JP3819333B2 - Columnar vibrator for piezoelectric vibration gyro and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動ジャイロ用柱状振動子に関するもので、特に自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御、カメラ一体型VTRの手振れ防止装置等に用いられるジャイロスコープに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動ジャイロは、速度を持つ物体に角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサである。
【0003】
電気的な信号を印加することで機械的な振動(駆動振動)を励起させることができ、且つ、駆動振動と直交する方向の機械的な振動(検出振動)の大きさを電気的に検出可能とした系において、予め、駆動振動を励起させた状態で、駆動振動面と検出振動面が交わる線と平行な軸を中心とした角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出振動が発生し、出力電圧として検出される。検出された出力電圧は、駆動振動の大きさ及び角速度に比例するため、駆動振動の大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから角速度の大きさを求めることができる。
【0004】
振動ジャイロ用振動子には、様々な形状の振動子が提案されているが、圧電体からなる柱状の音片振動子は形状が簡素なことから小形で安価な振動ジャイロによく利用されている。
【0005】
図4は、特許2660940号記載の従来の柱状振動子の一例を示す斜視図であり、圧電体からなる円柱21の側面に、複数の電極22を施し、所定の電極間に高電界を加えることで分極処理し、円柱21の駆動振動を励起させることができる電極と、駆動振動と直交する方向の検出振動の大きさを電気的に検出可能とする電極を兼ね備えることで、圧電振動ジャイロ用柱状振動子としての機能を果たしている。構造がシンプルであることから、小形で安価な圧電振動ジャイロに大変適していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4に示す従来の柱状振動子における電極の形成は、スクリーンマスクを用いた印刷等で生産性良く形成できるが、圧電振動ジャイロの更なる小形・低価格化の市場ニーズが高まるとともに、電極形成においも更なる生産性を向上できる柱状振動子の構造の提案が望まれている。また、複数の柱状振動子を同時に製造する際、従来の分極処理工程は、柱状振動子側面の複数の電極一つ一つをプロービングし電界を加える必要があり、工程が煩雑になり、時間を要するという問題点があった。
【0007】
本発明の課題は、前述した問題点を解決し、電極形成及び分極処理が容易に行える、小型で安価な圧電振動ジャイロ用柱状振動子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電体からなる柱状体の側面に複数の電極を施してなる圧電振動ジャイロ用柱状振動子において、四角形の頂点の内、隣り合う2つの頂点を面取りしたことで得られる形状の断面を有する柱状体であり、面取りしたことで得られた2つの側面を含み、隣接しない1つおきの計3つの側面全面に電極を形成した構造で、前記2つの面取りをされた側面と面取りのされていない側面とを結ぶ方向に分極方向を有することを特徴とする圧電振動ジャイロ用柱状振動子が得られる。
【0009】
また、本発明によれば、圧電体平板の表面に等間隔に三角形溝または台形溝等の側面が前記面取りしたことで得られた側面に相当する溝を形成し、該溝部を含む前記圧電体平板の表裏面全体に電極を形成し、次に、裏面と表面の電極間に高電界を加えることで前記圧電体平板を厚さ方向に分極処理し、次に前記圧電体平板の表面を研磨して溝部以外の表面電極を削除し、更に前記圧電体平板の厚さ方向に且つ前記溝に沿って、前記圧電平板を切断加工することを特徴とする圧電振動ジャイロ用柱状振動子の製造方法が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を用い説明する。
【0011】
図1は、本発明における圧電振動ジャイロ用柱状振動子の実施の形態を示す斜視図である。柱状体1は、四角形の頂点の内、隣り合う2つの頂点を面取りした断面形状が六角形形状の柱状体1からなり、該柱状体1の側面の内、面取りしたことで得られた2つの側面全面に、それぞれ検出電極3及び4を有し、面取りされていない側面全面には駆動電極2を有する。
【0012】
図2には、図1に示した柱状振動子の屈曲振動の腹部近傍の断面図を示す。分極処理は、図中の矢印5の方向が示す通り、2つの検出電極3及び4から駆動電極2に向かって分極処理する。これにより、面取りしていない角周辺に偏った分極分布をもたせることとなる。よって、前記柱状振動子の駆動電極2と検出電極3及び4の間に交流電圧を印加することで、前記面取りしていない角周辺に偏った変位分布を発生し、X方向に駆動振動を励起させることができる、と同時に、検出電極3及び4に発生する電荷の差を測定することでY方向の検出振動を検出することができ、圧電振動ジャイロ用柱状振動子としての機能を果たす。面取りされた面は、同じ形状であれば良く、略平面が適しているが、曲面等であっても良い。
【0013】
次に、本発明の実施の形態における具体的な製造方法について、図3を用いて以下に説明する。
【0014】
まず、図3(a)には圧電平板11を示す。次に、図3(b)に示すように、圧電体平板11の表面にダイシングソーにより、等間隔に三角形溝または台形溝等を形成し、無電界メッキ法で、圧電体平板11の表裏面全体に電極12を形成する。ここで、ダイシングに使用するブレードの先端は、表裏が対称な三角形または台形形状等に加工しておくことが必要である。また、電極形成後、圧電体平板11の側面に付着した不要な電極を削除するため、圧電平板11の外周を切断除去する。
【0015】
次に、図3(c)示すように、裏面と表面の電極間に高電圧を加えることで分極5の方向に分極処理する。尚、分極の程度は、表面と裏面の距離が近い部分が強くなる。
【0016】
次に、図3(d)に示すように、圧電体平板11の表面が十分現れる所定の寸法まで、圧電体平板11の表面を研磨する。最後に、図3(e)に示すように、圧電体平板の厚さ方向に、且つ三角形溝または台形溝等に沿って、ダイシングソーで圧電平板11を切断加工する。こうして、図1に示す柱状振動子が得られる。
【0017】
以上の説明の通り、本発明の柱状振動子は、構造が大変簡素であり、電極形成位置に工夫を施しているため、製造も至って簡素な方法がとれる。
【0018】
【発明の効果】
本発明における圧電振動ジャイロ用柱状振動子によれば、特別なパターンマスクを使用せず、複数の電極形成が行え、また、多数のプロービングを必要とせずに複数の柱状振動子を同時に分極処理することができる、小型で安価な圧電振動ジャイロ用柱状振動子及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる圧電振動ジャイロ用柱状振動子を示す斜視図。
【図2】図1に示した柱状振動子の屈曲振動の腹部近傍の断面図。
【図3】本発明の実施の形態における具体的な製造の説明図。図3(a)は、圧電平板の断面図、図3(b)は、溝加工後、表裏面に電極を形成した断面図、図3(c)は、分極処理後の分極状態を示す断面図、図3(d)は、圧電板表面の研磨後の断面図、図3(e)は、圧電平板の厚み方向に溝に沿って切断加工した後の断面図。
【図4】従来の柱状振動子の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
1,21 柱状体
2 駆動電極
3,4 検出電極
5 分極の方向を示す矢印
11 圧電体平板
12 電極
13 圧電体平板の表面
21 円柱
22 電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro, and is particularly suitable for a gyroscope used in an automobile navigation system, attitude control, camera shake prevention device for a camera-integrated VTR, and the like.
[0002]
[Prior art]
A piezoelectric vibration gyro is an angular velocity sensor that utilizes a dynamic phenomenon in which when an angular velocity is applied to an object having velocity, a Coriolis force is generated in the object itself in a direction perpendicular to the velocity direction.
[0003]
Mechanical vibration (drive vibration) can be excited by applying an electrical signal, and the magnitude of mechanical vibration (detection vibration) in the direction orthogonal to the drive vibration can be detected electrically. When the angular velocity about the axis parallel to the line where the drive vibration surface and the detection vibration surface intersect is given with the drive vibration excited in advance, the detection vibration is caused by the action of the Coriolis force described above. Generated and detected as an output voltage. Since the detected output voltage is proportional to the magnitude and angular velocity of the drive vibration, the magnitude of the angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage when the magnitude of the drive vibration is constant.
[0004]
Various types of vibrators have been proposed for vibratory gyro vibrators, but columnar sound piece vibrators made of piezoelectric materials are often used for small and inexpensive vibratory gyros due to their simple shape. .
[0005]
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional columnar vibrator described in Japanese Patent No. 2660940, in which a plurality of
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the electrode formation in the conventional columnar vibrator shown in FIG. 4 can be formed with good productivity by printing using a screen mask, the market needs for further downsizing and cost reduction of the piezoelectric vibration gyro are increased, A proposal of a structure of a columnar vibrator that can further improve productivity in electrode formation is also desired. In addition, when simultaneously manufacturing a plurality of columnar vibrators, the conventional polarization processing step requires probing each of the plurality of electrodes on the side surface of the columnar vibrator and applying an electric field, which complicates the process and saves time. There was a problem that it took.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a small and inexpensive columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro that can easily perform electrode formation and polarization treatment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in a columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro that is provided with a plurality of electrodes on a side surface of a columnar body made of a piezoelectric body, a shape obtained by chamfering two adjacent vertices out of quadrangular vertices. A columnar body having a cross-section of the above-mentioned two chamfered side surfaces, including two side surfaces obtained by chamfering, and a structure in which electrodes are formed on the entire surface of every other three side surfaces that are not adjacent to each other, A columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro having a polarization direction in a direction connecting to a side surface that is not chamfered is obtained.
[0009]
Further, according to the present invention, the piezoelectric body including the groove portion is formed on the surface of the piezoelectric plate by forming a groove corresponding to the side surface obtained by chamfering the side surface such as a triangular groove or a trapezoidal groove at equal intervals. Electrodes are formed on the entire front and back surfaces of the flat plate, and then the piezoelectric flat plate is polarized in the thickness direction by applying a high electric field between the back and front electrodes, and then the surface of the piezoelectric flat plate is polished. And removing the surface electrode other than the groove, and further cutting the piezoelectric flat plate in the thickness direction of the piezoelectric flat plate and along the groove. Is obtained.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro according to the present invention. The
[0012]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the vicinity of the abdomen of the bending vibration of the columnar vibrator shown in FIG. The polarization treatment is performed from the two detection electrodes 3 and 4 toward the
[0013]
Next, a specific manufacturing method in the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0014]
First, FIG. 3A shows the piezoelectric
[0015]
Next, as shown in FIG. 3C, a polarization process is performed in the direction of
[0016]
Next, as shown in FIG. 3D, the surface of the
[0017]
As described above, the columnar vibrator of the present invention has a very simple structure, and has been devised at the electrode formation position, so that it can be manufactured and a simple method can be taken.
[0018]
【The invention's effect】
According to the columnar vibrator for piezoelectric vibration gyroscope of the present invention, a plurality of electrodes can be formed without using a special pattern mask, and a plurality of columnar vibrators can be simultaneously polarized without requiring a large number of probing. It is possible to obtain a small and inexpensive columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro and a manufacturing method thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a columnar vibrator for a piezoelectric vibration gyro according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of the vicinity of an abdomen of bending vibration of the columnar vibrator shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of specific manufacturing in the embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view of a piezoelectric flat plate, FIG. 3B is a cross-sectional view in which electrodes are formed on the front and back surfaces after groove processing, and FIG. 3C is a cross-sectional view showing a polarization state after polarization processing. FIG. 3D is a cross-sectional view after polishing the surface of the piezoelectric plate, and FIG. 3E is a cross-sectional view after cutting along the groove in the thickness direction of the piezoelectric flat plate.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a conventional columnar vibrator.
[Explanation of symbols]
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