３のいずれか一項に記載
の圧電素子の製造方法。