JP2009216545A - 物理量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動ジャイロ1は、圧電基板10を加工することにより形成された基部13と、基部13の一端側から延出する二つの振動腕11,12と、を有している(振動腕12は図示を省略)。圧電基板10の一方の面において、振動腕11,12それぞれの基部13との付け根部近傍には圧電薄板51,52がそれぞれ接着・固定されている(圧電薄板52は図示を省略)。振動腕11の基部13との付け根部近傍には、外形に欠切部59を有する薄板状の圧電板50上に検出電極55が設けられた圧電薄板51が、接着剤100により接着・固定されている。本実施形態では、圧電薄板51の対向する長辺側のそれぞれの略中央に欠切部59が設けられることにより形成された幅狭部51bと、この幅狭部51bを挟んだ両側に設けられる幅広部51a,51a’とにより略H字状の外形を有している。
【選択図】図3
Description
このような振動ジャイロを搭載する電子機器に対して、近年、高機能化の要求がますます高まるのに伴って、振動ジャイロには、より高精度な角速度検出を実現する高感度化が強く求められてきている。こうした要求に応えるものとして、角速度の検出に専用の圧電薄板が設けられた振動ジャイロが、例えば特許文献1に紹介されている。
励振させた振動ジャイロに、物体の振動に伴うある角速度の回転力が加わると、それに対応してコリオリ力が各振動腕に発生する。このコリオリ力により、ある瞬間に振動腕が所定方向に変位すると、圧電薄板が圧縮力または伸長力を受けて、圧電薄板上に設けられた検出電極に圧電効果による電位が発生する。この電位を、角速度検出回路に出力することにより、高精度な角速度検出を実現できるようになっている。
また、特許文献1に記載の振動ジャイロでは、圧電薄板を設ける位置についての記載も特にされていない。発明者は、特許文献1に記載の振動ジャイロの構成において、駆動振動および角速度の印加に伴う応力が最も大きく加わる部分である振動腕の基部との付け根近傍に圧電薄板を設けることにより、圧電薄板によって検出信号を効率よく取り出すことができることを見出した。
また、上記適用例の物理量測定装置は、圧電材料からなる圧電基板で形成されていて、外部から作用する力により生じる振動を検出する用途に適用される。この場合、「振動」とは、外部から作用する力に基づいて圧電基板に生じる「振動や変位もしくは変形など」の全てを含む。上記構成の物理量測定装置によれば、振動モードにおける振動腕の屈曲振動や、外部から加わる振動による応力が最も大きく加わる部分である振動腕の基部との付け根近傍に検出用の圧電薄板が設けられている。これにより、物理量測定装置の検出モードにおいて、振動腕の振動の変位を効率よく検出することができる。
したがって、低消費電力で、検出精度の高い物理量測定装置を提供することができる。
図1、図2、図3は、本実施形態の振動ジャイロを説明するものであり、図1は、後述する圧電薄板が接合される表側からみた模式平面図、図2は、裏側からみた模式平面図、図3は、図1および図2の二点鎖線で囲まれたD部を拡大して説明するものであり、(a)は部分平面図、(b)は、(a)のA−A線断面を示す部分断面図である。なお、図1および図2において、励振電極などの電極部分に斜め線のハッチングを施しているが、これは、各部の構成をわかりやすくする便宜上施しているものであり、金属の断面を示すものではない。
このような圧電基板10の音叉状の外形は、例えば水晶ウエハなどの圧電基板材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
同様に、図2に示すように、振動腕11,12の他方の面(裏側の面)の主面には、励振電極15b,16bがそれぞれ設けられ、基部13には外部接続電極17b,18bが設けられている。本実施形態では、励振電極15bが引き回し配線により外部接続電極18bと接続され、励振電極16bが引き回し配線により外部接続電極17bに接続されている。
上記した電極や配線は、水晶をエッチングして振動ジャイロ1の外形を形成した後で、例えば、ニッケル(Ni)またはクロム(Cr)を下地層として、その上に、蒸着またはスパッタリングにより例えば金(Au)による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。
各圧電薄板51,52に設けられた検出電極55は、上記の励振電極15a,15b,16a,16bおよび外部接続電極17a,17b,18a,18bと同様な方法で形成することができる。なお、各圧電薄板51,52に設けられた検出電極55は、図示はしないが振動ジャイロ1の内部配線により外部に引き出されるようになっている。
また、圧電薄板51,52は、欠切部59により幅狭部51bと、その両端に設けられる幅広部51a,51a’とが、画定されて形成された略H字状の外形を有し、しかも、重心Jを通る中心線P1,P2に対してそれぞれ線対称となるようにバランスのとれた外形にて形成されている。これにより、安定した振動の検出が可能となるとともに、幅広部51a,51a’によって圧電基板10との接触面積を確保して接合強度を向上させることができる。また、幅広部51a,51a’により、振動ジャイロ1の製造工程において、圧電薄板51,52の取り扱いが容易になり、圧電基板10に圧電薄板51,52を接合する工程での作業性が向上する。
さらに、圧電薄板51,52が、振動モードにおける振動腕11,12の屈曲振動や、外部から振動ジャイロ1に加わる振動に伴って生じる応力が最も大きく加わる部分である振動腕11,12それぞれの基部13との付け根部近傍に設けられている。これにより、振動モードにおける振動腕11,12の振動の変位が大きくなり、検出信号を効率よく取り出すことができるので、検出精度の高い振動ジャイロ1を提供することができる。
上記実施形態では、圧電板50の外形に欠切部59を設けることにより略H字状に形成された圧電薄板51,52を圧電基板10上に接着して設けた構成の振動ジャイロ1について説明した。これに限らず、下記に示すような欠切部による外形を有する圧電薄板によっても、上記実施形態と同様な効果を奏することが可能である。
図4および図5は、上記実施形態と異なる形態の外形となるように欠切部を設けた圧電薄板の変形例をそれぞれ説明するものであり、図4(a)は模式平面図、(b)は、(a)の図中矢印方向からみた模式側面図であり、図5(a)は本変形例の別の形態を説明する模式平面図、(b)は、(a)のB−B線模式断面図である。
上記実施形態および変形例1では、外形部分に欠切部59,79,89を設けることにより、圧電基板の振動の阻害を抑える圧電薄板51,52,71,81を説明した。これに限らず、圧電薄板の中央に欠切部を設けることによっても、圧電基板の振動の阻害を抑制する一定の効果を得ることができる。
図6は、中央の領域に欠切部を形成した圧電薄板の変形例を説明するものであり、(a)は模式平面図、(b)は、(a)のC−C線模式断面図である。
また、励振電極15a,15b,16a,16bや外部接続電極17a,17b,18a,18b、あるいはそれらの引き回し電極、および圧電薄板51,52の検出電極55の位置や形状についても上記実施形態および変形例の形態に限定されない。
Claims (4)
- 圧電基板を加工することにより形成された基部と、前記基部から延出する複数の振動腕とを有し、前記振動腕には励振電極が設けられ、前記圧電基板上に、表面に検出電極が設けられた圧電薄板が接合されてなり、外部から作用する力により前記振動腕に生じる振動を前記圧電薄板を用いて検出する物理量測定装置であって、
前記圧電薄板は、前記振動腕と前記基部との付け根の近傍に設けられ、該圧電薄板の少なくとも前記振動腕上の外形が前記振動腕の幅よりも小さい幅にて形成され、且つ、欠切部を有していることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1に記載の物理量測定装置において、
前記欠切部が前記圧電薄板の外形に設けられていることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項2に記載の物理量測定装置において、
前記圧電薄板の外形に、前記欠切部により形成される幅狭部と、幅広部とが、画定されて形成されていることを特徴とする物理量測定装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の物理量測定装置において、
前記圧電薄板の外形が、前記圧電薄板の重心を通る仮想の中心線に対して線対称に形成されていることを特徴とする物理量測定装置。
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