JP3825152B2 - Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ - Google Patents
Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ Download PDFInfo
- Publication number
- JP3825152B2 JP3825152B2 JP27718397A JP27718397A JP3825152B2 JP 3825152 B2 JP3825152 B2 JP 3825152B2 JP 27718397 A JP27718397 A JP 27718397A JP 27718397 A JP27718397 A JP 27718397A JP 3825152 B2 JP3825152 B2 JP 3825152B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate portion
- flat plate
- thin film
- vibrating gyroscope
- parallel flat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動ジャイロとしては、図８に示す音叉型、図９に示す音片型が知られている。
【０００３】
音叉型の振動ジャイロ２１は、図８に示すように連結部２２の両端に一対の駆動用圧電セラミックス板２３が、互いに平行に立設され、その平面が図においてＸ方向に向くように配置されている。又、駆動用圧電セラミック板２３の上端の中心上において、検出用圧電セラミックス板２４が一体に立設され、その平面が図において、Ｙ方向に向くように配置されている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交している。そして、下方の駆動用圧電セラミックス板２３に交番電圧を印加することにより、同圧電セラミックス板２３をＸ，反Ｘ方向へ振動させる。この振動状態で、振動ジャイロ２１にＺ軸回りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミックス２４が歪み、そのときに生ずる電圧を検出することにより、検出用圧電セラミックス２４に働いた力を検知することが可能となる。この力は、コリオリの力Ｆｃといい、一般に、次式で表される。
【０００４】
Ｆｃ＝２ｍＶ×Ω …（１）
なお、ｍは振動ジャイロ２１の質量、Ｖは振動ジャイロ２１の振動速度、Ωは振動ジャイロ２５のＺ軸回りの角速度である。そして、前記質量ｍ、振動速度Ｖが既知であれば、角速度Ωを導出することが可能となる。
【０００５】
又、音片型の振動ジャイロ２５は、図９に示すように恒弾性金属からなる四角柱状の音片型振動子２６を備え、同音片型振動子２６の互いに１８０度反対側の側面に対して、一対の駆動用圧電セラミックス板２７が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。又、残りの両側面には、一対の検出用圧電セラミックス板２８が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。そして、この振動ジャイロ２５は、駆動用圧電セラミックス板２７に交番電圧を印加することにより、同圧電セラミックス板２７にて音片型振動子２６をＸ，反Ｘ方向へ振動させる。この状態で、振動ジャイロ２６にＺ軸回りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミックス２８が歪み、そのときに生ずる電圧を検出することにより、検出用圧電セラミックス２８に働いたコリオリの力を検出することが可能となる。
【０００６】
ところで、上記の駆動用圧電セラミックス板２３，２７、検出用圧電セラミックス板２４，２８には、バルクのＰＺＴ（ジルコン・チタン酸鉛：チタン酸鉛，ジルコン酸鉛の固溶体からなるセラミックス）が使用されている。
【０００７】
ところが、上記のようなバルクのＰＺＴは、バルクそのものの薄形化が難しく、振動ジャイロ全体の小型化が難しい問題があった。
又、音片型の振動ジャイロのように、圧電セラミックス板を貼着して振動ジャイロを構成する場合、貼着工程が多くなるとともに、接着精度、すなわち、位置精度が悪い問題があり、従って、検出感度等に影響を及ぼし、均質なものを精度よく製造することは難しい問題があった。
【０００８】
さらに、振動子が三次元構造体の場合は、任意の場所にバルクのＰＺＴを取付けることが困難な場合があり、取付け場所が限られる問題がある。
又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に示すように、振動ジャイロの質量ｍを大きくすれば、コリオリの力が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミックスの歪み量が増大して、検出電圧も大きくなる。すなわち検出感度が上がることになる。このため、振動ジャイロの質量は大きい方が検出感度を得るためには好ましい。ところが、バルクのＰＺＴを用いた振動ジャイロの場合、バルクのＰＺＴを構成する基材を大きくしないと、質量が大きくできない問題があり、検出感度を上げるには限界がある。
【０００９】
又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に示すように、振動速度Ｖを大きくすれば、コリオリの力が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミックの歪み量が増大して、検出電圧も大きくなって検出感度も上がる。しかし、振動速度を大きくするために、例えば、音叉型の振動ジャイロの場合、バルクのＰＺＴの基材を薄くすると、剛性が低くなるため、捩じれ易くなり、正確に振動しなかったり、検出用圧電素子の検出のための歪みもねじれが加わった状態となって正確な検出ができない問題が生ずる。
【００１０】
そこで、出願人は、小型化が可能で、捩じれに強く、検出感度を上げることができる振動ジャイロ３１として、図７の構造のものを提案している。振動ジャイロは、４角柱状をなす弾性金属の下端（固定端）側と、上端（自由端）側とにそれぞれ互いに直交する貫通孔３４，３５を設けて、第１の平行平板部３２と、第２の平行平板部３３を形成している。前記第１の平行平板部３２及び第２の平行平板部３３の外表面には、チタン膜を形成し、同チタン膜上にＰＺＴ薄膜を形成している。そして、前記第１の平行平板部３２側を振動を付与するための駆動部とし、第２の平行平板部３３側を検出部としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の振動ジャイロは、ＰＺＴ薄膜３６上にさらにアルミニウム等で電極３７を形成し、その電極３７にリード線（図示しない）を直接接続して、駆動部である第１の平行平板部３２には、電圧を印加して、振動を付与し、検出部である第２の平行平板部３３では、ＰＺＴ薄膜で生じた電圧を前記電極３７に直接接続したリード線（図示しない）を介して検出するようにしている。
【００１２】
ところが、上記の構成によると、リード線の接続により、検出部である第２の平行平板部３３の剛性が変化し、その出力に影響を与えてしまうことが分かった。従って、検出特性が安定しない問題があった。一方、駆動部である第１の平行平板部３２においても、リード線の接続によって振動特性に影響を与えるため、安定した駆動特性が得られない問題があった。
【００１３】
本発明は上記の課題を解消するためになされたものであり、振動特性、或いは検出特性を安定化することができるＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に亘って第１乃至第４側面を有し、第１側面と第３側面、第２側面と第４側面とは、互いに１８０度反対位置に位置する四角柱状の弾性金属を備え、その弾性金属の固定端部側には、第１側面から第３側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第２側面と第４側面を含むそれぞれの平板部にて第１の平行平板部が形成され、前記弾性金属の自由端部側には、第２側面から第４側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第１側面と第３側面を含むそれぞれの平板部にて第２の平行平板部が形成され、第１の平行平板部の第２側面と第４側面、及び第２の平行平板部の第１側面と第３側面とにはチタンにて形成されたベース面が形成され、同ベース面上には、ＰＺＴ薄膜が形成され、同ＰＺＴ薄膜上には、電極が設けられ、前記弾性金属の固定端部には前記いずれかの電極に電気的に接続された接続用のパッドが形成されていることを特徴とするＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロをその要旨としている。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第２の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドとは、第１の平行平板部において、第２側面と第４側面に設けられた延出部を介して電気的に接続されている振動ジャイロをその要旨としている。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１において、前記第１の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドと電気的に接続されている振動ジャイロを要旨とするものである。
（作用）
請求項１に記載の発明によると、振動ジャイロは、固定端部に設けられたパッドにリード線が接続できる。このため、第１の平行平板部上に電極を設けて、その電極に対してリードを直接接続した場合と比較して、振動のために駆動される第１平行平板部の駆動特性がリード線を接続したことによって、その特性が変ることはなくなる。
【００１７】
又、第２の平行平板部に電極を設けて、その電極に対してリード線を直接接続した場合と比較して、第２の平行平板部の検出特性が変ることはなくなる。
請求項２に記載の発明によると、第２の平行平板部に設けられた電極は、固定端部に設けられたパッドとに対して、第１の平行平板部において、第２側面と第４側面に設けられた延出部を介して電気的に接続される。このことによって、請求項１の作用を得る。
【００１８】
請求項３に記載の発明によると、第１の平行平板部に設けられた電極は、固定端部に設けられたパッドと電気的に接続される。このことによって、請求項１の作用を得る。
【００１９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は振動ジャイロ１の斜視図を示している。なお、上記図面を含む各図面に図示されている、チタン膜、電極膜、側板の厚みは、説明の便宜上、実際のものより適宜拡大して図示されている。
【００２０】
図１に示すように振動ジャイロ１は、四角柱状をなし、平行平板部３，２を上下に備えている。前記平行平板部３，２は、本発明の第２及び第１の平行平板部にそれぞれに相当する。
【００２１】
同図１に示すように、振動ジャイロ１の基材４は、四角柱をなす弾性金属体としてのステンレスから構成されている。なお、本実施形態では、基材４の断面は、正方形をなしている。基材４の断面は、正方形で有るのが好ましいが、必ずしも正方形に限定されるものではない。基材４は、Ｘ方向側に向く面を第１側面５とし、時計回り方向（周方向）にわたって第２側面６、第３側面及び第４側面の順に配置されている。そして、第１側面５と、第３側面とは、Ｚ軸を中心として、１８０度反対側に位置し、又、第２側面６と、第４側面とは同じくＺ軸を中心として、１８０度反対側に位置している（なお、図は第１側面と、第２側面のみ図示されている。）。
【００２２】
基材４の下部の第１側面５と、第３側面は、Ｘ軸方向に向かう断面四角形状をなす貫通孔７が穿設されている。この貫通孔７により、基材４の下部は、第２側面６、及び第４側面をそれぞれ外側面とした一対の側板８，９が形成されている。前記側板８，９は平板部に相当する。前記側板８，９の板厚は、数十〜数百μｍとされた、薄肉部８ａ，９ａとされている。そして、前記両側板８，９、及び貫通孔７とにより、基材４の下部は互いに平行に配置された平行平板構造となっており、平行平板部２が構成されている。
【００２３】
又、基材４の上部の第２側面６と、第４側面は、Ｙ軸方向に向かう断面四角形状をなす貫通孔１０が穿設されている。この貫通孔１０により、基材４の上部は、第１側面５、及び第３側面をそれぞれ外側面とした一対の側板１１，１２が形成されている。前記側板１１，１２は本発明の平板部に相当する。前記側板１１，１２の板厚は、前記平行平板部２の側板８，９と同一厚みとされている。そして、前記両側板１１，１２、及び貫通孔１０とにより、基材４の上部は互いに平行に配置された平行平板構造となっており、平行平板部３が構成されている。そして、前記平行平板部２，３は互いに直交するように配置されている。
【００２４】
前記平行平板部２において第２側面６と第４側面、及び平行平板部２，３において第１側面乃至第４側面には、スパッタリング等によって、チタン膜１３が形成されている（図４参照）。同チタン膜１３により、本発明のベース面が構成されている。
【００２５】
同チタン膜１３の表面全体には厚さ数十μｍのＰＺＴ薄膜１４（図５参照）が形成されている。
前記平行平板部２における第２側面６及び第４側面のＰＺＴ薄膜１４上には、アルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積の電極膜１５が上下一対形成されている（図１及び図６においては、第２側面６側のみ図示）。同一対の電極膜１５は互いに反対側部から下方に延出部１５ａが形成されている。又、振動ジャイロ１の下端部（固定端部）において、第２側面６及び第４側面には、同じくアルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積のパッド１５ｂが横方向に一対併設されている（図１及び図６においては、第２側面６側のみ図示）。そして、各パッド１５ｂは前記各延出部１５ａに接続されている。
【００２６】
又、前記平行平板部３における第１側面５及び第３側面のＰＺＴ薄膜１４上には、アルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積の電極膜１６が上下一対形成されている（図１及び図６においては、第１側面５側のみ図示）。同一対の電極膜１６は互いに反対側部から下方に延びる延出部１６ａが形成されている。前記延出部１６ａは、平行平板部２の第１側面５及び第３側面において側板８，９の薄肉部８ａ，９ａ上に配置されている。
【００２７】
又、振動ジャイロ１の下端部（固定端部）において、第１側面５及び第３側面には、同じくアルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積のパッド１６ｂが横方向に一対併設されている（図１及び図６においては、第１側面５側のみ図示）。そして、各パッド１６ｂは前記延出部１６ａに接続されている。
【００２８】
前記電極膜１５，１６は本発明の電極に相当する。
そして、前記各パッド１５ｂ，１６ｂにはリード線１９がそれぞれハンダ付けされている。
【００２９】
前記振動ジャイロ１において、本実施形態では下端部が固定端部に相当し、上端部が自由端部に相当する。
上記のように構成された振動ジャイロ１を使用する場合、基材４の下端部を固定した状態で、基材４の下部の平行平板部２の側板８，９の電極膜１５に対して、それぞれ反対電位の交番電圧をリード線１９を介して同期して印加する。
【００３０】
すると、ＰＺＴ薄膜の分極方向が電極膜１５から基材４方向に向いている場合、プラス電位側に印加された方のＰＺＴ薄膜１４は圧縮され、マイナス電位に印加された側のＰＺＴ薄膜１４は引き伸ばされる。そして、交番電圧による極性の変化によって、ＰＺＴ薄膜１４は、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返され、この結果、平行平板部２は、Ｘ、反Ｘ方向に駆動され、上部に位置する平行平板部３は同方向に振動する。
【００３１】
そして、この振動状態で、振動ジャイロ１にＺ軸回りの回転が加わったときに、平行平板部３において一方の側面側のＰＺＴ薄膜１４は、圧縮（歪み）され、他方の側面側（一方の側面とは１８０度反対側の側面）が引き伸ばされる（歪み）。この結果、そのときに生ずる電圧をリード線１９を介して検出することにより、振動ジャイロ１に働いたコリオリの力を検知することが可能となる。又、上記（１）に示すように、振動ジャイロ１の質量ｍ、及び振動速度Ｖが既知であれば、角速度Ωが導出できる。
【００３２】
上記のように振動ジャイロ１を使用する場合、リード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続されているため、リード線１９の接続によって平行平板部２の剛性が変ることはなく、その振動特性に影響が出ることはない。
【００３３】
又、同じくリード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続されているため、リード線１９の接続によって平行平板部３の剛性が変ることはなく、その検出特性に影響が出ることはない。
【００３４】
次に、上記振動ジャイロ１の製造方法を図２乃至図６を参照して説明する。
図２は、基材４を示している。ステンレスからなる基材４は、断面正方形をなした四角柱状に形成されている。この基材４の上下両部に対して、それぞれ互いに直交するように貫通孔７，１０を形成する。この貫通孔７，１０の形成は、切削でもよく、エッチングで行ってもよい。この貫通孔７を形成することにより、図３に示すように基材４の下部は、第２側面６、及び第４側面がそれぞれ外側面とされ、数十〜数百μｍの板厚を有する一対の側板８，９が形成される。又、前記両側板８，９、及び貫通孔７とにより、基材４の下部は側板８，９が互いに平行に配置された平行平板構造を有する平行平板部２が形成される。
【００３５】
又、貫通孔１０を形成することにより、図３に示すように基材４の上部は、第１側面５、及び第３側面がそれぞれ外側面とされ、数十〜数百μｍの板厚を有する一対の側板１１，１２が形成される。又、前記両側板１１，１２、及び貫通孔１０とにより、基材４の上部は互いに側板１１，１２とが互いに平行に配置された平行平板構造を有する平行平板部３が形成される。
【００３６】
次に、この基材４を酸等で、クリーニングし、予め、ＰＺＴ薄膜１４を形成したい側面を除いた面を合成樹脂、又は、スパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法にてチタン以外の金属等にて、被覆してマスク（図示しない）を形成する。
【００３７】
基材４の平行平板部２において第２側面６と第４側面、及び平行平板部２，３において第１側面乃至第４側面にスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法にてチタン膜１３を成膜する（図４参照）。
【００３８】
次に水熱法で、チタン膜１３上にＰＺＴ薄膜１４を形成する。この水熱法は２つの段階からなっている。
（第１段階）
基材４、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）と硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入し、攪拌する。なお、ＰＺＴ薄膜１４の圧電性は、ＰＺＴ薄膜１４におけるチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によって決まるため、後にできあがるＰＺＴ薄膜１４の圧電性に応じてオキシ塩化ジルコニウムと硝酸鉛とのモル比を決めればよい。
【００３９】
次に、図示しない圧力容器内において、基材４を上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）、硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧よる加圧のことである。温度条件は１５０℃で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。
【００４０】
この結果、過飽和状態で、基材４の両平行平板部２，３のチタン膜１３表面にＰＺＴの種子結晶（核）が形成される。
上記時間の経過後、基材４を圧力容器から取り出し、水洗・乾燥する。
【００４１】
（第２段階）
次に、種子結晶が核付けされた基材４、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）と硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）及びＫＯＨ（４Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入し、攪拌する。なお、ＰＺＴ薄膜１４の圧電性は、ＰＺＴにおけるチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によって決まるため、後にできあがるＰＺＴの圧電性に応じてオキシ塩化ジルコニウムと四塩化チタンと硝酸鉛とのモル比を決めればよい。
【００４２】
次に、図示しない圧力容器内において、基材４を上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）、硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）及びＫＯＨ（４Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧よる加圧のことである。温度条件は１２０℃で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。
【００４３】
この結果、過飽和状態で、基材４の両平行平板部２，３の両外側面にＰＺＴ薄膜１４が所定厚み（この実施形態では数十μｍ）で形成される（図５参照）。
上記時間の経過後、基材４を圧力容器から取り出し、水洗・乾燥する。この後、マスクを除去する。
【００４４】
そして、図６に示すように、ＰＺＴ薄膜１４面に電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法により形成した後、パターニングし、不必要な電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂの部分を除去して、上下一対の電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂを形成し、振動ジャイロ１を形成する。その後、パッド１５ｂ，１６ｂにリード線１９をハンダ付けする。
【００４５】
さて、本実施形態によると、次のような作用効果を奏する。
（１） 本実施形態では、リード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続したため、振動ジャイロ１を使用する場合、リード線１９の接続によって平行平板部２の剛性が変ることはなく、その振動特性及びに検出特性に影響が出ることはない。
【００４６】
（２） 本実施形態では、基材４の両平行平板部２，３のチタン膜１３表面に形成されたＰＺＴ薄膜１４は、数十μｍとして薄く形成しているため、振動ジャイロ１を、小型化することができる。
【００４７】
（３） 本実施形態では、基材４の上下両部を、平行平板構造としているため、捩じれに対して強くすることができる。従って、振動駆動用の平行平板部２は、正確に振動することができ、検出用の平行平板部３は、正確に変位できるため、ノイズに強いものとなる。
【００４８】
（４） 本実施形態では、水熱法により、基材４の両平行平板部２，３の両外側面にチタン膜１３を形成した後、水熱法により、及びＰＺＴ薄膜１４を形成し、その後、前記ＰＺＴ薄膜１４を形成した基材４の両側面に対して、それぞれ電極膜１５，１６，延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂを形成した。その結果、同一工程（水熱法による工程）で得られた振動駆動用の平行平板部２、検出用の平行平板部３との組合せで構成される振動ジャイロ１は、検出感度等の品質を一定に、すなわち、均質なものとすることができる。又、水熱法により、駆動用のＰＺＴ薄膜１４と、検出用のＰＺＴ薄膜１４とが一度に形成できるため、別々に駆動用、検出用のＰＺＴ薄膜を形成する場合と異なり、作製工数を低減できる。
【００４９】
（５） 検出用の平行平板部３の側板１１と側板１２の上部間を連結している連結部、或いは、平行平板部２と平行平板部３との間の部分の連結部は、上記（１）式のコリオリの力Ｆｃの質量ｍとして使用できる。従って、同部分の質量を適宜変更することにより振動ジャイロ１のｍを調整することが可能である。そのことによって、振動ジャイロ１の検出感度を上げることも可能である。
【００５０】
本発明の実施形態は、上記実施形態以外に次のように変更することも可能である。
（１） 前記実施形態では、電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをアルミニウムで形成したが、Ａｕ（金）にて形成してもよく、又、他の導電性金属にて形成してもよい。
【００５１】
（２） 前記実施形態では、電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂ、ＰＺＴ薄膜１４、基材４の厚みをそれぞれ所定数値としたが、上記数値に限定されるものではなく、必要に応じて、上記以外の数値としてもよい。
【００５２】
（３） 前記実施形態では、ＰＺＴ薄膜１４面に電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法により形成した後、パターニングしたが、この代わりに、これらを導電性ペーストをスクリーン印刷法によって、印刷して形成してもよい。
【００５３】
（４） 前記実施形態では、音片型の振動ジャイロ１に具体化したが、この振動ジャイロ１を連結板の両端に固設した音叉型の振動ジャイロに具体化してもよい。この場合、前記実施形態での振動ジャイロ１を一対、連結部としての連結板の両端に立設固定するだけで、音叉型の振動ジャイロが形成できる。
【００５４】
（５） 前記実施形態では、電極膜１５を各ＰＺＴ薄膜１４に対し分離して上下一対設けたが、分離しないでＰＺＴ薄膜１４上の表面全体に設けてもよい。
（６） 前記実施形態では、平行平板部２，３に設けた電極膜１５，１６に対して、それぞれ延出部１５ａ，１６ａを介して固定端部である下端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続した。この代わりに、一方の平行平板部２の電極膜１５を延出部１５ａを介してパッド１５ｂを接続し、他方の平行平板部３の電極膜１６には、リード線１９を直接接続してもよい。この場合は、駆動特性におけるリード線接続による悪影響を防止できる。
【００５５】
反対に、他方の平行平板部３の電極膜１６を延出部１６ａを介してパッド１６ｂを接続し、一方の平行平板部２の電極膜１５には、リード線１９を直接接続してもよい。この場合は、検出特性におけるリード線接続による悪影響を防止できる。
【００５６】
（７） 前記実施形態では、振動ジャイロ１の下端部を固定端部としたが、上端部を固定端部とし、下端部を自由端部としてもよい。この場合、駆動部が上端部となり、検出部が下端部となる。
【００５７】
（８） 前記実施形態では、基材４をステンレスとしたが、他の金属でもよく、チタンとした場合は、チタン膜１３の形成が不要となる。この場合、基材４の表面が本発明のベース面を構成する。
【００５８】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に挙げる。
（１） 請求項１乃至請求項３うちいずれかにおいて、貫通孔は断面四角形状に形成されたものであるＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロ。断面四角形状の貫通孔により、第１及び第２の平行平板部の側壁が板状に形成され、平行平板構造を得ることができる。
【００５９】
（２） 請求項１乃至請求項３のうちいずれかにおいて、前記電極と前記パッドとは、振動ジャイロの同一側面側において設けられた同士が電気的に互いに接続されていることを特徴とする振動ジャイロ。同一側面において設けられた電極とパッドとが電気的に接続されるため、両者を電気的に接続する延出部を簡単に形成できる。
【００６０】
（３） 請求項１乃至請求項３のいずれか、或いは上記（１）又は（２）において、延出部は、平行平板部を構成する側板の薄肉部上に形成されているＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロ。延出部を薄肉部に形成することにより、第２平行平板部の電極と固定端部のパッドとを電気的に接続することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、振動特性、或いは検出特性を安定化することができる。
【００６２】
請求項２の発明によれば、振動特性の安定化を図ることができる。
請求項３の発明によれば、検出特性の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は振動ジャイロの斜視図、（ｂ）は同じく側面図。
【図２】基材の斜視図。
【図３】貫通孔を形成した基材の斜視図。
【図４】チタン膜をパターンニングして形成した基材の斜視図。
【図５】ＰＺＴ薄膜を形成した基材の斜視図。
【図６】（ａ）は電極膜を形成した振動ジャイロの斜視図、（ｂ）は同じく側面図。
【図７】振動ジャイロの斜視図。
【図８】従来の振動ジャイロの斜視図。
【図９】従来の振動ジャイロの斜視図。
【符号の説明】
１…振動ジャイロ、
２，３…平行平板部（第１、第２の平行平板部を構成する）、
４…基材、５…第１側面、６…第２側面、７，１０…貫通孔、
８，９，１１，１２…側板（平板部を構成する）、
１３…チタン膜（ベース面を構成する。）、１４…ＰＺＴ薄膜、
１５，１６…電極膜、１５ａ，１６ａ…延出部、１５ｂ，１６ｂ…パッド部。
【産業上の利用分野】
本発明はＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動ジャイロとしては、図８に示す音叉型、図９に示す音片型が知られている。
【０００３】
音叉型の振動ジャイロ２１は、図８に示すように連結部２２の両端に一対の駆動用圧電セラミックス板２３が、互いに平行に立設され、その平面が図においてＸ方向に向くように配置されている。又、駆動用圧電セラミック板２３の上端の中心上において、検出用圧電セラミックス板２４が一体に立設され、その平面が図において、Ｙ方向に向くように配置されている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交している。そして、下方の駆動用圧電セラミックス板２３に交番電圧を印加することにより、同圧電セラミックス板２３をＸ，反Ｘ方向へ振動させる。この振動状態で、振動ジャイロ２１にＺ軸回りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミックス２４が歪み、そのときに生ずる電圧を検出することにより、検出用圧電セラミックス２４に働いた力を検知することが可能となる。この力は、コリオリの力Ｆｃといい、一般に、次式で表される。
【０００４】
Ｆｃ＝２ｍＶ×Ω …（１）
なお、ｍは振動ジャイロ２１の質量、Ｖは振動ジャイロ２１の振動速度、Ωは振動ジャイロ２５のＺ軸回りの角速度である。そして、前記質量ｍ、振動速度Ｖが既知であれば、角速度Ωを導出することが可能となる。
【０００５】
又、音片型の振動ジャイロ２５は、図９に示すように恒弾性金属からなる四角柱状の音片型振動子２６を備え、同音片型振動子２６の互いに１８０度反対側の側面に対して、一対の駆動用圧電セラミックス板２７が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。又、残りの両側面には、一対の検出用圧電セラミックス板２８が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。そして、この振動ジャイロ２５は、駆動用圧電セラミックス板２７に交番電圧を印加することにより、同圧電セラミックス板２７にて音片型振動子２６をＸ，反Ｘ方向へ振動させる。この状態で、振動ジャイロ２６にＺ軸回りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミックス２８が歪み、そのときに生ずる電圧を検出することにより、検出用圧電セラミックス２８に働いたコリオリの力を検出することが可能となる。
【０００６】
ところで、上記の駆動用圧電セラミックス板２３，２７、検出用圧電セラミックス板２４，２８には、バルクのＰＺＴ（ジルコン・チタン酸鉛：チタン酸鉛，ジルコン酸鉛の固溶体からなるセラミックス）が使用されている。
【０００７】
ところが、上記のようなバルクのＰＺＴは、バルクそのものの薄形化が難しく、振動ジャイロ全体の小型化が難しい問題があった。
又、音片型の振動ジャイロのように、圧電セラミックス板を貼着して振動ジャイロを構成する場合、貼着工程が多くなるとともに、接着精度、すなわち、位置精度が悪い問題があり、従って、検出感度等に影響を及ぼし、均質なものを精度よく製造することは難しい問題があった。
【０００８】
さらに、振動子が三次元構造体の場合は、任意の場所にバルクのＰＺＴを取付けることが困難な場合があり、取付け場所が限られる問題がある。
又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に示すように、振動ジャイロの質量ｍを大きくすれば、コリオリの力が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミックスの歪み量が増大して、検出電圧も大きくなる。すなわち検出感度が上がることになる。このため、振動ジャイロの質量は大きい方が検出感度を得るためには好ましい。ところが、バルクのＰＺＴを用いた振動ジャイロの場合、バルクのＰＺＴを構成する基材を大きくしないと、質量が大きくできない問題があり、検出感度を上げるには限界がある。
【０００９】
又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に示すように、振動速度Ｖを大きくすれば、コリオリの力が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミックの歪み量が増大して、検出電圧も大きくなって検出感度も上がる。しかし、振動速度を大きくするために、例えば、音叉型の振動ジャイロの場合、バルクのＰＺＴの基材を薄くすると、剛性が低くなるため、捩じれ易くなり、正確に振動しなかったり、検出用圧電素子の検出のための歪みもねじれが加わった状態となって正確な検出ができない問題が生ずる。
【００１０】
そこで、出願人は、小型化が可能で、捩じれに強く、検出感度を上げることができる振動ジャイロ３１として、図７の構造のものを提案している。振動ジャイロは、４角柱状をなす弾性金属の下端（固定端）側と、上端（自由端）側とにそれぞれ互いに直交する貫通孔３４，３５を設けて、第１の平行平板部３２と、第２の平行平板部３３を形成している。前記第１の平行平板部３２及び第２の平行平板部３３の外表面には、チタン膜を形成し、同チタン膜上にＰＺＴ薄膜を形成している。そして、前記第１の平行平板部３２側を振動を付与するための駆動部とし、第２の平行平板部３３側を検出部としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成の振動ジャイロは、ＰＺＴ薄膜３６上にさらにアルミニウム等で電極３７を形成し、その電極３７にリード線（図示しない）を直接接続して、駆動部である第１の平行平板部３２には、電圧を印加して、振動を付与し、検出部である第２の平行平板部３３では、ＰＺＴ薄膜で生じた電圧を前記電極３７に直接接続したリード線（図示しない）を介して検出するようにしている。
【００１２】
ところが、上記の構成によると、リード線の接続により、検出部である第２の平行平板部３３の剛性が変化し、その出力に影響を与えてしまうことが分かった。従って、検出特性が安定しない問題があった。一方、駆動部である第１の平行平板部３２においても、リード線の接続によって振動特性に影響を与えるため、安定した駆動特性が得られない問題があった。
【００１３】
本発明は上記の課題を解消するためになされたものであり、振動特性、或いは検出特性を安定化することができるＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に亘って第１乃至第４側面を有し、第１側面と第３側面、第２側面と第４側面とは、互いに１８０度反対位置に位置する四角柱状の弾性金属を備え、その弾性金属の固定端部側には、第１側面から第３側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第２側面と第４側面を含むそれぞれの平板部にて第１の平行平板部が形成され、前記弾性金属の自由端部側には、第２側面から第４側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第１側面と第３側面を含むそれぞれの平板部にて第２の平行平板部が形成され、第１の平行平板部の第２側面と第４側面、及び第２の平行平板部の第１側面と第３側面とにはチタンにて形成されたベース面が形成され、同ベース面上には、ＰＺＴ薄膜が形成され、同ＰＺＴ薄膜上には、電極が設けられ、前記弾性金属の固定端部には前記いずれかの電極に電気的に接続された接続用のパッドが形成されていることを特徴とするＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロをその要旨としている。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記第２の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドとは、第１の平行平板部において、第２側面と第４側面に設けられた延出部を介して電気的に接続されている振動ジャイロをその要旨としている。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１において、前記第１の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドと電気的に接続されている振動ジャイロを要旨とするものである。
（作用）
請求項１に記載の発明によると、振動ジャイロは、固定端部に設けられたパッドにリード線が接続できる。このため、第１の平行平板部上に電極を設けて、その電極に対してリードを直接接続した場合と比較して、振動のために駆動される第１平行平板部の駆動特性がリード線を接続したことによって、その特性が変ることはなくなる。
【００１７】
又、第２の平行平板部に電極を設けて、その電極に対してリード線を直接接続した場合と比較して、第２の平行平板部の検出特性が変ることはなくなる。
請求項２に記載の発明によると、第２の平行平板部に設けられた電極は、固定端部に設けられたパッドとに対して、第１の平行平板部において、第２側面と第４側面に設けられた延出部を介して電気的に接続される。このことによって、請求項１の作用を得る。
【００１８】
請求項３に記載の発明によると、第１の平行平板部に設けられた電極は、固定端部に設けられたパッドと電気的に接続される。このことによって、請求項１の作用を得る。
【００１９】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は振動ジャイロ１の斜視図を示している。なお、上記図面を含む各図面に図示されている、チタン膜、電極膜、側板の厚みは、説明の便宜上、実際のものより適宜拡大して図示されている。
【００２０】
図１に示すように振動ジャイロ１は、四角柱状をなし、平行平板部３，２を上下に備えている。前記平行平板部３，２は、本発明の第２及び第１の平行平板部にそれぞれに相当する。
【００２１】
同図１に示すように、振動ジャイロ１の基材４は、四角柱をなす弾性金属体としてのステンレスから構成されている。なお、本実施形態では、基材４の断面は、正方形をなしている。基材４の断面は、正方形で有るのが好ましいが、必ずしも正方形に限定されるものではない。基材４は、Ｘ方向側に向く面を第１側面５とし、時計回り方向（周方向）にわたって第２側面６、第３側面及び第４側面の順に配置されている。そして、第１側面５と、第３側面とは、Ｚ軸を中心として、１８０度反対側に位置し、又、第２側面６と、第４側面とは同じくＺ軸を中心として、１８０度反対側に位置している（なお、図は第１側面と、第２側面のみ図示されている。）。
【００２２】
基材４の下部の第１側面５と、第３側面は、Ｘ軸方向に向かう断面四角形状をなす貫通孔７が穿設されている。この貫通孔７により、基材４の下部は、第２側面６、及び第４側面をそれぞれ外側面とした一対の側板８，９が形成されている。前記側板８，９は平板部に相当する。前記側板８，９の板厚は、数十〜数百μｍとされた、薄肉部８ａ，９ａとされている。そして、前記両側板８，９、及び貫通孔７とにより、基材４の下部は互いに平行に配置された平行平板構造となっており、平行平板部２が構成されている。
【００２３】
又、基材４の上部の第２側面６と、第４側面は、Ｙ軸方向に向かう断面四角形状をなす貫通孔１０が穿設されている。この貫通孔１０により、基材４の上部は、第１側面５、及び第３側面をそれぞれ外側面とした一対の側板１１，１２が形成されている。前記側板１１，１２は本発明の平板部に相当する。前記側板１１，１２の板厚は、前記平行平板部２の側板８，９と同一厚みとされている。そして、前記両側板１１，１２、及び貫通孔１０とにより、基材４の上部は互いに平行に配置された平行平板構造となっており、平行平板部３が構成されている。そして、前記平行平板部２，３は互いに直交するように配置されている。
【００２４】
前記平行平板部２において第２側面６と第４側面、及び平行平板部２，３において第１側面乃至第４側面には、スパッタリング等によって、チタン膜１３が形成されている（図４参照）。同チタン膜１３により、本発明のベース面が構成されている。
【００２５】
同チタン膜１３の表面全体には厚さ数十μｍのＰＺＴ薄膜１４（図５参照）が形成されている。
前記平行平板部２における第２側面６及び第４側面のＰＺＴ薄膜１４上には、アルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積の電極膜１５が上下一対形成されている（図１及び図６においては、第２側面６側のみ図示）。同一対の電極膜１５は互いに反対側部から下方に延出部１５ａが形成されている。又、振動ジャイロ１の下端部（固定端部）において、第２側面６及び第４側面には、同じくアルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積のパッド１５ｂが横方向に一対併設されている（図１及び図６においては、第２側面６側のみ図示）。そして、各パッド１５ｂは前記各延出部１５ａに接続されている。
【００２６】
又、前記平行平板部３における第１側面５及び第３側面のＰＺＴ薄膜１４上には、アルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積の電極膜１６が上下一対形成されている（図１及び図６においては、第１側面５側のみ図示）。同一対の電極膜１６は互いに反対側部から下方に延びる延出部１６ａが形成されている。前記延出部１６ａは、平行平板部２の第１側面５及び第３側面において側板８，９の薄肉部８ａ，９ａ上に配置されている。
【００２７】
又、振動ジャイロ１の下端部（固定端部）において、第１側面５及び第３側面には、同じくアルミニウムからなる厚さ数μｍを有する互いに同面積のパッド１６ｂが横方向に一対併設されている（図１及び図６においては、第１側面５側のみ図示）。そして、各パッド１６ｂは前記延出部１６ａに接続されている。
【００２８】
前記電極膜１５，１６は本発明の電極に相当する。
そして、前記各パッド１５ｂ，１６ｂにはリード線１９がそれぞれハンダ付けされている。
【００２９】
前記振動ジャイロ１において、本実施形態では下端部が固定端部に相当し、上端部が自由端部に相当する。
上記のように構成された振動ジャイロ１を使用する場合、基材４の下端部を固定した状態で、基材４の下部の平行平板部２の側板８，９の電極膜１５に対して、それぞれ反対電位の交番電圧をリード線１９を介して同期して印加する。
【００３０】
すると、ＰＺＴ薄膜の分極方向が電極膜１５から基材４方向に向いている場合、プラス電位側に印加された方のＰＺＴ薄膜１４は圧縮され、マイナス電位に印加された側のＰＺＴ薄膜１４は引き伸ばされる。そして、交番電圧による極性の変化によって、ＰＺＴ薄膜１４は、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返され、この結果、平行平板部２は、Ｘ、反Ｘ方向に駆動され、上部に位置する平行平板部３は同方向に振動する。
【００３１】
そして、この振動状態で、振動ジャイロ１にＺ軸回りの回転が加わったときに、平行平板部３において一方の側面側のＰＺＴ薄膜１４は、圧縮（歪み）され、他方の側面側（一方の側面とは１８０度反対側の側面）が引き伸ばされる（歪み）。この結果、そのときに生ずる電圧をリード線１９を介して検出することにより、振動ジャイロ１に働いたコリオリの力を検知することが可能となる。又、上記（１）に示すように、振動ジャイロ１の質量ｍ、及び振動速度Ｖが既知であれば、角速度Ωが導出できる。
【００３２】
上記のように振動ジャイロ１を使用する場合、リード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続されているため、リード線１９の接続によって平行平板部２の剛性が変ることはなく、その振動特性に影響が出ることはない。
【００３３】
又、同じくリード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続されているため、リード線１９の接続によって平行平板部３の剛性が変ることはなく、その検出特性に影響が出ることはない。
【００３４】
次に、上記振動ジャイロ１の製造方法を図２乃至図６を参照して説明する。
図２は、基材４を示している。ステンレスからなる基材４は、断面正方形をなした四角柱状に形成されている。この基材４の上下両部に対して、それぞれ互いに直交するように貫通孔７，１０を形成する。この貫通孔７，１０の形成は、切削でもよく、エッチングで行ってもよい。この貫通孔７を形成することにより、図３に示すように基材４の下部は、第２側面６、及び第４側面がそれぞれ外側面とされ、数十〜数百μｍの板厚を有する一対の側板８，９が形成される。又、前記両側板８，９、及び貫通孔７とにより、基材４の下部は側板８，９が互いに平行に配置された平行平板構造を有する平行平板部２が形成される。
【００３５】
又、貫通孔１０を形成することにより、図３に示すように基材４の上部は、第１側面５、及び第３側面がそれぞれ外側面とされ、数十〜数百μｍの板厚を有する一対の側板１１，１２が形成される。又、前記両側板１１，１２、及び貫通孔１０とにより、基材４の上部は互いに側板１１，１２とが互いに平行に配置された平行平板構造を有する平行平板部３が形成される。
【００３６】
次に、この基材４を酸等で、クリーニングし、予め、ＰＺＴ薄膜１４を形成したい側面を除いた面を合成樹脂、又は、スパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法にてチタン以外の金属等にて、被覆してマスク（図示しない）を形成する。
【００３７】
基材４の平行平板部２において第２側面６と第４側面、及び平行平板部２，３において第１側面乃至第４側面にスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法にてチタン膜１３を成膜する（図４参照）。
【００３８】
次に水熱法で、チタン膜１３上にＰＺＴ薄膜１４を形成する。この水熱法は２つの段階からなっている。
（第１段階）
基材４、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）と硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入し、攪拌する。なお、ＰＺＴ薄膜１４の圧電性は、ＰＺＴ薄膜１４におけるチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によって決まるため、後にできあがるＰＺＴ薄膜１４の圧電性に応じてオキシ塩化ジルコニウムと硝酸鉛とのモル比を決めればよい。
【００３９】
次に、図示しない圧力容器内において、基材４を上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）、硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧よる加圧のことである。温度条件は１５０℃で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。
【００４０】
この結果、過飽和状態で、基材４の両平行平板部２，３のチタン膜１３表面にＰＺＴの種子結晶（核）が形成される。
上記時間の経過後、基材４を圧力容器から取り出し、水洗・乾燥する。
【００４１】
（第２段階）
次に、種子結晶が核付けされた基材４、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）と硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）及びＫＯＨ（４Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入し、攪拌する。なお、ＰＺＴ薄膜１４の圧電性は、ＰＺＴにおけるチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によって決まるため、後にできあがるＰＺＴの圧電性に応じてオキシ塩化ジルコニウムと四塩化チタンと硝酸鉛とのモル比を決めればよい。
【００４２】
次に、図示しない圧力容器内において、基材４を上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（ＺｒＯＣｌ2 ・８Ｈ2 Ｏ）、硝酸鉛（Ｐｂ（ＮＯ3 ）2 ）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）及びＫＯＨ（４Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧よる加圧のことである。温度条件は１２０℃で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。
【００４３】
この結果、過飽和状態で、基材４の両平行平板部２，３の両外側面にＰＺＴ薄膜１４が所定厚み（この実施形態では数十μｍ）で形成される（図５参照）。
上記時間の経過後、基材４を圧力容器から取り出し、水洗・乾燥する。この後、マスクを除去する。
【００４４】
そして、図６に示すように、ＰＺＴ薄膜１４面に電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法により形成した後、パターニングし、不必要な電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂの部分を除去して、上下一対の電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂを形成し、振動ジャイロ１を形成する。その後、パッド１５ｂ，１６ｂにリード線１９をハンダ付けする。
【００４５】
さて、本実施形態によると、次のような作用効果を奏する。
（１） 本実施形態では、リード線１９が固定端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続したため、振動ジャイロ１を使用する場合、リード線１９の接続によって平行平板部２の剛性が変ることはなく、その振動特性及びに検出特性に影響が出ることはない。
【００４６】
（２） 本実施形態では、基材４の両平行平板部２，３のチタン膜１３表面に形成されたＰＺＴ薄膜１４は、数十μｍとして薄く形成しているため、振動ジャイロ１を、小型化することができる。
【００４７】
（３） 本実施形態では、基材４の上下両部を、平行平板構造としているため、捩じれに対して強くすることができる。従って、振動駆動用の平行平板部２は、正確に振動することができ、検出用の平行平板部３は、正確に変位できるため、ノイズに強いものとなる。
【００４８】
（４） 本実施形態では、水熱法により、基材４の両平行平板部２，３の両外側面にチタン膜１３を形成した後、水熱法により、及びＰＺＴ薄膜１４を形成し、その後、前記ＰＺＴ薄膜１４を形成した基材４の両側面に対して、それぞれ電極膜１５，１６，延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂを形成した。その結果、同一工程（水熱法による工程）で得られた振動駆動用の平行平板部２、検出用の平行平板部３との組合せで構成される振動ジャイロ１は、検出感度等の品質を一定に、すなわち、均質なものとすることができる。又、水熱法により、駆動用のＰＺＴ薄膜１４と、検出用のＰＺＴ薄膜１４とが一度に形成できるため、別々に駆動用、検出用のＰＺＴ薄膜を形成する場合と異なり、作製工数を低減できる。
【００４９】
（５） 検出用の平行平板部３の側板１１と側板１２の上部間を連結している連結部、或いは、平行平板部２と平行平板部３との間の部分の連結部は、上記（１）式のコリオリの力Ｆｃの質量ｍとして使用できる。従って、同部分の質量を適宜変更することにより振動ジャイロ１のｍを調整することが可能である。そのことによって、振動ジャイロ１の検出感度を上げることも可能である。
【００５０】
本発明の実施形態は、上記実施形態以外に次のように変更することも可能である。
（１） 前記実施形態では、電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをアルミニウムで形成したが、Ａｕ（金）にて形成してもよく、又、他の導電性金属にて形成してもよい。
【００５１】
（２） 前記実施形態では、電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂ、ＰＺＴ薄膜１４、基材４の厚みをそれぞれ所定数値としたが、上記数値に限定されるものではなく、必要に応じて、上記以外の数値としてもよい。
【００５２】
（３） 前記実施形態では、ＰＺＴ薄膜１４面に電極膜１５，１６、延出部１５ａ，１６ａ、パッド１５ｂ，１６ｂをスパッタリングや真空蒸着等の物理的成膜法により形成した後、パターニングしたが、この代わりに、これらを導電性ペーストをスクリーン印刷法によって、印刷して形成してもよい。
【００５３】
（４） 前記実施形態では、音片型の振動ジャイロ１に具体化したが、この振動ジャイロ１を連結板の両端に固設した音叉型の振動ジャイロに具体化してもよい。この場合、前記実施形態での振動ジャイロ１を一対、連結部としての連結板の両端に立設固定するだけで、音叉型の振動ジャイロが形成できる。
【００５４】
（５） 前記実施形態では、電極膜１５を各ＰＺＴ薄膜１４に対し分離して上下一対設けたが、分離しないでＰＺＴ薄膜１４上の表面全体に設けてもよい。
（６） 前記実施形態では、平行平板部２，３に設けた電極膜１５，１６に対して、それぞれ延出部１５ａ，１６ａを介して固定端部である下端部に設けたパッド１５ｂ，１６ｂに接続した。この代わりに、一方の平行平板部２の電極膜１５を延出部１５ａを介してパッド１５ｂを接続し、他方の平行平板部３の電極膜１６には、リード線１９を直接接続してもよい。この場合は、駆動特性におけるリード線接続による悪影響を防止できる。
【００５５】
反対に、他方の平行平板部３の電極膜１６を延出部１６ａを介してパッド１６ｂを接続し、一方の平行平板部２の電極膜１５には、リード線１９を直接接続してもよい。この場合は、検出特性におけるリード線接続による悪影響を防止できる。
【００５６】
（７） 前記実施形態では、振動ジャイロ１の下端部を固定端部としたが、上端部を固定端部とし、下端部を自由端部としてもよい。この場合、駆動部が上端部となり、検出部が下端部となる。
【００５７】
（８） 前記実施形態では、基材４をステンレスとしたが、他の金属でもよく、チタンとした場合は、チタン膜１３の形成が不要となる。この場合、基材４の表面が本発明のベース面を構成する。
【００５８】
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に挙げる。
（１） 請求項１乃至請求項３うちいずれかにおいて、貫通孔は断面四角形状に形成されたものであるＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロ。断面四角形状の貫通孔により、第１及び第２の平行平板部の側壁が板状に形成され、平行平板構造を得ることができる。
【００５９】
（２） 請求項１乃至請求項３のうちいずれかにおいて、前記電極と前記パッドとは、振動ジャイロの同一側面側において設けられた同士が電気的に互いに接続されていることを特徴とする振動ジャイロ。同一側面において設けられた電極とパッドとが電気的に接続されるため、両者を電気的に接続する延出部を簡単に形成できる。
【００６０】
（３） 請求項１乃至請求項３のいずれか、或いは上記（１）又は（２）において、延出部は、平行平板部を構成する側板の薄肉部上に形成されているＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロ。延出部を薄肉部に形成することにより、第２平行平板部の電極と固定端部のパッドとを電気的に接続することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、振動特性、或いは検出特性を安定化することができる。
【００６２】
請求項２の発明によれば、振動特性の安定化を図ることができる。
請求項３の発明によれば、検出特性の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は振動ジャイロの斜視図、（ｂ）は同じく側面図。
【図２】基材の斜視図。
【図３】貫通孔を形成した基材の斜視図。
【図４】チタン膜をパターンニングして形成した基材の斜視図。
【図５】ＰＺＴ薄膜を形成した基材の斜視図。
【図６】（ａ）は電極膜を形成した振動ジャイロの斜視図、（ｂ）は同じく側面図。
【図７】振動ジャイロの斜視図。
【図８】従来の振動ジャイロの斜視図。
【図９】従来の振動ジャイロの斜視図。
【符号の説明】
１…振動ジャイロ、
２，３…平行平板部（第１、第２の平行平板部を構成する）、
４…基材、５…第１側面、６…第２側面、７，１０…貫通孔、
８，９，１１，１２…側板（平板部を構成する）、
１３…チタン膜（ベース面を構成する。）、１４…ＰＺＴ薄膜、
１５，１６…電極膜、１５ａ，１６ａ…延出部、１５ｂ，１６ｂ…パッド部。
Claims (3)
- 周方向に亘って第１乃至第４側面を有し、第１側面と第３側面、第２側面と第４側面とは、互いに１８０度反対位置に位置する四角柱状の弾性金属を備え、
その弾性金属の固定端部側には、第１側面から第３側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第２側面と第４側面を含むそれぞれの平板部にて第１の平行平板部が形成され、
前記弾性金属の自由端部側には、第２側面から第４側面まで貫通する貫通孔が形成されて、第１側面と第３側面を含むそれぞれの平板部にて第２の平行平板部が形成され、
第１の平行平板部の第２側面と第４側面、及び第２の平行平板部の第１側面と第３側面とにはチタンにて形成されたベース面が形成され、
同ベース面上には、ＰＺＴ薄膜が形成され、
同ＰＺＴ薄膜上には、電極が設けられ、
前記弾性金属の固定端部には前記いずれかの電極に電気的に接続された接続用のパッドが形成されていることを特徴とするＰＺＴ薄膜を備えた振動ジャイロ。 - 前記第２の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドとは、第１の平行平板部において、第１側面と第３側面に設けられた延出部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動ジャイロ。
- 前記第１の平行平板部に設けられた電極と、固定端部に設けられたパッドと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動ジャイロ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27718397A JP3825152B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ |
| EP98945622A EP1020705A4 (en) | 1997-10-09 | 1998-10-06 | OSCILLATING GYROSCOPE WITH LEAD TITANATE ZIRCONATE (PZT) THIN FILM |
| PCT/JP1998/004498 WO1999019688A1 (fr) | 1997-10-09 | 1998-10-06 | Gyroscope oscillant pourvu d'une couche mince au titanate zirconate de plomb (pzt) |
| US09/367,894 US6378368B1 (en) | 1997-10-09 | 1998-10-06 | Oscillation gyro equipped with thin PZT film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27718397A JP3825152B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118490A JPH11118490A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3825152B2 true JP3825152B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=17579971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27718397A Expired - Lifetime JP3825152B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6378368B1 (ja) |
| EP (1) | EP1020705A4 (ja) |
| JP (1) | JP3825152B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999019688A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3825152B2 (ja) * | 1997-10-09 | 2006-09-20 | 株式会社東海理化電機製作所 | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ |
| JP2003221229A (ja) * | 2002-01-29 | 2003-08-05 | Murata Mfg Co Ltd | 膜の製造方法および膜状素子の製造方法 |
| CN1272805C (zh) | 2002-06-28 | 2006-08-30 | 住友精密工业株式会社 | 可动电路用导电体及振动式旋转仪 |
| US7893784B2 (en) * | 2004-10-26 | 2011-02-22 | Koichi Hirama | Composite resonance circuit and oscillation circuit using the circuit |
| CN101535801A (zh) * | 2006-11-10 | 2009-09-16 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于光声检测器的振荡器元件 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02218913A (ja) | 1989-02-18 | 1990-08-31 | Nec Home Electron Ltd | 振動ジャイロ |
| SE466817B (sv) * | 1989-02-27 | 1992-04-06 | Bofors Ab | Foer gyro avsett sensorelement |
| JPH0979860A (ja) | 1995-09-12 | 1997-03-28 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 圧電振動子及びその製造方法 |
| JPH10206162A (ja) * | 1997-01-22 | 1998-08-07 | Citizen Watch Co Ltd | 振動ジャイロセンサー |
| JPH112527A (ja) * | 1997-06-13 | 1999-01-06 | Toshio Fukuda | Ｐｚｔ薄膜バイモルフ構造を備えた振動ジャイロ及びその製造方法 |
| JPH1114370A (ja) | 1997-06-24 | 1999-01-22 | Toshio Fukuda | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ及びその製造方法 |
| JP3825152B2 (ja) * | 1997-10-09 | 2006-09-20 | 株式会社東海理化電機製作所 | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ |
| JPH11344341A (ja) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Tokai Rika Co Ltd | 平行平板型振動ジャイロ及び平行平板型振動ジャイロ装置 |
| JP2000002539A (ja) * | 1998-06-15 | 2000-01-07 | Tokai Rika Co Ltd | 平行平板型振動ジャイロ及び平行平板型振動ジャイロ装置 |
-
1997
- 1997-10-09 JP JP27718397A patent/JP3825152B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-10-06 WO PCT/JP1998/004498 patent/WO1999019688A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1998-10-06 EP EP98945622A patent/EP1020705A4/en not_active Withdrawn
- 1998-10-06 US US09/367,894 patent/US6378368B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1999019688A1 (fr) | 1999-04-22 |
| EP1020705A1 (en) | 2000-07-19 |
| JPH11118490A (ja) | 1999-04-30 |
| EP1020705A4 (en) | 2003-09-10 |
| US6378368B1 (en) | 2002-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6140739A (en) | Parallel plate type oscillatory gyroscope | |
| US6539804B1 (en) | Two-axis yaw rate sensor | |
| JP2000002539A (ja) | 平行平板型振動ジャイロ及び平行平板型振動ジャイロ装置 | |
| JPH02266214A (ja) | 振動ジャイロ | |
| US20090007664A1 (en) | Vibration gyro | |
| JPH0520693B2 (ja) | ||
| JPH11230759A (ja) | 運動センサ | |
| JP3825152B2 (ja) | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ | |
| JPH07120266A (ja) | 振動ジャイロセンサー | |
| JP2531021B2 (ja) | 振動子 | |
| JP2010223622A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP5421651B2 (ja) | ３軸角速度検出振動子、３軸角速度検出装置および３軸角速度検出システム | |
| JP3310029B2 (ja) | 振動子 | |
| JPH0760093B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
| JPH10246639A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JPH112527A (ja) | Ｐｚｔ薄膜バイモルフ構造を備えた振動ジャイロ及びその製造方法 | |
| JP3531295B2 (ja) | 振動子及びこれを用いた圧電振動角速度計 | |
| JPH1114370A (ja) | Ｐｚｔ薄膜を備えた振動ジャイロ及びその製造方法 | |
| JPH09325032A (ja) | 角速度センサ | |
| JP2575212B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
| JPS6358111A (ja) | 音叉形圧電体角速度センサ− | |
| JP3122925B2 (ja) | 圧電振動ジャイロ用の圧電振動子 | |
| JP2000002544A (ja) | ヨーレートセンサ | |
| JPH0382911A (ja) | 振動ジャイロ | |
| JPH10239063A (ja) | 角速度センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040526 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060620 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060629 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707 Year of fee payment: 4 |