JPH112527A - Vibrating gyro with pzt thin-film bimorph structure and its manufacture - Google Patents

Vibrating gyro with pzt thin-film bimorph structure and its manufacture

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JPH112527A
JPH112527A JP9157058A JP15705897A JPH112527A JP H112527 A JPH112527 A JP H112527A JP 9157058 A JP9157058 A JP 9157058A JP 15705897 A JP15705897 A JP 15705897A JP H112527 A JPH112527 A JP H112527A
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JP
Japan
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thin film
parallel plate
pzt thin
plate structure
base material
Prior art date
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Application number
JP9157058A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Fukuda
敏男 福田
Fumito Arai
史人 新井
Koichi Itoigawa
貢一 糸魚川
Hitoshi Iwata
仁 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Rika Co Ltd
Original Assignee
Tokai Rika Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating gyro having a PZT thin-film bimorph structure which can readily provide a number of bimorph structures, can be formed into a small bimorph structure, and resists twisting. SOLUTION: A vibrating gyro 1 comprises a pair of parallel flat-plate structures 2, 3 connected in series along the vertical direction. The parallel flat plate structure 2 comprises flat plate-shaped piezoelectric elements 4 constructed of a pair of bimorph structures opposed and secured to each other with an adhesive, with prism-shaped insulating spacers 5 sandwiched between the upper and lower ends thereof. Each of the piezoelectric elements 4 has a PZT thin film 7 formed on each side of a base 6 made from titanium into a flat plate shape of uniform thickness, with an electrode film 8 formed bn the PZT thin film 7 on each side. The parallel flat plate structures 2, 3 are placed in such a way that the sides on which the electrode films 8 are formed are perpendicular to each other, and are bonded together with an adhesive at their upper and lower end faces.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は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に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope having a PZT thin film bimorph structure and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、図12に
示す音叉型、図13に示す音片型が知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional vibration gyro, a tuning fork type shown in FIG. 12 and a sound piece type shown in FIG. 13 are known.

【0003】音叉型の振動ジャイロ21は、図12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。
In a tuning fork type vibrating gyroscope 21, as shown in FIG. 12, a pair of driving piezoelectric ceramic plates 23 are provided at both ends of a connecting portion 22 so as to stand in parallel with each other, and the plane faces in the X direction in the drawing. Are located in A piezoelectric ceramic plate 24 for detection is integrally erected on the center of the upper end of the piezoelectric ceramic plate 23 for driving, and is arranged so that its plane faces the Y direction in the figure. Note that the X direction and the Y direction are orthogonal to each other. And
By applying an alternating voltage to the lower piezoelectric ceramic plate 23 for driving, the piezoelectric ceramic plate 23
Vibrates in the direction. In this vibration state, the vibration gyro 21
When the rotation around the Z-axis is applied to the detection piezoelectric ceramic 24, the detection piezoelectric ceramic 24 is distorted, and the voltage generated at that time is detected, whereby the force applied to the detection piezoelectric ceramic 24 can be detected. This force is the Coriolis force Fc
And is generally represented by the following equation.

【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。
Fc = 2mV × Ω (1) where m is the mass of the vibrating gyroscope 21, V is the vibration speed of the vibrating gyroscope 21, and Ω is the angular velocity of the vibrating gyroscope 25 around the Z axis.

【0005】又、音片型の振動ジャイロ25は、図13
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2
8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。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] A vibrating gyroscope 25 of the sound piece type is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a square-pole vibrator 26 made of a constant elastic metal is provided, and a pair of piezoelectric ceramic plates 27 for driving are attached to the side surfaces of the vibrator 26 opposite to each other by 180 degrees. (Only one is shown in the drawing).
A pair of piezoelectric ceramic plates for detection 28 are adhered to the other side surfaces (only one of them is shown in the drawing).
The vibrating gyroscope 25 vibrates the resonator element vibrator 26 in the X and anti-X directions by applying an alternating voltage to the driving piezoelectric ceramic plate 27. In this state, when rotation about the Z-axis is applied to the vibrating gyroscope 26, the detecting piezoelectric ceramics 2
8 is distorted, and by detecting the voltage generated at that time, it becomes possible to detect the Coriolis force acting on the detecting piezoelectric ceramics 28. If the mass m and the vibration velocity V are known, the angular velocity Ω can be derived.

【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。
By the way, bulk PZT (ceramic made of a solid solution of lead zircon / titanate: lead titanate, lead zirconate) is provided on the driving piezoelectric ceramic plates 23 and 27 and the detecting piezoelectric ceramic plates 24 and 28. Is used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】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。
However, the bulk PZT as described above has a problem that it is difficult to reduce the thickness of the bulk itself and to reduce the size of the entire vibrating gyroscope.

【0008】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。
Further, when a vibrating gyroscope is formed by sticking a piezoelectric ceramic plate like a vibrating gyroscope of a sound piece type, there is a problem that the sticking process is increased and the bonding accuracy, that is, the positional accuracy is poor. Therefore, there is a problem that it affects the detection sensitivity and the like, and it is difficult to accurately manufacture a homogeneous product.

【0009】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。
The Coriolis force Fc increases as the mass m of the vibrating gyroscope increases, as shown in the above equation (1). As a result, the amount of distortion of the detecting piezoelectric ceramic increases. As a result, the detection voltage also increases. That is, the detection sensitivity is increased. For this reason, it is preferable that the mass of the vibrating gyroscope is large in order to obtain detection sensitivity. However, in the case of a vibrating gyroscope using bulk PZT, there is a problem that the mass cannot be increased unless the base material constituting the bulk PZT is enlarged, and there is a limit in increasing the detection sensitivity.

【0010】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。
The Coriolis force Fc, as shown by the above equation (1), increases the Coriolis force when the vibration velocity V is increased. As a result, the amount of distortion of the detecting piezoelectric ceramic increases. Also, the detection voltage increases and the detection sensitivity increases. However, in the case of a tuning fork type vibrating gyroscope, for example, in the case of a tuning fork type vibrating gyroscope, if the bulk PZT base material is thinned, the rigidity is reduced, so that it becomes easy to be twisted and does not vibrate accurately, The distortion for detecting the element is also in a state in which the element is twisted, which causes a problem that accurate detection cannot be performed.

【0011】くわえて、バルクのPZTの場合、バイモ
ルフ構造体を容易に製造することは難しいとともに、1
度に多くのバイモルフ構造体を得ることができない問題
があった。
In addition, in the case of bulk PZT, it is difficult to easily produce a bimorph structure,
There was a problem that many bimorph structures could not be obtained each time.

【0012】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、第1の目的は、容易に多数のバイモル
フ構造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ構造体
にすることができ、かつ、捩じれに強いPZT薄膜バイ
モルフ構造を備えた振動ジャイロを提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to easily obtain a large number of bimorph structures and to make a small bimorph structure. Another object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope having a PZT thin film bimorph structure resistant to twisting.

【0013】第2の目的は、容易に多数のバイモルフ構
造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ構造体にす
ることができ、かつ、捩じれに強いPZT薄膜バイモル
フ構造を備えた音叉型振動ジャイロを提供することにあ
る。
A second object is to provide a tuning fork type vibration gyro having a PZT thin film bimorph structure which can easily obtain a large number of bimorph structures, can be made into a small bimorph structure, and is resistant to twisting. To provide.

【0014】第3の目的は、一度に多数のPZT薄膜バ
イモルフ構造を備えた振動ジャイロを得ることができる
製造方法を提供することにある。
A third object is to provide a manufacturing method capable of obtaining a vibrating gyroscope having a large number of PZT thin film bimorph structures at one time.

【0015】[0015]

【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、チタン基材の第1の側
面と、同第1の側面とは180度反対側に位置する第2
の側面とにPZT薄膜が形成され、前記PZT薄膜上に
電極がそれぞれ設けられた一対のPZT薄膜バイモルフ
構造体が互いにスペーサを介して、平行に連結された第
1の平行平板構造体と、前記第1の平行平板構造体と同
構成を備えた第2の平行平板構造体とを備え、前記第1
の平行平板構造体と、第2の平行平板構造体とが直列に
一体に連結されるとともに、一方の平行平板構造体にお
けるチタン基材の第1の側面と、他方の平行平板構造体
におけるチタン基材の第1の側面とは直交するように配
置されたことを特徴とするPZT薄膜バイモルフ構造を
備えた振動ジャイロをその要旨としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 1 is directed to a method in which a first side surface of a titanium base material and a first side surface are located at 180 degrees opposite to each other. Second
A first parallel plate structure in which a pair of PZT thin film bimorph structures each having a PZT thin film formed thereon and electrodes provided on the PZT thin film are connected to each other in parallel via a spacer; A first parallel plate structure having the same configuration as the first parallel plate structure;
And the second parallel plate structure are integrally connected in series, the first side surface of the titanium base material in one parallel plate structure, and the titanium side in the other parallel plate structure. A gyroscope having a PZT thin-film bimorph structure, which is arranged so as to be orthogonal to the first side surface of the base material, has a gist thereof.

【0016】請求項2の発明は、請求項1に記載の振動
ジャイロを連結部の両端にそれぞれ立設された音叉型振
動ジャイロをその要旨としている。請求項3の発明は、
水熱法により、チタン基材の第1の側面と、第1の側面
とは180度反対側に位置する第2の側面とにPZT薄
膜を形成する工程と、前記PZT薄膜上に対して、それ
ぞれ電極を形成する工程と、互いに隣接した電極間を切
断して複数のPZT薄膜バイモルフ構造体を得る工程
と、スペーサを介して一対のPZT薄膜バイモルフ構造
体を平行平板状に配置して連結固定し、平行平板構造体
を得る工程と、一対の前記平行平板構造体を直列に連結
し、一方の平行平板構造体におけるチタン基材の第1の
側面と、他方の平行平板構造体におけるチタン基材の第
1の側面とは直交するように配置して一体化する工程と
を含む振動ジャイロの製造方法をその要旨としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a tuning fork type vibrating gyroscope in which the vibrating gyroscope according to the first aspect is provided on both ends of a connecting portion. The invention of claim 3 is
A step of forming a PZT thin film on a first side surface of the titanium base material and a second side surface located 180 degrees opposite to the first side surface by a hydrothermal method; A step of forming electrodes, a step of cutting between adjacent electrodes to obtain a plurality of PZT thin film bimorph structures, and a pair of PZT thin film bimorph structures arranged in a parallel plate shape via spacers and connected and fixed. Obtaining a parallel plate structure, connecting the pair of parallel plate structures in series, and forming a first side surface of a titanium base material in one parallel plate structure and a titanium substrate in the other parallel plate structure. The gist of the present invention is a method of manufacturing a vibrating gyroscope including the steps of arranging and integrating the material so as to be orthogonal to the first side surface of the material.

【0017】請求項4の発明は、請求項3において、前
記水熱法は、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱
化剤とともに攪拌し、加圧及び加熱して、チタン基材の
第1及び第2の側面上に種子結晶を得る工程と、前記種
子結晶を得た基材に対して、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジ
ルコニウム、四塩化チタンの溶液を鉱化剤とともに攪拌
し、加熱及び加圧して、チタン基材の第1及び第2の側
面のそれぞれに対してPZTの結晶成長を行い、チタン
基材の第1及び第2の側面上にPZT薄膜を形成する工
程とを含むことその要旨としている。 (作用)請求項1に記載の発明によると、振動ジャイロ
は、第1及び第2の平行平板構造体を備えているため、
剛性が高まり、捩じれに強くなる。又、第1及び第2の
平行平板構造体は、スペーサを介して一対のPZT薄膜
バイモルフ構造体を備えている結果、スペーサによっ
て、振動ジャイロの質量を重くすることができ、検出感
度の向上が可能となる。又、PZT薄膜バイモルフ構造
体は、水熱法によって得ることができるため、容易に多
数のバイモルフ構造を得ることができ、かつ小型のバイ
モルフ構造体にすることができ、この結果、振動ジャイ
ロが小型化される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, in the hydrothermal method, a lead nitrate solution and zirconium oxychloride are stirred together with a mineralizer, pressurized and heated to form a first and a second titanium substrate. A step of obtaining seed crystals on the second side surface, and stirring a lead nitrate solution, a zirconium oxychloride, and a titanium tetrachloride solution with a mineralizer, heating and pressurizing the base material from which the seed crystals are obtained. Performing a PZT crystal growth on each of the first and second side surfaces of the titanium base material to form a PZT thin film on the first and second side surfaces of the titanium base material. And (Operation) According to the first aspect of the present invention, since the vibrating gyroscope includes the first and second parallel plate structures,
Rigidity is increased and resistance to twisting is increased. Further, since the first and second parallel plate structures have a pair of PZT thin film bimorph structures via the spacer, the mass of the vibrating gyroscope can be increased by the spacer, and the detection sensitivity can be improved. It becomes possible. In addition, since the PZT thin film bimorph structure can be obtained by a hydrothermal method, a large number of bimorph structures can be easily obtained, and a small bimorph structure can be obtained. Be transformed into

【0018】請求項2に記載の発明によると、音叉型振
動ジャイロは、第1及び第2の平行平板構造体を備えて
いるため、剛性が高まり、捩じれに強くなる。又、第1
及び第2の平行平板構造体は、スペーサを介して一対の
PZT薄膜バイモルフ構造体を備えている結果、スペー
サによって、振動ジャイロの質量を重くすることがで
き、検出感度の向上が可能となる。又、PZT薄膜バイ
モルフ構造体は、水熱法によって得ることができるた
め、容易に多数のバイモルフ構造を得ることができ、か
つ小型のバイモルフ構造体にすることができ、この結
果、音叉型振動ジャイロが小型化される。
According to the second aspect of the present invention, since the tuning fork type vibrating gyroscope includes the first and second parallel plate structures, the rigidity is increased and the torsion resistance is improved. Also, the first
The second parallel plate structure has a pair of PZT thin film bimorph structures with a spacer interposed therebetween. As a result, the weight of the vibrating gyroscope can be increased by the spacer, and the detection sensitivity can be improved. Further, since the PZT thin film bimorph structure can be obtained by a hydrothermal method, a large number of bimorph structures can be easily obtained and a small bimorph structure can be obtained. As a result, a tuning fork type vibration gyro can be obtained. Is reduced in size.

【0019】請求項3に記載の発明によると、水熱法に
より、チタン基材の第1及び第2の側面にPZT薄膜が
形成され、その後、前記PZT薄膜に対して、それぞれ
電極が形成されることにより、PZT薄膜バイモルフ構
造体となる。ここで、水熱法とは、加熱・加圧下の水溶
液から結晶を析出、成長させる方法をいう。又、加圧と
は、積極的に圧力を加える場合の他、圧力容器内におい
て、加熱により蒸気圧の圧力上昇を含む趣旨である。な
お、水熱法は、一般的には水熱合成法ともいうが、この
明細書では、水熱法という。
According to the third aspect of the present invention, a PZT thin film is formed on the first and second side surfaces of the titanium substrate by a hydrothermal method, and thereafter, electrodes are formed on the PZT thin film, respectively. This results in a PZT thin film bimorph structure. Here, the hydrothermal method refers to a method of depositing and growing crystals from an aqueous solution under heating and pressure. The term “pressurization” is intended to include not only a case where pressure is positively applied but also an increase in vapor pressure due to heating in a pressure vessel. The hydrothermal method is generally referred to as a hydrothermal synthesis method, but in this specification, is referred to as a hydrothermal method.

【0020】そして、互いに隣接した電極間が切断され
ると、複数のPZT薄膜バイモルフ構造体が得られる。
次に、スペーサを介して一対のPZT薄膜バイモルフ構
造体を平行平板状に配置して連結固定すると、平行平板
構造体が得られる。さらに、一対の前記平行平板構造体
を直列に連結して一体化すると、振動ジャイロが得られ
る。
When the adjacent electrodes are cut off, a plurality of PZT thin film bimorph structures are obtained.
Next, when a pair of PZT thin film bimorph structures are arranged in a parallel plate shape and connected and fixed via a spacer, a parallel plate structure is obtained. Further, when the pair of parallel plate structures are connected in series and integrated, a vibrating gyroscope is obtained.

【0021】請求項4に記載の発明によると、硝酸鉛溶
液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱化剤とともに攪拌し、
加圧及び加熱して、チタン基材の第1及び第2の側面上
に種子結晶を得る。その後、前記種子結晶を得た基材に
対して、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化
チタンの溶液を鉱化剤とともに攪拌し、加熱及び加圧し
て、チタン基材の第1及び第2の側面のそれぞれに対し
てPZTの結晶成長を行うと、チタン基材の第1及び第
2の側面にPZT薄膜を得る。
According to the invention of claim 4, the lead nitrate solution and the zirconium oxychloride are stirred together with the mineralizer,
Pressurizing and heating to obtain seed crystals on the first and second sides of the titanium substrate. Thereafter, a lead nitrate solution, a zirconium oxychloride, and a titanium tetrachloride solution were stirred with a mineralizer, heated and pressed against the base material from which the seed crystal was obtained, and heated and pressed to obtain the first and second titanium base materials. When PZT crystal growth is performed on each of the side surfaces, a PZT thin film is obtained on the first and second side surfaces of the titanium base material.

【0022】[0022]

【実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1乃至図1
0を参照して説明する。図1は振動ジャイロの斜視図を
示し、図2は、同振動ジャイロの要部断面図を示してい
る。なお、上記図面を含む各図面に図示されている各部
材の厚みは、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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
0 will be described. FIG. 1 is a perspective view of the vibrating gyroscope, and FIG. 2 is a sectional view of a main part of the vibrating gyroscope. In addition, the thickness of each member illustrated in each drawing including the above-described drawing is appropriately enlarged and illustrated from the actual one for convenience of explanation.

【0023】図1に示すように振動ジャイロ1は、一対
の平行平板構造体2,3を上下に直列にして連結されて
いる。平行平板構造体2,3は同一構成であるため、下
部に位置する平行平板構造体2を図2を参照して説明
し、上部に位置する平行平板構造体3を構成する各部材
は、平行平板構造体2の部材の符号と同一符号を付して
その説明を省略する。前記平行平板構造体2,3は、本
発明の第1及び第2の平行平板構造体に相当する。
As shown in FIG. 1, the vibrating gyroscope 1 has a pair of parallel flat plate structures 2, 3 connected in series vertically. Since the parallel plate structures 2 and 3 have the same configuration, the parallel plate structure 2 located at the lower portion will be described with reference to FIG. 2, and the members constituting the parallel plate structure 3 located at the upper portion will be parallel. The same reference numerals as those of the members of the flat plate structure 2 are assigned the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The parallel plate structures 2 and 3 correspond to the first and second parallel plate structures of the present invention.

【0024】同図に示すように、平行平板構造体2は、
一対のバイモルフ構造体からなる平板状の圧電素子4を
互いに相対させ、その上下両端に対して角柱状の絶縁ス
ペーサ5をそれぞれ挟んで互い接着剤にて固着した構成
とされている。なお、絶縁スペーサ5としたのは、圧電
素子4間の短絡防止のためである。
As shown in FIG. 1, the parallel plate structure 2 is
The plate-shaped piezoelectric elements 4 composed of a pair of bimorph structures are made to face each other, and are fixed to each other with an adhesive with a prismatic insulating spacer 5 interposed between upper and lower ends thereof. The insulating spacers 5 are used to prevent a short circuit between the piezoelectric elements 4.

【0025】バイモルフ構造体からなる圧電素子4は、
厚みが均等に形成された平板状をなすチタンからなる基
材(チタン基材)6の両側面に対して厚さ数十μmのP
ZT薄膜7が形成され、その両側面のPZT薄膜7上に
はアルミニウムからなる厚さ数μmの電極膜8が形成さ
れている。基材6の厚みは20μmとされている。前記
基材6の両側面は本発明における第1の側面、及び第1
の側面とは180度反対側に位置する第2の側面に相当
する。又、電極膜8は本発明の電極に相当する。
The piezoelectric element 4 composed of a bimorph structure is
A P having a thickness of several tens of μm with respect to both side surfaces of a base material (titanium base material) 6 made of titanium in a flat plate shape having a uniform thickness.
A ZT thin film 7 is formed, and an electrode film 8 made of aluminum and having a thickness of several μm is formed on the PZT thin film 7 on both side surfaces thereof. The thickness of the substrate 6 is set to 20 μm. Both sides of the substrate 6 are the first side in the present invention and the first side.
Corresponds to the second side face located 180 degrees opposite to the side face. Further, the electrode film 8 corresponds to the electrode of the present invention.

【0026】そして、平行平板構造体2,3は、その電
極膜8が形成された面が互いに直交するように配置さ
れ、その上端面、及び下端面が接着剤にて接着固定され
ている。すなわち、平行平板構造体2の基材6の側面
と、平行平板構造体3の基材6の側面とが互いに直交す
るように配置されている。
The parallel plate structures 2 and 3 are arranged so that the surfaces on which the electrode films 8 are formed are orthogonal to each other, and the upper end surface and the lower end surface are bonded and fixed with an adhesive. That is, the side surface of the base material 6 of the parallel plate structure 2 and the side surface of the base material 6 of the parallel plate structure 3 are arranged to be orthogonal to each other.

【0027】図2には、上記のように構成されたPZT
薄膜バイモルフ形の平行平板構造体2を振動子として使
用する場合の電気回路を示している。なお、このときの
PZT薄膜7の分極方向はAとする。同一の電圧を印加
する交流電源B1,B2,及びB3,B4がそれぞれ直
列に接続されている。そして、交流電源B1,B3の一
方の端子を、図2において各圧電素子4の左側の側面の
電極膜8に、他方の端子を基材6にそれぞれ接続し、交
流電源B2,B4の一方の端子を右側の側面の電極膜8
に、他方の端子を基材6に接続している。これは、基材
6の両側面に形成されるPZT薄膜7のそれぞれに均一
に電界を印加するためであり、PZT薄膜7の膜厚が均
一であれば、交流電源B1,B2、及びB3,B4の中
間接続点を基材6に接続する必要はなく、1つの交流電
源のみでよい。ただし、同じ変位を得るには2倍の電圧
が必要となる。
FIG. 2 shows a PZT constructed as described above.
1 shows an electric circuit when a thin-film bimorph parallel plate structure 2 is used as a vibrator. Note that the polarization direction of the PZT thin film 7 at this time is A. AC power supplies B1, B2 and B3, B4 for applying the same voltage are connected in series, respectively. Then, one of the terminals of the AC power supplies B1 and B3 is connected to the electrode film 8 on the left side surface of each piezoelectric element 4 in FIG. Connect the terminal to the right side electrode film 8
Then, the other terminal is connected to the base material 6. This is to apply an electric field uniformly to each of the PZT thin films 7 formed on both side surfaces of the base material 6. If the PZT thin film 7 has a uniform thickness, the AC power supplies B1, B2, and B3 It is not necessary to connect the intermediate connection point of B4 to the substrate 6, and only one AC power supply is required. However, double voltage is required to obtain the same displacement.

【0028】そして、交流電源B1,B3がともに、左
側の側面の電極膜8に対してプラス電位を印加すると
き、交流電源B2,B4は、右側の側面の電極面8に対
して前記プラス電位と絶対値が同じであるマイナス電位
を印加するようにし、同期して交番電圧を印加するよう
にされている。
When the AC power supplies B1 and B3 both apply a positive potential to the electrode film 8 on the left side, the AC power supplies B2 and B4 apply the positive potential to the electrode face 8 on the right side. And a negative potential having the same absolute value is applied, and the alternating voltage is applied in synchronization.

【0029】そして、上記のように構成された振動ジャ
イロ1は平行平板構造体2の下端が図示しない台等に固
定された状態で、図2に示すように、平行平板構造体2
において一対の圧電素子4の同一方向側に位置する側面
に対し電極膜8を介して交流電源B1乃至B4にて交番
電圧を印加する。すると、プラス電位側に印加された方
のPZT薄膜7は圧縮され、マイナス電位に印加された
側のPZT薄膜7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、圧電素子4のPZT薄膜7
は、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返され、この結果、
平行平板構造体2は、X、反X方向に駆動され、上部に
位置する平行平板構造体3は同方向に振動する。
Then, the vibrating gyroscope 1 having the above-mentioned structure is arranged with the lower end of the parallel plate structure 2 fixed to a stand (not shown) or the like, as shown in FIG.
, An alternating voltage is applied to side surfaces of the pair of piezoelectric elements 4 located in the same direction by the AC power supplies B1 to B4 via the electrode film 8. Then, the PZT thin film 7 applied to the positive potential side is compressed, and the PZT thin film 7 applied to the negative potential side is stretched. The PZT thin film 7 of the piezoelectric element 4 is changed by the change in polarity due to the alternating voltage.
Is alternately compressed and stretched,
The parallel plate structure 2 is driven in the X and anti-X directions, and the upper parallel plate structure 3 vibrates in the same direction.

【0030】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、平行平板構造体3
において一方の側面側のPZT薄膜7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。
Then, in this vibration state, the vibration gyro 1
When a rotation about the Z axis is applied to the
In the PZT thin film 7 on one side, compression (strain)
Then, the other side surface (a side surface 180 degrees opposite to the one side surface) is stretched (distorted). As a result, it is possible to detect the Coriolis force acting on the vibrating gyroscope 1 by detecting the voltage generated at that time.

【0031】そして、平行平板構造体3の圧電素子4
は、バイモルフ構造となっているためこの実施形態では
ユニモルフのものと比較して、2倍の電圧を得ることが
できる。
The piezoelectric element 4 of the parallel plate structure 3
Has a bimorph structure, so that a voltage twice as high as that of a unimorph can be obtained in this embodiment.

【0032】次に、上記振動ジャイロ1の製造方法を図
3乃至図10を参照して説明する。図3は、基材6Aを
示している。チタンからなる基材6Aは、厚みが均等に
形成された平板状をなしており、前記基材6の複数個分
の面積を有している。まず、この基材6Aを酸等で、ク
リーニングし、予め、一端側(図1において、基端とな
る側)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Mを形成し、次に水熱法で、PZT薄膜7を両面
に形成する。
Next, a method of manufacturing the vibrating gyroscope 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the base material 6A. The base material 6A made of titanium has a flat plate shape with a uniform thickness, and has an area corresponding to a plurality of the base materials 6. First, the base material 6A is cleaned with an acid or the like, and one end side (the base end side in FIG. 1) is made of a synthetic resin or a material other than titanium by a physical film forming method such as sputtering or vacuum deposition. To form a mask M, and then a PZT thin film 7 is formed on both sides by a hydrothermal method.

【0033】この水熱法は2つの段階からなっている。 (第1段階)基材6A、原材料としてのオキシ塩化ジル
コニウム(ZrOC2 ・8H2 O)と硝酸塩(Pb(N
3 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7の圧電性は、PZT薄膜7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7の圧電性に応じてオキシ塩化ジル
コニウムと硝酸塩とのモル比を決めればよい。
This hydrothermal method consists of two stages. (Stage 1) a base 6A, zirconium oxychloride as a raw material (ZrOC 2 · 8H 2 O) and nitrate (Pb (N
An aqueous solution of O 3 ) 2 ) and a KOH (8N) solution are charged into a Teflon bottle (not shown) and stirred. In addition, PZT
The piezoelectricity of the thin film 7 depends on the lead titanate in the PZT thin film 7,
Since it is determined by the composition ratio of lead zirconate, the molar ratio of zirconium oxychloride to nitrate may be determined according to the piezoelectricity of the PZT thin film 7 to be formed later.

【0034】次に、図示しない圧力容器内において、基
材6Aを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム(Zr
OC2 ・8H2 O)、硝酸塩(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、30
0rpmで行う。
Next, in a pressure vessel (not shown), the base material 6A is disposed above, and zirconium oxychloride (Zr
OC 2 · 8H 2 O), an aqueous solution of nitrate (Pb (NO 3) 2) , and while stirring KOH (8N) solution, heating and
Apply pressure. The pressurization here is pressurization by the vapor pressure of the heated solution. Temperature condition is 150 ° C
This state is continued for 48 hours. In addition, stirring was performed for 30 minutes.
Perform at 0 rpm.

【0035】この結果、過飽和状態で、基材6Aの平板
状の両側面にPZTの種子結晶(核)が形成される。上
記時間の経過後、基材6Aを圧力容器から取り出し、水
洗・乾燥する。
As a result, in the supersaturated state, seed crystals (nuclei) of PZT are formed on both flat sides of the base material 6A. After the elapse of the above time, the base material 6A is taken out of the pressure vessel, washed with water and dried.

【0036】(第2段階)次に、種子結晶が核付けされ
た基材6A、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム
(ZrOC2 ・8H2 O)と硝酸塩(Pb(N
3 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7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硝酸塩とのモル比を決めれば
よい。
[0036] (second step) Next, the seed crystal is nucleation substrate 6A, zirconium oxychloride as a raw material (ZrOC 2 · 8H two O) and nitrate (Pb (N
An aqueous solution of O 3 ) 2 ), a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and KOH (4N) solution are charged into a Teflon bottle (not shown) and stirred. The PZT thin film 7 has a piezoelectricity of PZT
The molar ratio between zirconium oxychloride and nitrate may be determined according to the piezoelectricity of PZT to be formed later, since it is determined by the composition ratio of lead titanate and lead zirconate.

【0037】次に、図示しない圧力容器内において、基
材6Aを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム(Zr
OC2 ・8H2 O)、硝酸塩(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。
Next, in a pressure vessel (not shown), the base material 6A is disposed above and zirconium oxychloride (Zr
OC 2 · 8H 2 O), an aqueous solution of nitrate (Pb (NO 3) 2) , titanium tetrachloride (TiCl 4) and KOH (4N)
Heat and pressurize while stirring the solution. The pressurization here is pressurization by the vapor pressure of the heated solution. The temperature condition is 120 ° C., and this state is maintained for 48 hours. The stirring is performed at 300 rpm.

【0038】この結果、過飽和状態で、基材6Aの平板
状の両側面にPZT薄膜7が所定厚み(この実施形態で
は数十μm)で形成される(図4参照)。上記時間の経
過後、基材6Aを圧力容器から取り出し、水洗・乾燥す
る。この後、マスクMを除去する。
As a result, in the supersaturated state, the PZT thin film 7 is formed with a predetermined thickness (several tens of μm in this embodiment) on both flat side surfaces of the base material 6A (see FIG. 4). After the elapse of the above time, the base material 6A is taken out of the pressure vessel, washed with water and dried. After that, the mask M is removed.

【0039】次に、図5に示すように、PZT薄膜7を
含む、基材6Aの両側面に電極膜8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する。そして、基
材6Aに対して複数個分(この実施形態では3個分)の
圧電素子4が取れるようにその表裏両面をそれぞれパタ
ーニングし、不必要な電極膜8の部分を除去する(図6
及び図7参照)。なお、パターニングした後の電極膜8
は、反対側側面の電極膜8と相対し、同一面積を有して
いる。
Next, as shown in FIG. 5, electrode films 8 are formed on both sides of the base material 6A including the PZT thin film 7 by a physical film forming method such as sputtering or vacuum evaporation. Then, both front and back surfaces of the substrate 6A are patterned so that a plurality of (three in this embodiment) piezoelectric elements 4 can be removed, and unnecessary portions of the electrode film 8 are removed (FIG. 6).
And FIG. 7). The electrode film 8 after patterning
Has the same area as the electrode film 8 on the opposite side surface.

【0040】続いて、図8に示すようにPZT薄膜7、
電極膜8を備えた一対の基材6Aを互いに相対させ、そ
の両端間において、合成樹脂からなる角柱状の絶縁スペ
ーサ5を介して互いに固着し、平行平板構造体2A(3
A)とする。この平行平板構造体2A(3A)は、単一
の平行平板構造体が互いに連結された構成となってい
る。なお、絶縁スペーサ5は、硬化時に剛性の高い接着
剤にて基材6Aを固着する(図9参照)。
Subsequently, as shown in FIG.
A pair of substrates 6A provided with the electrode films 8 are opposed to each other, and are fixed to each other via a prismatic insulating spacer 5 made of a synthetic resin between both ends thereof to form a parallel plate structure 2A (3
A). The parallel plate structure 2A (3A) has a configuration in which a single parallel plate structure is connected to each other. The insulating spacer 5 fixes the base material 6A with a highly rigid adhesive at the time of curing (see FIG. 9).

【0041】次に、図9の平行平板構造体2A(3A)
を電極薄膜8間に設けた点線箇所Lにて切断し、単一の
平行平板構造体2(3)に分離する(図10参照)。な
お、この切断は、放電加工、或いはレーザカットにて行
う。
Next, the parallel plate structure 2A (3A) shown in FIG.
Is cut at a dotted line portion L provided between the electrode thin films 8 and separated into a single parallel plate structure 2 (3) (see FIG. 10). This cutting is performed by electric discharge machining or laser cutting.

【0042】そして、上記のように分離された平行平板
構造体2(3)をその電極膜8が形成された面が互いに
直交するように配置し、その上端面、及び下端面が接着
剤にて接着固定する(図1参照)。
Then, the parallel plate structures 2 (3) separated as described above are arranged so that the surfaces on which the electrode films 8 are formed are orthogonal to each other, and the upper end surface and the lower end surface are bonded to an adhesive. (See FIG. 1).

【0043】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、基材6の両側面に形成された
PZT薄膜7は、数十μmとして薄く形成しているた
め、PZT薄膜バイモルフ構造体としての圧電素子4
を、小型化することができる。その結果、振動ジャイロ
1として小型化できる。
According to the present embodiment, the following operation and effect can be obtained. (1) In this embodiment, since the PZT thin film 7 formed on both side surfaces of the base material 6 is formed as thin as several tens of μm, the piezoelectric element 4 as a PZT thin film bimorph structure is formed.
Can be reduced in size. As a result, the size of the vibrating gyroscope 1 can be reduced.

【0044】(2) 本実施形態では、一対のバイモル
フ構造体からなる圧電素子4を互いに相対させ、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構造体2は、正
確に振動することができ、検出用の平行平板構造体3
は、正確に変位できるため、ノイズに強いものとなる。
(2) In the present embodiment, the piezoelectric elements 4 composed of a pair of bimorph structures are made to face each other to form a parallel plate structure, so that the piezoelectric elements 4 can be resistant to torsion. Accordingly, the vibration driving parallel plate structure 2 can accurately vibrate, and the detection parallel plate structure 3
Can be accurately displaced, so that it is strong against noise.

【0045】図14(a)は、単一のバイモルフ構造体
10が振動する場合を示し、図14(b)は、同じく単
一のバイモルフ構造体10が振動しているときであっ
て、上方から見た場合における、バイモルフ構造体10
の上端の変位位置を示している。図14(b)の中央位
置P1は変位前の位置、P2は、中央位置P1から一方
に変位した場合の位置、P3は中央位置P1から、P2
とは反対側の他方の位置に変位した場合の位置を示して
いる。この場合、単一のバイモルフ構造体10は平板状
に形成されているため、振動方向以外の力が加わると、
図14(b)のP2,P3に示すように捩じられてしま
う問題がある。なお、図14(b)において、二点鎖線
は、捩じれが加わらなかった場合のバイモルフ構造体1
0の変位位置である。
FIG. 14 (a) shows a case where a single bimorph structure 10 vibrates, and FIG. 14 (b) shows a case where a single bimorph structure 10 vibrates. Structure 10 as viewed from the side
Shows the displacement position of the upper end of the. In FIG. 14B, the center position P1 is a position before the displacement, P2 is a position when the center position P1 is displaced to one side, and P3 is a position from the center position P1 and P2.
The figure shows a position when it is displaced to the other position on the opposite side. In this case, since the single bimorph structure 10 is formed in a flat plate shape, when a force other than the vibration direction is applied,
There is a problem of being twisted as shown by P2 and P3 in FIG. In FIG. 14B, the two-dot chain line indicates the bimorph structure 1 when no twist is applied.
This is a displacement position of 0.

【0046】図15(a)は、本実施形態の平行平板構
造体2(3)が振動する場合を示し、図15(b)は、
同じく平行平板構造体2(3)が振動しているときであ
って、上方から見た場合における平行平板構造体2
(3)の上端の変位位置を示している。 図15(b)
の中央位置P1は変位前の位置、P2は、中央位置P1
から一方に変位した場合の位置、P3は中央位置P1か
ら、P2とは反対側の他方の位置に変位した場合の位置
を示している。この場合、平行平板構造体2(3)は、
振動方向以外の力が加わっても、剛性があるため、捩じ
れに強く、図15(b)のP2,P3に示すように捩じ
られてしまうことはない。
FIG. 15A shows a case where the parallel plate structure 2 (3) of the present embodiment vibrates, and FIG.
Similarly, when the parallel plate structure 2 (3) is vibrating and viewed from above, the parallel plate structure 2
The displacement position of the upper end of (3) is shown. FIG. 15 (b)
Is the center position P1 before displacement, and P2 is the center position P1.
, P3 indicates a position when displaced from the center position P1 to the other position opposite to P2. In this case, the parallel plate structure 2 (3)
Even if a force other than the vibration direction is applied, since it has rigidity, it is resistant to torsion and will not be twisted as shown by P2 and P3 in FIG.

【0047】、なお、図14及び図15はともに、説明
の便宜上、電極膜、PZT薄膜は省略して図示してい
る。 (3) 本実施形態では、水熱法により、複数個分の基
材6の面積を有する基材6Aの両側面にPZT薄膜7を
形成し、その後、基材6Aの両側面に対して、電極膜8
を形成した。この結果、一度に複数個の基材6に対して
PZT薄膜7及び電極膜8を形成できるため、従来と異
なり、一度に多くのバイモルフ構造体を形成することが
できる。その結果、PZT薄膜バイモルフ構造を備えた
振動ジャイロを容易に製造することができる。
In FIGS. 14 and 15, the electrode film and the PZT thin film are omitted for convenience of explanation. (3) In the present embodiment, PZT thin films 7 are formed on both sides of a base material 6A having an area of a plurality of base materials 6 by a hydrothermal method. Electrode film 8
Was formed. As a result, since the PZT thin film 7 and the electrode film 8 can be formed on a plurality of base materials 6 at one time, a large number of bimorph structures can be formed at once, unlike the related art. As a result, a vibrating gyroscope having a PZT thin film bimorph structure can be easily manufactured.

【0048】(4) 本実施形態では、水熱法により、
基材6Aの両側面にPZT薄膜7を形成し、その後、前
記PZT薄膜7を形成した基材6Aの両側面に対して、
それぞれ複数の電極膜8を形成し、互いに隣接した電極
8膜間を切断すると、複数のPZT薄膜バイモルフ構造
体を得ることができる。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構造体2、
検出用の平行平板構造体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。
(4) In the present embodiment, the hydrothermal method
PZT thin film 7 is formed on both sides of base material 6A, and then, on both sides of base material 6A on which PZT thin film 7 is formed,
A plurality of PZT thin film bimorph structures can be obtained by forming a plurality of electrode films 8 and cutting between adjacent electrode 8 films. As a result, the vibration driving parallel plate structure 2 obtained in the same step (step by the hydrothermal method)
The vibrating gyroscope 1 configured in combination with the parallel plate structure 3 for detection has a constant quality such as detection sensitivity, that is,
It can be homogeneous.

【0049】(5) 本実施形態の振動ジャイロ1はバ
イモルフ構造体を備えているため、モノモルフに比較し
て同じ変位であれば、2倍の電圧を得ることができ、検
出感度を上げることができる。
(5) Since the vibrating gyroscope 1 of the present embodiment has the bimorph structure, if the displacement is the same as that of the monomorph, twice the voltage can be obtained, and the detection sensitivity can be increased. it can.

【0050】(6) 振動駆動用の平行平板構造体2
は、絶縁スペーサ5を上記(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、基材6の質量に関
係なく、絶縁スペーサ5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。
(6) Parallel plate structure 2 for vibration drive
Sets the insulating spacer 5 to the Coriolis force Fc of the above equation (1).
Can be used as the mass m. Therefore, irrespective of the mass of the base material 6, it is possible to adjust m of the vibrating gyroscope 1 by appropriately changing the mass of the insulating spacer 5. Thereby, the detection sensitivity of the vibrating gyroscope 1 can be increased.

【0051】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、絶縁スペーサ5としたが、
圧電素子4間において、短絡の虞がないように形成した
場合には、金属製スペーサのように非絶縁性のスペーサ
にて構成してもよい。この場合、圧電素子4に対する固
着は溶接等により行う。
The embodiment of the present invention can be modified as follows in addition to the above embodiment. (1) In the above embodiment, the insulating spacer 5 is used.
When formed between the piezoelectric elements 4 so as not to cause a short circuit, a non-insulating spacer such as a metal spacer may be used. In this case, the attachment to the piezoelectric element 4 is performed by welding or the like.

【0052】(2) 前記実施形態では、電極膜8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、他の金属にて形成してもよい。 (3) 前記実施形態では、電極膜8、PZT薄膜7、
基材6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。
(2) In the above embodiment, the electrode film 8 is formed of aluminum. However, the electrode film 8 may be formed of Au (gold), or may be formed of another metal. (3) In the above embodiment, the electrode film 8, the PZT thin film 7,
The thickness of the substrate 6 is set to a predetermined value, but is not limited to the above value, and may be a value other than the above as needed.

【0053】(4) 前記実施形態では、水熱法で、3
個のバイモルフ構造体が1度に得られるように説明した
が、この個数には限定されるものではなく、2個、或い
は4個以上のものを一度に形成するようにしてもよい。
なお、勿論1個のバイモルフ構造体を製造することも可
能である。
(4) In the above embodiment, 3
Although it has been described that two bimorph structures are obtained at one time, the number is not limited, and two, four or more bimorph structures may be formed at one time.
Of course, it is also possible to manufacture one bimorph structure.

【0054】(5) 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、図11に示すようにも音叉
型の振動ジャイロ11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12の両端に立設固定するだけで、音叉型の振
動ジャイロ11が形成できる。この場合、図11に示す
ように一対のの振動ジャイロ1は互いに同方向に向くよ
うに配置する。
(5) In the above-described embodiment, the present invention is embodied in the vibrating gyroscope 1 of the reed type, but may be embodied in the vibrating gyroscope 11 of the tuning fork type as shown in FIG. in this case,
The tuning fork-type vibrating gyroscope 11 can be formed only by standing and fixing the pair of vibrating gyroscopes 1 in the above embodiment at both ends of a connecting plate 12 as a connecting portion. In this case, as shown in FIG. 11, the pair of vibrating gyroscopes 1 are arranged so as to face each other in the same direction.

【0055】音叉型の振動ジャイロ11では、Z軸の回
りで加速度が加わった場合、連結板12の両端に配置し
た両振動ジャイロ1からの検出電圧値を加算すると、加
速度に関わる分は、互いに相殺することができ、加速度
分を除去できる。なお、Z軸は、連結板12の中心を直
交するように通過する軸のことである。
In the tuning fork-type vibrating gyroscope 11, when acceleration is applied around the Z-axis, when the detected voltage values from both vibrating gyroscopes 1 disposed at both ends of the connecting plate 12 are added, the components related to the acceleration are mutually different. The offset can be eliminated, and the acceleration can be removed. The Z axis is an axis that passes through the center of the connecting plate 12 so as to be orthogonal.

【0056】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3又は請求項4において、PZT薄膜を
形成する工程の前に、予めチタン基材の所定部分には、
マスクを施したPZT薄膜バイモルフ構造体の製造方
法。こうすることにより、マスクされた部分には、PZ
T薄膜を形成できないようにすることができる。
Here, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the above-described embodiments are listed below together with their effects. (1) In claim 3 or claim 4, before the step of forming the PZT thin film, a predetermined portion of the titanium base material is
A method for manufacturing a masked PZT thin film bimorph structure. By doing so, the masked portion has PZ
T film can not be formed.

【0057】[0057]

【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、容易に多数のバイモルフ構造を得ることがで
き、かつ小型のバイモルフ構造体にすることができる。
又、均質な検出感度を備え、かつ、捩じれに強いPZT
薄膜バイモルフ構造を備えた振動ジャイロにすることが
できる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, a large number of bimorph structures can be easily obtained, and a small bimorph structure can be obtained.
PZT with uniform detection sensitivity and strong torsion
A vibrating gyroscope having a thin film bimorph structure can be provided.

【0058】請求項2の発明によれば、容易に多数のバ
イモルフ構造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ
構造体にすることができる。又、均質な検出感度を備
え、かつ、捩じれに強いPZT薄膜バイモルフ構造を備
えた音叉型振動ジャイロにすることができる。
According to the second aspect of the present invention, a large number of bimorph structures can be easily obtained, and a small bimorph structure can be obtained. Further, it is possible to provide a tuning fork type vibration gyro having a uniform detection sensitivity and a PZT thin film bimorph structure resistant to twisting.

【0059】請求項3乃至請求項4の発明によれば、一
度に多数のかつ 均質な検出感度等を備えたPZT薄膜
バイモルフ構造を備えた振動ジャイロを得ることができ
る。
According to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to obtain a vibrating gyroscope having a PZT thin film bimorph structure having a large number of homogeneous detection sensitivities at once.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】振動ジャイロの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a vibrating gyroscope.

【図2】振動ジャイロの要部である平行平板構造体の断
面図。
FIG. 2 is a sectional view of a parallel plate structure which is a main part of the vibrating gyroscope.

【図3】基材の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a substrate.

【図4】PZT薄膜にて被覆した状態の基材の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate covered with a PZT thin film.

【図5】電極膜を形成した基材の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a substrate on which an electrode film is formed.

【図6】電極膜をパターンニングして形成された圧電素
子の断面図。
FIG. 6 is a sectional view of a piezoelectric element formed by patterning an electrode film.

【図7】同じく圧電素子の斜視図。FIG. 7 is a perspective view of the same piezoelectric element.

【図8】平行平板構造体の組付け方法を示す分解斜視
図。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a method of assembling the parallel plate structure.

【図9】平行平板構造体を組付けた状態の斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a state where the parallel plate structure is assembled.

【図10】PZT薄膜バイモルフ形の平行平板構造体の
斜視図。
FIG. 10 is a perspective view of a PZT thin film bimorph-shaped parallel plate structure.

【図11】音叉型振動ジャイロの斜視図。FIG. 11 is a perspective view of a tuning fork type vibration gyro.

【図12】従来の振動ジャイロの斜視図。FIG. 12 is a perspective view of a conventional vibrating gyroscope.

【図13】従来の振動ジャイロの斜視図。FIG. 13 is a perspective view of a conventional vibrating gyroscope.

【図14】(a)は単一のPZT薄膜バイモルフ構造体
の作用を示す斜視図、(b)は同じく説明図。
14A is a perspective view showing the operation of a single PZT thin film bimorph structure, and FIG.

【図15】(a)は平行平板構造体の作用を示す斜視
図、(b)は同じく説明図。
15A is a perspective view showing the operation of a parallel plate structure, and FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動ジャイロ、2,3…平行平板構造体(第1及び
第2の平行平板構造体を構成する)、4…圧電素子、5
…絶縁スペーサ、6,6A…基材、7…PZT薄膜、8
…電極膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration gyroscope, 2, 3 ... Parallel plate structure (constituting 1st and 2nd parallel plate structure), 4 ... Piezoelectric element, 5
... insulating spacer, 6, 6A ... base material, 7 ... PZT thin film, 8
... electrode film.

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────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年7月17日[Submission date] July 17, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】次に、図示しない圧力容器内において、基
材6Aを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム(Zr
OC 2 ・8H2 O)、硝酸塩(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、3
00rpmで行う。
Next, in a pressure vessel (not shown), the base material 6A is disposed above, and zirconium oxychloride (Zr
OC l 2 · 8H 2 O) , an aqueous solution of nitrate (Pb (NO 3) 2) , and while stirring KOH (8N) solution, heated and pressurized. Note that the pressure here means a pressure by the vapor pressure of the heated solution. Temperature condition is 150
This condition is maintained at 48 ° C. for 48 hours. In addition, stirring is 3
Perform at 00 rpm.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0036】(第2段階)次に、種子結晶が核付けされ
た基材6A、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム
(ZrOC 2 ・8H2 O)と硝酸塩(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7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硝酸塩とのモル比を決めればよい。
[0036] (second step) Next, the seed crystal is nucleation substrate 6A, zirconium oxychloride as a raw material (ZrOC l 2 · 8H 2 O) and nitrate (Pb (NO 3)
2 ) aqueous solution of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and KOH
(4N) The solution is put into a Teflon bottle (not shown) and stirred. Since the piezoelectricity of the PZT thin film 7 is determined by the composition ratio of lead titanate and lead zirconate in PZT, the molar ratio between zirconium oxychloride and nitrate may be determined according to the piezoelectricity of PZT to be formed later.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0037[Correction target item name] 0037

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0037】次に、図示しない圧力容器内において、基
材6Aを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム(Zr
OC 2 ・8H2 O)、硝酸塩(Pb(NO3 2 )の
水溶液、四塩化チタン(TiCl4 )及びKOH(4
N)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。
Next, in a pressure vessel (not shown), the base material 6A is disposed above and zirconium oxychloride (Zr
OC l 2 · 8H 2 O) , an aqueous solution of nitrate (Pb (NO 3) 2) , titanium tetrachloride (TiCl 4) and KOH (4
N) Heat and pressurize while stirring the solution. Note that the pressure here means a pressure by the vapor pressure of the heated solution. The temperature condition is 120 ° C., and this state is maintained for 48 hours. The stirring is performed at 300 rpm.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 史人 名古屋市千種区青柳町6丁目5番地の1 メイツ千種青柳501 (72)発明者 糸魚川 貢一 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田1番地 株式会社東海理化電機製作所内 (72)発明者 岩田 仁 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田1番地 株式会社東海理化電機製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Fumito Arai 501, 6-5-5 Aoyagi-cho, Chigusa-ku, Nagoya 501 (72) Inventor Koichi Itoigawa Noda 1 Toyoda-ji, Oji-machi, Oguchi-machi, Niwa-gun, Aichi Prefecture Address: Tokai Rika Electric Machinery Co., Ltd. (72) Inventor Hitoshi Iwata 1 Toyota Noda, Toyoda, Oguchi-machi, Oguchi-machi, Niwa-gun, Aichi Prefecture

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チタン基材の第1の側面と、同第1の側
面とは180度反対側に位置する第2の側面とにPZT
薄膜が形成され、前記PZT薄膜上に電極がそれぞれ設
けられた一対のPZT薄膜バイモルフ構造体が互いにス
ペーサを介して、平行に連結された第1の平行平板構造
体と、 前記第1の平行平板構造体と同構成を備えた第2の平行
平板構造体とを備え、 前記第1の平行平板構造体と、第2の平行平板構造体と
が直列に一体に連結されるとともに、一方の平行平板構
造体におけるチタン基材の第1の側面と、他方の平行平
板構造体におけるチタン基材の第1の側面とは直交する
ように配置されたことを特徴とするPZT薄膜バイモル
フ構造を備えた振動ジャイロ。
1. A PZT on a first side surface of a titanium base material and a second side surface located 180 degrees opposite to the first side surface.
A first parallel plate structure in which a thin film is formed and a pair of PZT thin film bimorph structures each provided with an electrode on the PZT thin film are connected in parallel via a spacer to each other; A second parallel plate structure having the same configuration as the structure, wherein the first parallel plate structure and the second parallel plate structure are integrally connected in series, and A first side surface of the titanium substrate in the flat plate structure and a first side surface of the titanium substrate in the other parallel plate structure are arranged so as to be orthogonal to each other; Vibrating gyro.
【請求項2】 請求項1に記載の振動ジャイロが連結部
の両端にそれぞれ立設されたことを特徴とする音叉型振
動ジャイロ。
2. A tuning fork type vibration gyro according to claim 1, wherein the vibration gyro according to claim 1 is erected at both ends of a connecting portion.
【請求項3】 水熱法により、チタン基材の第1の側面
と、第1の側面とは180度反対側に位置する第2の側
面とにPZT薄膜を形成する工程と、 前記PZT薄膜上に対して、それぞれ電極を形成する工
程と、 互いに隣接した電極間を切断して複数のPZT薄膜バイ
モルフ構造体を得る工程と、 スペーサを介して一対のPZT薄膜バイモルフ構造体を
平行平板状に配置して連結固定し、平行平板構造体を得
る工程と、 一対の前記平行平板構造体を直列に連結し、一方の平行
平板構造体におけるチタン基材の第1の側面と、他方の
平行平板構造体におけるチタン基材の第1の側面とは直
交するように配置して一体化する工程とを含むことを特
徴とする振動ジャイロの製造方法。
3. a step of forming a PZT thin film on a first side surface of the titanium base material and a second side surface located 180 ° opposite to the first side surface by a hydrothermal method; Forming a plurality of PZT thin film bimorph structures by cutting electrodes adjacent to each other to obtain a plurality of PZT thin film bimorph structures; forming a pair of PZT thin film bimorph structures into a parallel plate through spacers; Arranging and connecting and fixing to obtain a parallel plate structure; connecting a pair of the parallel plate structures in series, a first side surface of a titanium base material in one parallel plate structure, and another parallel plate Arranging and integrating the first side surface of the titanium base material in the structure so as to be orthogonal to the first side surface thereof.
【請求項4】 前記水熱法は、 硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱化剤とともに
攪拌し、加圧及び加熱して、チタン基材の第1及び第2
の側面上に種子結晶を得る工程と、 前記種子結晶を得た基材に対して、硝酸鉛溶液、オキシ
塩化ジルコニウム、四塩化チタンの溶液を鉱化剤ととも
に攪拌し、加熱及び加圧して、チタン基材の第1及び第
2の側面のそれぞれに対してPZTの結晶成長を行い、
チタン基材の第1及び第2の側面上にPZT薄膜を形成
する工程とを含むことを特徴とする請求項3に記載の振
動ジャイロの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the lead nitrate solution and the zirconium oxychloride are stirred together with a mineralizer, pressurized and heated to form a first and second titanium substrate.
And a step of obtaining seed crystals on the side surface of the substrate, a lead nitrate solution, zirconium oxychloride, a solution of titanium tetrachloride with a mineralizer, agitating with a mineralizer, heating and pressurizing, Performing PZT crystal growth on each of the first and second side surfaces of the titanium substrate,
Forming a PZT thin film on the first and second side surfaces of the titanium base material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6378368B1 (en) * 1997-10-09 2002-04-30 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Oscillation gyro equipped with thin PZT film
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WO2007032466A1 (en) 2005-09-15 2007-03-22 Aska Pharmaceutical Co., Ltd. Heterocyclic compound, and production process and use thereof

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