JP2010060359A - Piezoelectric vibrator and angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、圧電振動子および角速度センサに関し、特に、積層される複数の圧電体基板と、圧電体基板間に形成される内部電極と、内部電極に対向するように圧電体基板の表面に形成される駆動検出用電極とを含み、たとえば、角速度センサなどに用いることができる音叉型圧電振動子や音片型圧電振動子などの圧電振動子などに関する。 The present invention relates to piezoelectric vibrators and angular velocity sensors, and in particular, a plurality of stacked piezoelectric substrates, internal electrodes formed between the piezoelectric substrates, and formed on the surface of the piezoelectric substrate so as to face the internal electrodes. For example, the present invention relates to a piezoelectric vibrator such as a tuning fork type piezoelectric vibrator or a sound piece type piezoelectric vibrator that can be used for an angular velocity sensor or the like.
図16は、この発明の背景となる従来の音叉型圧電振動子の一例を示す平面図であり、図17は、その音叉型圧電振動子の図解図である。図16および図17に示す音叉型圧電振動子1は、略長方形状の基台部2を含み、基台部2の長手方向における一端から柱状の2つの脚部3a,3bが互いに平行に延びるように形成される。音叉型圧電振動子1は、積層される2つの音叉型の圧電体基板4,5を含み、圧電体基板4,5は、同じ厚みに形成され、互いに逆の厚み方向に分極される。これらの圧電体基板4,5間には、内部電極6が形成される。そのため、内部電極6は、圧電体基板4,5の厚み方向における中央に位置される。また、一方の圧電体基板4の表面には、3つの駆動検出用電極7a,7b,7cが、幅方向に間隔を隔ててかつ内部電極6に対向するように形成される。この場合、3つの駆動検出用電極7a,7b,7cは、一方の圧電体基板4の表面側において脚部3aの幅方向の中央部に延びる溝4aと脚部3bの幅方向の中央部に延びる溝4bとによって、互いに分割される。さらに、他方の圧電体基板5の表面には、全面電極8が形成される。
FIG. 16 is a plan view showing an example of a conventional tuning fork type piezoelectric vibrator as a background of the present invention, and FIG. 17 is an illustrative view of the tuning fork type piezoelectric vibrator. The tuning fork type
上述の音叉型圧電振動子1では、中央の駆動検出用電極7bと両側の駆動検出用電極7a,7cと間に同様に駆動信号を印加すれば、脚部3a,3bは、たとえば図18に示すように、互いに開いたり閉じたりするように基本振動で振動する。脚部3a,3bが互いに開いている状態(図18に実線で示す状態)では、中央の駆動検出用電極7bを形成した部分が伸びて、両側の駆動検出用電極7a,7cを形成した部分が縮んでいる。逆に、脚部3a,3bが互いに閉じている状態では、中央の駆動検出用電極7bを形成した部分が縮んで、両側の駆動検出用電極7a,7cを形成した部分が伸びている。この基本振動のときに、2つの脚部3a,3bは、分極方向に対して同じ状態で対称的に振動するため、両側の駆動検出用電極7a,7cからは同じ信号が出力される。そのため、これらの信号の差をとれば、「0」の信号が得られる。
In the tuning fork type
そして、この基本振動の状態で、音叉型圧電振動子1にその長手方向に平行する軸を中心として回転角速度が加わると、脚部3a,3bには、基本振動の方向と直交する向きに互いに逆向きのコリオリ力が働く。そのため、2つの脚部3a,3bは、たとえば図19に示すように、互いに逆方向に変位する。図19に実線で示す変位状態においては、駆動検出用電極7aが形成された一方の脚部3aでは、一方の圧電体基板4が縮み、他方の圧電体基板5が伸び、逆に、駆動検出用電極7cが形成された他方の脚部3bでは、一方の圧電体基板4が伸び、他方の圧電体基板5が縮んでいる。図19に実線で示す変位状態とは逆の変位状態では、図示していないが、一方の脚部3aでは、一方の圧電体基板4が伸び、他方の圧電体基板5が縮み、逆に、他方の脚部3bでは、一方の圧電体基板4が縮み、他方の圧電体基板5が伸びている。この変位によって、両側の駆動検出用電極7a,7cからは、逆位相の信号が出力され、それらの信号の差をとれば、回転角速度の大きさと回転方向とに応じた大きさと極性とを有する信号が得られ、得られた信号から回転角速度を検出することができる。
In this basic vibration state, when a rotational angular velocity is applied to the tuning fork type
図16および図17に示す音叉型圧電振動子1は、積層される同じ厚みの2つの圧電体基板4,5を含むが、このように同じ厚みの2つの圧電体基板を含む圧電振動子が、例えば特開2003−57035号公報に開示されている(特許文献1参照)。
The tuning fork type
上述の音叉型圧電振動子1において、その駆動時および角速度の検出時において正圧電効果を利用しているのは、内部電極6および駆動検出用電極7a,7b,7c間にある一方の圧電体基板4のみである。他方の圧電体基板5は、検出時において厚み方向の屈曲振動を一方の圧電体基板4の伸縮に変換するための機械的負荷である。
検出時において、一方の圧電体基板4の伸縮は、厚み方向において各箇所で異なり、電極7a,7b,7cに近い位置がもっとも大きく伸縮し、内部電極6に近い位置はほとんど伸縮しない。また、検出時において、正圧電効果により一方の圧電体基板4に発生する電荷は、一方の圧電体基板4内の伸縮の平均に比例する。したがって、上述の音叉型圧電振動子1のように、内部電極6が振動子1(圧電体基板4,5)の厚み方向の中央に位置されていると、角速度の検出時において、一方の圧電体基板4の正圧電効果を効率よく利用することができず、そのため、角速度を効率よく検出することができず、角速度を検出する感度が低い。
In the tuning fork type
At the time of detection, the expansion and contraction of one
それゆえに、この発明の主たる目的は、角速度を検出する感度が高い圧電振動子を提供することである。
この発明の他の目的は、角速度を検出する感度が高い圧電振動子を用いた角速度センサを提供することである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator having high sensitivity for detecting angular velocity.
Another object of the present invention is to provide an angular velocity sensor using a piezoelectric vibrator having high sensitivity for detecting angular velocity.
この発明にかかる圧電振動子は、積層される複数の圧電体基板と、圧電体基板間に形成される内部電極と、内部電極に対向するように圧電体基板の表面に形成される駆動検出用電極とを含み、複数の圧電体基板において少なくとも内部電極および駆動検出用電極間の部分が内部電極および駆動検出用電極の対向する方向に分極される圧電振動子であって、複数の圧電体基板において、内部電極および駆動検出用電極間の部分の分極方向における厚みがその部分以外の部分のその分極方向と同じ方向における厚みより薄く形成された、圧電振動子である。
この発明にかかる圧電振動子では、内部電極および駆動検出用電極間の部分の分極方向における厚みは、複数の圧電体基板のその分極方向と同じ方向における厚みの1/6〜1/4の厚みに形成されることが好ましい。
また、この発明にかかる圧電振動子では、たとえば、複数の圧電体基板は3層以上からなり、内部電極は、3層以上の圧電体基板のうち異なる組み合わせの2つの圧電体基板間に形成されることにより少なくとも2つ形成され、さらに駆動検出用電極は、積層された複数の圧電体基板の表裏面に形成されてもよい。
この発明にかかる角速度センサは、この発明にかかる圧電振動子を含んでなる、角速度センサである。
The piezoelectric vibrator according to the present invention includes a plurality of piezoelectric substrates to be stacked, an internal electrode formed between the piezoelectric substrates, and a drive detection surface formed on the surface of the piezoelectric substrate so as to face the internal electrode. A piezoelectric vibrator in which at least a portion between the internal electrode and the drive detection electrode is polarized in a direction in which the internal electrode and the drive detection electrode face each other in the plurality of piezoelectric substrates. In the piezoelectric vibrator, the thickness in the polarization direction of the portion between the internal electrode and the drive detection electrode is thinner than the thickness in the same direction as the polarization direction of the portion other than the portion.
In the piezoelectric vibrator according to the present invention, the thickness in the polarization direction of the portion between the internal electrode and the drive detection electrode is 1/6 to 1/4 of the thickness in the same direction as the polarization direction of the plurality of piezoelectric substrates. It is preferable to be formed.
In the piezoelectric vibrator according to the present invention, for example, the plurality of piezoelectric substrates are composed of three or more layers, and the internal electrode is formed between two piezoelectric substrates of different combinations among the piezoelectric substrates having three or more layers. Thus, at least two may be formed, and the drive detection electrodes may be formed on the front and back surfaces of the plurality of stacked piezoelectric substrates.
The angular velocity sensor according to the present invention is an angular velocity sensor including the piezoelectric vibrator according to the present invention.
この発明にかかる圧電振動子では、複数の圧電体基板において内部電極および駆動検出用電極間の部分がその部分以外の部分より薄く形成されているので、角速度の検出時において、内部電極および駆動検出用電極間の部分の正圧電効果を効率よく利用することができる。そのため、この発明にかかる圧電振動子では、角速度を効率よく検出することができ、角速度を検出する感度が高くなる。
この発明にかかる圧電振動子では、内部電極および駆動検出用電極間の部分の分極方向における厚みが、複数の圧電体基板のその分極方向と同じ方向における厚みの1/6〜1/4の厚みに形成されると、角速度を特に効率よく検出することができ、角速度を検出する感度が特に高くなる。
また、この発明にかかる圧電振動子では、複数の圧電体基板が3層以上からなり、内部電極が、3層以上の圧電体基板のうち異なる組み合わせの2つの圧電体基板間に形成されることにより少なくとも2つ形成され、さらに駆動検出用電極が、積層された複数の圧電体基板の表裏面に形成されると、角速度の検出時に正圧電効果を利用する部分が増加するので、角速度を検出する感度がさらに高くなる。
In the piezoelectric vibrator according to the present invention, the portion between the internal electrode and the drive detection electrode is formed thinner than the other portions in the plurality of piezoelectric substrates, so that the internal electrode and the drive detection are detected at the time of angular velocity detection. The positive piezoelectric effect in the portion between the electrodes for use can be used efficiently. Therefore, in the piezoelectric vibrator according to the present invention, the angular velocity can be detected efficiently, and the sensitivity for detecting the angular velocity is increased.
In the piezoelectric vibrator according to the present invention, the thickness in the polarization direction of the portion between the internal electrode and the drive detection electrode is 1/6 to 1/4 of the thickness in the same direction as the polarization direction of the plurality of piezoelectric substrates. If formed, the angular velocity can be detected particularly efficiently, and the sensitivity for detecting the angular velocity is particularly high.
In the piezoelectric vibrator according to the present invention, a plurality of piezoelectric substrates are formed of three or more layers, and the internal electrode is formed between two piezoelectric substrates of different combinations among the piezoelectric substrates having three or more layers. If at least two drive detection electrodes are formed on the front and back surfaces of a plurality of stacked piezoelectric substrates, the portion that uses the positive piezoelectric effect increases when detecting the angular velocity, so the angular velocity is detected. Sensitivity to be further increased.
この発明によれば、角速度を検出する感度が高い圧電振動子が得られる。
また、この発明によれば、角速度を検出する感度が高い圧電振動子を用いた角速度センサが得られる。
According to the present invention, a piezoelectric vibrator having high sensitivity for detecting angular velocity can be obtained.
In addition, according to the present invention, an angular velocity sensor using a piezoelectric vibrator having high sensitivity for detecting angular velocity can be obtained.
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。 The above-described object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the best mode for carrying out the invention with reference to the drawings.
図1はこの発明にかかる角速度センサの一例を示す内部透視斜視図であり、図2はその角速度センサの分解斜視図である。図1および図2に示す角速度センサ10は、回路基板20を含む。回路基板20は、たとえば長方形板状などの形状に形成される。回路基板20の一方面には、凹部22が形成される。凹部22は、たとえば、回路基板20の1つの角部側に片寄るような位置に形成される。なお、図2においては、凹部22は鉤形に形成されているが、後述のICが実装されうる形状であればよく、たとえば四角形状など他の形状に形成されてもよい。
FIG. 1 is an internal perspective view showing an example of an angular velocity sensor according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor. The
回路基板20の凹部22内には、複数の電極24が、たとえば四角形状に並ぶように形成される。また、回路基板20の凹部22の外側において、凹部22に近接する短辺の近傍に、3つの長方形状の電極26a,26b,26cが並んで形成される。これらの電極26a〜26cは、その長手方向が凹部22に近接する回路基板20の短辺と同じ向きとなるように配置される。さらに、回路基板20の凹部22の外側において、凹部22に近接する長辺の近傍に、3つの長方形状の電極28a,28b,28cが並んで形成される。これらの電極28a〜28cは、その長手方向が凹部22に近接する回路基板20の長辺と同じ向きとなるように配置される。
In the
また、凹部22と凹部22から離れた位置にある回路基板20の短辺との間には、複数対の対向電極30が形成される。それぞれの対向電極30は、回路基板20の長手方向において互いに対向するように形成される。そして、複数対の対向電極30が、回路基板20の短辺に沿って並ぶように配置される。さらに、これらの対向電極30と回路基板20の短辺との間に、複数の電極32が形成される。また、凹部22に近接する回路基板20の短辺の近傍に形成された電極26a〜26cに隣接して、複数の電極34が形成される。これらの電極34は、凹部22から離れた回路基板20の長辺に沿って配置される。
A plurality of pairs of
回路基板20の他方面には、図3に示すように、複数の外部電極40および8つの検査用電極42a〜42hが形成される。外部電極40は、回路基板20の対向する長辺に沿って並んで形成される。また、検査用電極42a〜42hは、外部電極40の内側に並んで形成される。4つの検査用電極42a〜42dおよび別の4つの検査用電極42e〜42hは、回路基板20の対向する長辺のそれぞれに沿って形成される。8つの検査用電極42a〜42hの中心点Cは、回路基板20の他方面において、角速度センサ10全体の重心に対応する位置Gに一致するように配置される。
As shown in FIG. 3, a plurality of
回路基板20は、たとえばアルミナなどで形成される。また、回路基板20上に形成される電極24,26a〜26c,28a〜28c,30,32,34,40,42a〜42hなどは、たとえば、タングステンで形成された電極上にニッケルおよび金を順次メッキすることにより形成される。なお、回路基板20には、導電性を有する多数のビアホールやパターンなどの配線部材(図示せず)が形成されている。
The
回路基板20の凹部22には、IC50が嵌め込まれる。IC50は、後述の音叉型圧電振動子を駆動し、音叉型圧電振動子の出力信号を処理するために用いられる。IC50には、複数の外部電極(図示せず)が形成され、このIC50の外部電極が凹部22内の電極24にそれぞれ接続される。このとき、たとえば、電極24に金バンプ52が形成され、この金バンプ52によって電極24とIC50の外部電極とが接続される。また、IC50は、エポキシ系接着剤などからなるアンダーフィル54によって、回路基板20に固定される。
The
回路基板20に形成された対向電極30には、チップコンデンサ60がそれぞれ接続される。チップコンデンサ60としては、たとえば積層セラミックコンデンサなどが用いられ、その両端に形成された外部電極が、半田62などによって対向電極30に接続される。
A
さらに、凹部22の外側に形成された電極26a〜26cおよび28a〜28cには、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72がそれぞれ取り付けられる。第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72は、それぞれ、略長方形状の基台部74を含み、基台部74の長手方向における一端から柱状の2つの脚部76a,76bが延びるように形成される。これらの脚部76a,76bは、基台部74の幅方向の両端より内側において、互いに平行に延びるように形成される。
Further, the first tuning fork type
第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72は、それぞれ、図4および図5に示すように、積層される2つの音叉型の圧電体基板80,82を含む。圧電体基板80,82は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電体材料で形成され、たとえば互いに逆の厚み方向に分極される。また、一方の圧電体基板80の厚みは、他方の圧電体基板82の厚みの1/4の厚みに、すなわちそれらの圧電体基板80,82の厚みの1/5の厚みに形成される。
The first tuning fork type
第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72において、これらの圧電体基板80,82間には、内部電極84がそれぞれ形成される。
In the first tuning fork type
また、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72において、一方の圧電体基板80の表面には、3つの駆動検出用電極86,88,90が、幅方向に間隔を隔ててかつ内部電極84に対向するようにそれぞれ形成される。この場合、圧電体基板80の表面側において、たとえば直線状の一方の溝80aが一方の脚部76aの幅方向の中央部に延びるように形成され、たとえば直線状の他方の溝80bが他方の脚部76bの幅方向の中央部に延びるように形成される。そして、駆動検出用電極86,88は、一方の溝80aによって互いに分割される。また、駆動検出用電極88,90は、他方の溝80bによって互いに分割される。そのため、端部側の駆動検出用電極86は、基台部74から脚部76aに延びるように形成される。また、端部側の駆動検出用電極90は、基台部74から脚部76bに延びるように形成される。さらに、中央の駆動検出用電極88は、基台部74から両方の脚部76a,76bに延びるように形成される。ここで、圧電体基板80に形成される溝80a,80bの深さは、それぞれ、圧電体基板80の厚みの1/2の深さに、すなわち、圧電体基板80,82の厚みの1/10の深さに形成される。なお、駆動検出用電極86,88,90間の溝80a,80bの幅は、駆動検出用電極86,88,90間における短絡を防止するために基台部74部分で広く形成され、さらに、駆動検出用電極86,88,90による効率を上げるために脚部76a,76b部分で狭くなるように形成されてもよい。
In the first tuning-fork type
さらに、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72において、他方の圧電体基板82の表面には、全面電極92がそれぞれ形成される。全面電極92は、圧電体基板82を分極する際に用いられるものである。そのため、全面電極92は、圧電体基板82を分極しない場合など必要のない場合には、形成されなくてもよい。
Further, in the first tuning-fork type
第1の音叉型圧電振動子70と第2の音叉型圧電振動子72とは、回路基板20の凹部22の外側に形成された電極26a〜26cおよび電極28a〜28cに取り付けられる。このとき、接合材100を用いて、2つの音叉型圧電振動子70,72の駆動検出用電極86,88,90が、それぞれ、電極26a,26b,26cおよび電極28a,28b,28cに接続される。接合材100としては、たとえば異方導電性接着剤、導電性接着剤、樹脂−金属複合材料、金バンプなどが用いられる。駆動検出用電極86,88,90間においては絶縁性を確保する必要があるため、接合材100として、異方導電性接着剤や樹脂−金属複合材料を用いる場合には、基台部74において3つの駆動検出用電極86,88,90側の表面の全面に接合材100を付与することができるが、その他の材料を用いる場合には、それぞれの駆動検出用電極86,88,90に分割して接合材100を付与する必要がある。
The first tuning fork type
第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72は、ほぼ直交する向きに配置されるが、それぞれの振動が他の圧電振動子に影響を与えないように、異なる共振周波数を有するものが用いられる。第1の音叉型圧電振動子70の脚部76a,76bは、第2の音叉型圧電振動子72の脚部76a,76bより長く形成される。それにより、第1の音叉型圧電振動子70は、第2の音叉型圧電振動子72より低い共振周波数を有する。
The first tuning fork type
低い共振周波数を有する第1の音叉型圧電振動子70は、回路基板20の短辺の近傍に形成された電極26a〜26cに接続される。また、高い共振周波数を有する第2の音叉型圧電振動子72は、回路基板20の長辺の近傍に形成された電極28a〜28cに接続される。これらの第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72の脚部76a,76bは、回路基板20の短辺および長辺に沿って、凹部24側に向かって延びるように配置される。
The first tuning-fork type
IC50およびチップコンデンサ60などで形成される回路の必要な部分が、電極24、対向電極30および配線部材(図示せず)を介して、回路基板20の他方面に形成された外部電極40に接続される。また、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72の駆動検出用電極86,88,90は、電極26a〜26c,28a〜28cおよび配線部材(図示せず)を介して、IC50の回路に接続されるとともに、回路基板20の他方面に形成された検査用電極42a〜42hに接続される。このとき、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72の駆動検出用電極86,88,90は、それぞれ、2列に配置された4つの検査用電極42a〜42dおよび4つの検査用電極42e〜42hに接続される。
A necessary part of the circuit formed by the
ここで、4つ並んだ一方の検査用電極42a〜42dのうち、両外側の2つの検査用電極42a,42dに第1の音叉型圧電振動子70の中央の駆動検出用電極88が接続され、内側の2つの検査用電極42b,42cに第1の音叉型圧電振動子70の両側の駆動検出用電極86,90が接続される。また、4つ並んだ他方の検査用電極42e〜42hのうち、両外側の2つの検査用電極42e,42hに第2の音叉型圧電振動子72の中央の駆動検出用電極88が接続され、内側の2つの検査用電極42f,42gに第2の音叉型圧電振動子72の両側の駆動検出用電極86,90が接続される。
Here, the
回路基板20の一方面上には、IC50、チップコンデンサ60、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72を覆うようにして、キャップ110が取り付けられる。キャップ110は、たとえばアルミナや洋白などの材料で、回路基板20の外形に合わせた矩形の器状に形成される。
On one surface of the
キャップ110を回路基板20に取り付けるために、キャップ110の端部と回路基板20との間にキャップ接着剤112が付与される。キャップ接着剤112としては、たとえばアルミナなどの絶縁性のキャップ110を取り付ける場合には、エポキシ系接着剤などが用いられ、洋白などの導電性のキャップ110を取り付ける場合には、エポキシ系接着剤およびエポキシ系導電性接着剤などが用いられる。
In order to attach the
キャップ110には、防爆用の貫通孔114が形成される。貫通孔114は、第1の音叉型圧電振動子70の基台部74に対応する位置において、キャップ110の角部の近傍に形成される。貫通孔114は、第2の音叉型圧電振動子72の基台部74に対応する位置において、キャップ110の角部の近傍に形成されてもよい。つまり、貫通孔114は、キャップ110を180°回転させて回路基板20に取り付けても、IC50の上に配置されない位置に形成されることが好ましい。
The
次に、図6などを参照して、この角速度センサ10の回路構成について説明する。ここでは、角速度センサ10において、第1の音叉型圧電振動子70に関連する回路構成と第2の音叉型圧電振動子72に関連する回路構成とが同様の回路構成であるため、先に、第1の音叉型圧電振動子70に関連する回路構成について詳しく説明し、その後に、第2の音叉型圧電振動子72に関連する回路構成について簡単に説明する。
Next, the circuit configuration of the
角速度センサ10において、第1の音叉型圧電振動子70の駆動検出用電極86,90は、電極24,26a,26cおよび配線部材(図示せず)を介して、IC50に含まれる入力バッファ200の2つの入力端に接続される。この入力バッファ200は、一方の出力端および他方の2つの出力端を有し、一方の出力端は2つの入力端に入力されている信号の和の信号を出力するためのものであり、他方の2つの出力端は2つの入力端に入力されている信号を出力するためのものである。IC50内において、入力バッファ200の一方の出力端は、信号の振幅を制御するための振幅制御回路202の入力端に接続され、振幅制御回路202の出力端は、信号の位相を適正にするための移相回路204の入力端に接続される。IC50内の移相回路204の出力端は、電極24,26bおよび配線部材(図示せず)を介して、第1の音叉型圧電振動子70の駆動検出用電極88に接続される。このようにして、第1の音叉型圧電振動子70には、駆動用の帰還ループが形成される。なお、第1の音叉型圧電振動子70の駆動検出用電極86,88,90は、上述のように、4つの検査用電極42a〜42dの所定のものにそれぞれ接続されている。
In the
IC50内において、入力バッファ200の他方の2つの出力端は、差動増幅回路206の2つの入力端に接続され、差動増幅回路206の出力端は、振幅調整回路208を介して、同期検波回路210の一方の入力端に接続され、さらに、入力バッファ200の一方の出力端は、検波クロック生成回路212を介して、同期検波回路210の他方の入力端に接続される。同期検波回路210は、その一方の入力端に入力されている信号を、その他方の入力端に入力されている信号(検波クロック)に同期して検波するためのものである。同期検波回路210の出力端は、IC50の1つの外部電極(電極24)に接続され、この外部電極と基準電圧が印加されるIC50の別の外部電極(別の電極24、外部電極40(REF))との間には、電極30および配線部材(図示せず)を介して、コンデンサC1(チップコンデンサ60)が接続される。
In the
さらに、IC50内において、同期検波回路210の出力端は、調整回路214の1つの入力端に接続される。この調整回路214は、同期検波回路210の出力信号を温度補償するためのものである。そのため、IC50内には、シリアルインタフェース216、ロジック回路218、メモリ220および温度センサ222が設けられる。シリアルインタフェース216は、その3つの入力端がIC50の3つの外部電極(3つの電極24)および3つの外部電極40(ACS、ACLKおよびASDIO)にそれぞれ接続され、その出力端がロジック回路218の入力端に接続される。また、ロジック回路218の入出力端がメモリ220の入出力端に接続される。さらに、メモリ220のVPP電圧端子は、IC50の外部電極(電極24)および外部電極40(VPP)に接続される。そのため、実際に測定された第1の音叉型圧電振動子70の温度変化に対するインピーダンス変化特性に関するデータなどのさまざまなデータを、外部電極40から、シリアルインタフェース216およびロジック回路218を介して、メモリ220に記憶することができる。また、ロジック回路218の出力端が調整回路214の別の入力端に接続される。そのため、メモリ220に記憶されているデータを、ロジック回路218を介して、調整回路214に与えることができる。さらに、温度センサ222の出力端が、調整回路214のさらに別の入力端に接続される。したがって、調整回路214によって、その入力信号すなわち同期検波回路210の出力信号を、メモリ220に記憶されているデータおよび温度センサ222の出力信号に基づいて温度補償することができる。
Further, in the
なお、図示していないが、メモリ220は、上述の振幅調整回路208にも接続され、メモリ220に記憶されているゲインに関するデータに基づいて、振幅調整回路208によって差動増幅回路206の出力信号の振幅を調整することができる。
Although not shown, the
IC50内において、調整回路214の出力端は、ローパスフィルタ224の入力端に接続される。ローパスフィルタ224は、角速度センサ10で検出する角速度の周波数たとえば10Hz〜50Hzを含む低周波帯域を通過するためのものである。ローパスフィルタ224の出力端は、IC50の外部電極(電極24)、電極30および外部電極40(OUTx)に接続される。なお、ローパスフィルタ224は、入力信号を通過して出力する別の出力端も有し、その別の出力端は、IC50の別の外部電極(電極24)および別の電極30に接続される。そして、ローパスフィルタ224の出力端および別の出力端間(電極30間)には、コンデンサC2(チップコンデンサ60)が接続される。
In the
ローパスフィルタ224の出力端すなわち外部電極40(OUTx)は、外部に設けられるハイパスフィルタ226の入力端に接続される。ハイパスフィルタ226は、信号中の直流成分をカットするためのものである。ハイパスフィルタ226は、コンデンサC3および抵抗器R1を含み、その入力端と出力端との間にコンデンサC3が接続され、その出力端とIC50の基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)との間に抵抗器R1が接続される。
The output end of the low-
ハイパスフィルタ226の出力端すなわちコンデンサC3および抵抗器R1の接続点は、外部電極40(AINx)に接続される。この外部電極40(AINx)は、電極24などを介して、IC50内において後段アンプに用いられるオペアンプ228の正入力端に接続される。後段アンプは、外部電極40(AINx)に入力されている信号の振幅をたとえば50倍程度増幅するためのものである。オペアンプ228は、その負入力端が電極24などを介して外部電極40(AFBx)に接続され、その出力端が別の電極24などを介して別の外部電極40(APOx)に接続される。また、これらの外部電極40(AFBx、APOx)には、外部に設けられるローパスフィルタ230が接続される。ローパスフィルタ230は、抵抗器R2およびコンデンサC4を含み、抵抗器R2およびコンデンサC4は、外部電極40(AFBx、APOx)間に並列に接続される。また、外部電極40(AFBx)と基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)との間には、抵抗器R3が接続される。そのため、オペアンプ228を含む後段アンプによって、外部電極40(AINx)に入力されている信号の振幅をたとえば50倍程度増幅して、オペアオンプ228の出力端すなわち外部電極40(APOx)から出力することができる。
The output end of the high-
また、IC50内には、スイッチSWが設けられる。スイッチSWは、外部電極40(AINx)に接続されるIC50の外部電極(電極24)とIC50の基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)に接続されるIC50の別の外部電極(別の電極24)との間に接続される。また、スイッチSWは、外部電極40(SCT)に接続されるIC50の外部電極(電極24)に接続される。さらに、スイッチSWは、外部電極40(SCT)に入力される制御信号によって、オンまたはオフに切替えることができるように構成されている。このスイッチSWをたとえば0.2秒間オンにすることによってハイパスフィルタ226のコンデンサC3を充電すれば、ローパスフィルタ224の出力端すなわち外部電極40(OUTx)の信号が短時間でオペアンプ228の正入力端に伝達され、オペアンプ228の出力端すなわち外部電極40(APOx)における出力信号の立上り時間を早めることができる。
Further, a switch SW is provided in the
なお、外部電極40(VCC)は、配線部材(図示せず)を介して、IC50のVCCおよびVDDに接続される電極24にそれぞれ接続され、外部電極40(GND)は、配線部材(図示せず)を介して、IC50のGNDに接続される電極24に接続される。また、外部電極40(SLP)は、配線部材(図示せず)を介して、IC50のスリープ制御用端子に接続される電極24に接続される。
The external electrode 40 (VCC) is connected to the
角速度センサ10において、第1の音叉型圧電振動子70と同様に、第2の音叉型圧電振動子72の駆動検出用電極86,90は、電極24,28a,28cおよび配線部材(図示せず)を介して、IC50に含まれる入力バッファ200と同様の入力バッファ200´の2つの入力端に接続される。入力バッファ200´の一方の出力端は、振幅制御回路202と同様の振幅制御回路202´、移相回路204と同様の移相回路204´、電極24,28bおよび配線部材(図示せず)を介して、第2の音叉型圧電振動子72の駆動検出用電極88に接続される。このようにして、第2の音叉型圧電振動子72にも、駆動用の帰還ループが形成される。ただし、駆動用の帰還ループは、第2の音叉型圧電振動子72における駆動周波数が、第1の音叉型圧電振動子70における駆動周波数より高くなるように形成される。
In the
入力バッファ200´の他方の2つの出力端も、差動増幅回路206および振幅調整回路208と同様の差動増幅回路206´および振幅調整回路208´を介して、同期検波回路210と同様の同期検波回路210´の一方の入力端に接続され、さらに、入力バッファ200´の一方の出力端は、検波クロック生成回路212と同様の検波クロック生成回路212´を介して、同期検波回路210´の他方の入力端に接続される。図示していないが、調整回路208´にもメモリ220が接続され、メモリ220に記憶されているゲインに関するデータに基づいて、振幅調整回路208´によって差動増幅回路206´の出力信号の振幅を調整することができる。また、検波クロック生成回路212´は、検波クロック生成回路212と比べて、第2の音叉型圧電振動子72の高い駆動周波数に対応して周期の短い検波クロックを生成し、同期検波回路210´における検波の周期も、同期検波回路210における検波の周期と比べて短い。
The other two output terminals of the
同期検波回路210´の出力端は、IC50の1つの外部電極(電極24)および電極30に接続され、この電極30と基準電圧が印加されるIC50の別の外部電極(別の電極24、外部電極40(REF))との間には、コンデンサC5(チップコンデンサ60)が接続される。
The output terminal of the
さらに、IC50内において、同期検波回路210´の出力端は、調整回路214と同様の調整回路214´の1つの入力端に接続される。また、調整回路214´の別の入力端およびさらに別の入力端には、メモリ220および温度センサ222がそれぞれ接続される。そのため、メモリ220に記憶されているデータを、調整回路214´に与えることができる。さらに、調整回路214´によって、同期検波回路210´の出力信号を、メモリ220に記憶されている第2の音叉型圧電振動子72に関するデータおよび温度センサ222の出力信号に基づいて温度補償することができる。
Further, in the
IC50内において、調整回路214´の出力端は、ローパスフィルタ224と同様のローパスフィルタ224´の入力端に接続される。ローパスフィルタ224´の出力端は、IC50の外部電極(電極24)、電極30および外部電極40(OUTy)に接続され、ローパスフィルタ224´の別の出力端は、IC50の別の外部電極(電極24)および別の電極30に接続される。ローパスフィルタ224´の出力端および別の出力端間(電極30間)には、コンデンサC6(チップコンデンサ60)が接続される。
In the
ローパスフィルタ224´の出力端すなわち外部電極40(OUTy)は、ハイパスフィルタ226と同様の外部に設けられるハイパスフィルタ226´の入力端に接続される。ハイパスフィルタ226´は、その入力端と出力端との間にコンデンサC7が接続され、その出力端とIC50の基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)との間に抵抗器R4が接続される。
The output end of the low-
ハイパスフィルタ226´の出力端すなわちコンデンサC7および抵抗器R4の接続点は、外部電極40(AINy)に接続される。この外部電極40(AINy)は、電極24などを介して、IC50内において後段アンプと同様の別の後段アンプに用いられるオペアンプ228´の正入力端に接続される。この別の後段アンプは、外部電極40(AINy)に入力されている信号の振幅をたとえば50倍程度増幅するためのものである。オペアンプ228´は、その負入力端が電極24などを介して外部電極40(AFBy)に接続され、その出力端が別の電極24などを介して別の外部電極40(APOy)に接続される。また、これらの外部電極40(AFBy、APOy)には、ローパスフィルタ230と同様の外部に設けられるローパスフィルタ230´が接続される。ローパスフィルタ230´の抵抗器R5およびコンデンサC8が、外部電極40(AFBy、APOy)間に並列に接続される。また、外部電極40(AFBy)と基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)との間には、抵抗器R6が接続される。そのため、オペアンプ228´を含む別の後段アンプによって、外部電極40(AINy)に入力されている信号の振幅をたとえば50倍程度増幅して、オペアンプ228´の出力端すなわち外部電極40(APOy)から出力することができる。
The output terminal of the high-
また、IC50内には、スイッチSWと同様のスイッチSW´が設けられる。スイッチSW´は、外部電極40(AINy)に接続されるIC50の外部電極(電極24)とIC50の基準電圧が印加される別の外部電極40(REF)に接続されるIC50の別の外部電極(別の電極24)との間に接続される。また、スイッチSW´も、IC50の外部電極(電極24)および外部電極40(SCT)に接続される。さらに、スイッチSWも、外部電極40(SCT)に入力される制御信号によって、オンまたはオフに切替えることができるように構成されている。そのため、このスイッチSW´をたとえば0.2秒間オンにすることによってハイパスフィルタ226´のコンデンサC7を充電すれば、ローパスフィルタ224´の出力端すなわち外部電極40(OUTy)の信号が短時間でオペアンプ228´の正入力端に伝達され、オペアンプ228´の出力端すなわち外部電極40(APOy)における出力信号の立上り時間を早めることができる。
In addition, a switch SW ′ similar to the switch SW is provided in the
ここで、上述の角速度センサ10において、用いられる第1(第2)の音叉型圧電振動子70(72)の製造方法の一例について説明する。
Here, an example of a manufacturing method of the first (second) tuning-fork type piezoelectric vibrator 70 (72) used in the above-described
まず、図7に示すように、多層基板300が形成される。この多層基板300は、2枚の圧電体基板310,312と3枚の電極320,322,324とを交互に積層したものである。一方の圧電体基板310は多数の圧電体基板80となるものであり、他方の圧電体基板312は多数の圧電体基板82となるものである。そのため、一方の圧電体基板310の厚みは、他方の圧電体基板312の厚みより薄く形成される。この場合、圧電体基板310,312は、たとえば、それぞれ複数の圧電体シートを積層したものであり、圧電体シートの積層枚数を調整することによって、圧電体基板310,312の厚みがそれぞれ調整される。また、電極320は、多数の内部電極84となるものであり、電極322は多数の駆動検出用電極86,88,90となるものであり、電極324は多数の全面電極92となるものである。
First, as shown in FIG. 7, a
そして、図8に示すように、多層基板300において一方の圧電体基板310の両面の電極322,320間と他方の圧電体基板312の両面の電極324,320間とにそれぞれ直流電圧を印加することによって、一方の圧電体基板310と他方の圧電体基板312とが互いに逆の厚み方向に分極される。
Then, as shown in FIG. 8, a DC voltage is applied between the
それから、そのように分極された多層基板300の一方の圧電体基板310および電極322には、多数の音叉型圧電振動子70(72)の駆動検出用電極86,88間の溝80aおよび駆動検出用電極88,90間の溝80bに対応する溝がそれぞれ形成される。
Then, one
そして、溝80a,80bに対応する溝が形成された多層基板300は、各音叉型圧電振動子70(72)の輪郭に沿って個々の圧電振動子70(72)に切断される。このようにして、多数の音叉型圧電振動子70(72)が製造される。
The
次に、上述の角速度センサ10の作動状態について説明する。この角速度センサ10では、たとえば、第1の音叉型圧電振動子70が、回路基板20の短辺に平行するX軸を中心として加わる回転角速度を検出するために用いられ、第2の音叉型圧電振動子72が、回路基板20の長辺に平行するY軸を中心として加わる回転角速度を検出するために用いられる。
Next, the operating state of the
第1の音叉型圧電振動子70において、入力バッファ200、振幅制御回路202および移相回路204からなる駆動用の帰還ループによって自励振駆動回路が形成され、脚部76a,76bは、たとえば図9に示すように、互いに開いたり閉じたりするように基本振動で振動する。脚部76a,76bが互いに開いている状態(図9に実線で示す状態)では、第1の音叉型圧電振動子70において、中央の駆動検出用電極88を形成した部分が伸びて、両側の駆動検出用電極86,90を形成した部分が縮んでいる。逆に、脚部76a,76bが互いに閉じている状態では、第1の音叉型圧電振動子70において、中央の駆動検出用電極88を形成した部分が縮んで、両側の駆動検出用電極86,90を形成した部分が伸びている。この基本振動のときに、2つの脚部76a,76bは、分極方向に対して同じ状態で対称的に振動するため、両側の駆動検出用電極86,90からは同じ信号が出力される。そのため、検出回路用の差動増幅回路206ひいては外部電極40(APOx)からは、「0」の信号が出力される。
In the first tuning-fork type
そして、この基本振動の状態で、第1の音叉型圧電振動子70にX軸を中心として回転角速度が加わると、脚部76a,76bには、基本振動の方向と直交する向きにコリオリ力が働く。脚部76a,76bに働くコリオリ力は互いに逆向きであるため、2つの脚部76a,76bは、たとえば図10に示すように、互いに逆方向に変位する。図10に実線で示す変位状態においては、駆動検出用電極86が形成された一方の脚部76aでは、一方の圧電体基板80が縮み、他方の圧電体基板82が伸び、逆に、駆動検出用電極90が形成された他方の脚部76bでは、一方の圧電体基板80が伸び、他方の圧電体基板82が縮んでいる。図10に実線で示す変位状態とは逆の変位状態では、図示していないが、一方の脚部76aでは、一方の圧電体基板80が伸び、他方の圧電体基板82が縮み、逆に、他方の脚部76bでは、一方の圧電体基板80が縮み、他方の圧電体基板82が伸びている。この変位によって、両側の駆動検出用電極86,90からは、逆位相の信号が出力され、差動増幅回路206からは、回転角速度に応じた大きい信号が出力される。このように出力される信号の大きさと極性とは、回転角速度の大きさと回転方向とにそれぞれ対応する。
In this basic vibration state, when a rotational angular velocity is applied to the first tuning fork type
差動増幅回路206の出力信号は、その振幅が、メモリ220に記憶されているデータに基づいて振幅調整回路208によって調整される。このように振幅が調整された信号は、同期検波回路210によって、検波クロック生成回路212の検波クロックに同期して検波される。検波された信号は、調整回路214などによって、温度補償される。温度補償された信号は、ローパスフィルタ224によって必要な低周波帯域が通過され、ハイパスフィルタ226によって直流成分がカットされる。そして、直流成分がカットされた信号は、オペアンプ228などからなる後段アンプで増幅され、オペアンプ228の出力端すなわち外部電極40(APOx)から出力される。したがって、外部電極40(APOx)からの出力信号の大きさと極性とによって、X軸を中心として加わった回転角速度の大きさと回転方向とを検出することができる。
The amplitude of the output signal of the
第2の音叉型圧電振動子72においても、第1の音叉型圧電振動子70と同様に、脚部76a,76bが、入力バッファ200´などからなる駆動用の帰還ループによって、基本振動で振動する。ただし、第2の音叉型圧電振動子72においては、Y軸を中心として加わった回転角速度に応じて、脚部76a,76bの基本振動の向きが変位する。そのため、第2の音叉型圧電振動子72に関しては、差動増幅回路206´ひいては外部電極40(APOy)からの出力信号の大きさと極性とによって、Y軸を中心として加わった回転角速度の大きさと回転方向とを検出することができる。
In the second tuning-fork type
この角速度センサ10では、第1の音叉型圧電振動子70および第2の音叉型圧電振動子72において、それぞれ、2つの圧電体基板80,82において内部電極84および駆動検出用電極86,88,90間の部分(一方の圧電体基板80)がその部分以外の部分(他方の圧電体基板82)より薄く形成されている。そのため、角速度の検出時において、内部電極84および駆動検出用電極86,88,90間の部分(一方の圧電体基板80)の正圧電効果を効率よく利用することができる。したがって、この角速度センサ10では、角速度を効率よく検出することができ、角速度を検出する感度が高くなる。この場合、内部電極84および駆動検出用電極86,88,90間の部分(一方の圧電体基板80)の分極方向における厚みが、2つの圧電体基板80,82のその分極方向と同じ方向における厚みの1/6〜1/4の厚みに形成されているので、角速度を特に効率よく検出することができ、角速度を検出する感度が特に高くなる。
In this
ここで、上述の角速度センサ10において、角速度を特に効率よく検出することができ、角速度を検出する感度が特に高くなる理由について説明する。
上述の角速度センサ10では、角速度の検出時に、音叉型圧電振動子70(72)において感度(電圧)を発生するのは、内部電極84および駆動検出用電極86,88,90間の一方の圧電体基板80である。圧電体基板80で発生する電圧は、圧電体基板80において、平均伸縮の増加に伴って単調増加する。音叉型圧電振動子70(72)内で最も大きく伸縮する部分は、駆動検出用電極86,88,90の部分と、圧電体基板82の全面電極92の部分とである。それぞれの部分の最も大きい伸縮量をΔLとし、音叉型圧電振動子70(72)の厚みすなわち圧電体基板80,82の厚みに対して、駆動検出用電極86,88,90から内部電極84までの部分(一方の圧電体基板80)の厚みの割合をαとすると、圧電体基板80の平均伸縮量は、ΔL*(α−1)となる。
この平均伸縮量に対して、圧電体基板80で発生する電荷量は、g31*ΔL*(α−1)=β*ΔL*k31*(α−1)となる。ただし、g31は圧電定数で、βは係数で、k31は電気機械結合定数である。
上式において、内部電極84の位置を表す割合αに依存するのは、k31*(α−1)の部分のみであり、これが検出効率を表す。
ここで、シミュレーションから得られたグラフを図11に示す。図11に示すグラフは、音叉型圧電振動子70(72)において内部電極84の位置を表す割合αと検出効率k31*(α−1)との関係を示す。
原理的に説明すると、ほとんど伸縮しない、音叉型圧電振動子70(72)の厚み方向における中央付近が、圧電体基板80に含まれていると、圧電体基板80の平均伸縮量を落としてしまうとともに、厚み方向の中央付近は伸縮がほとんどないことにより、電荷の発生は皆無である。したがって、内部電極84は、なるべく駆動検出用電極86,88,90に近づけたほうが、圧電体基板80の正圧電効果を効率よく利用することができる。
しかしながら、内部電極80を駆動検出用電極86,88,90にあまり近付けすぎると、今度は、圧電体基板80の内部で拾える電荷の総合量が減ってしまう。
そのため、内部電極84の位置を表す割合αが1/2より小さいと、優れたポイントが存在するが、いずれかの範囲に特に優れたポイントが存在する。
図11に示すグラフによると、特に優れたポイントは、内部電極84が、駆動検出用電極86,88,90から、音叉型圧電振動子70(72)の厚み方向に、音叉型圧電振動子70(72)の厚みの1/6〜1/4の位置にあること、すなわち割合αが1/6〜1/4にあることがわかった。
Here, the reason why the angular velocity can be detected particularly efficiently in the above-described
In the
With respect to this average expansion / contraction amount, the amount of charge generated in the
In the above formula, only the portion of k31 * (α-1) depends on the ratio α representing the position of the
Here, the graph obtained from the simulation is shown in FIG. The graph shown in FIG. 11 shows the relationship between the ratio α representing the position of the
Explaining in principle, if the
However, if the
Therefore, when the ratio α representing the position of the
According to the graph shown in FIG. 11, the particularly excellent point is that the
また、図7および図8に示す上述の音叉型圧電振動子70(72)の製造方法では、複数の音叉型圧電振動子70(72)の圧電体基板80,82などの材料として多層基板300を用いるので、圧電体基板80,82などを個々の音叉圧電体基板70(72)ごとに接着する工程を省略することができ、音叉型圧電振動子70(72)を容易に製造することができ、しかも、音叉型圧電振動子70(72)の量産性に優れているという効果を奏する。
Further, in the above-described method for manufacturing the tuning fork type piezoelectric vibrator 70 (72) shown in FIGS. 7 and 8, the
さらに、図7および図8に示す上述の音叉型圧電振動子70(72)の製造方法では、圧電体基板310,312がそれぞれ複数の圧電体シートを積層したものであるので、圧電体シートの積層枚数を調整することによって、圧電体基板310,312の厚みをそれぞれ調整することができ、さらに、圧電体基板80,82の厚みをそれぞれ調整することができる。
Furthermore, in the above-described method for manufacturing the tuning fork type piezoelectric vibrator 70 (72) shown in FIGS. 7 and 8, since the
また、上述の音叉型圧電振動子70(72)では、圧電体基板80,82が互いに逆の厚み方向に分極されているが、圧電体基板80,82は、同じ厚み方向に分極されてもよい。このように分極するためには、たとえば、図12に示すように、多層基板300の電極322,324間に直流電圧を印加したり、図13に示すように、多層基板300の電極322,320間と電極320,324間とに、それぞれの間隔(厚み)に応じたそれぞれの大きさの直流電圧を印加したりして、多数の圧電体基板80,82となる圧電体基板310,312を同じ厚み方向に分極すればよい。
ここで、図12に示すように、圧電体基板310,312を直列にして分極すると、圧電体基板310,312の絶縁抵抗のばらつきにより、直流電圧が分圧され、十分に分極することができないことがあり、感度が低下するおそれがある。
それに対して、図13に示すように、圧電体基板310,312にそれぞれの大きさの直流電圧を印加すると、上述のように十分に分極することができないことや感度が低下することを防止することができる。
In the tuning fork type piezoelectric vibrator 70 (72) described above, the
Here, as shown in FIG. 12, when the
On the other hand, as shown in FIG. 13, when a DC voltage of each magnitude is applied to the
さらに、上述の音叉型圧電振動子70(72)において、圧電体基板80のみが厚み方向に分極されてもよい。このように分極するためには、たとえば、図14に示すように、多層基板300の電極322,324間に直流電圧を印加して、多数の圧電体基板80となる圧電体基板310のみを厚み方向に分極すればよい。
Furthermore, in the tuning fork type piezoelectric vibrator 70 (72) described above, only the
図15は、この発明にかかる角速度センサに用いられる音叉型圧電振動子の他の例を示す図解図である。図15に示す音叉型圧電振動子70では、図4および図5に示す音叉型圧電振動子70と比べて、圧電体基板82において、内部電極84が形成された面とは反対側の面には、全面電極92が形成されずに、内部電極84、溝80a,80bを有する圧電体基板80および駆動検出用電極86,88,90と対称的に、さらなる内部電極84´、溝80a´,80b´を有する圧電体基板80´および駆動検出用電極86´,88´,90´が形成される。また、圧電体基板80,82,80´の厚みの比率は、たとえば、1:3:1に形成される。すなわち、圧電体基板80の厚みは、圧電体基板80,82,80´の厚みの1/5の厚みに形成され、同様に、圧電体基板80´の厚みも、圧電体基板80,82,80´の厚みの1/5の厚みに形成される。
FIG. 15 is an illustrative view showing another example of a tuning fork type piezoelectric vibrator used in the angular velocity sensor according to the present invention. In the tuning fork type
図15に示す音叉型圧電振動子70では、図4および図5に示す音叉型圧電振動子10と比べて、圧電体基板82の両面側に、内部電極84,84´、圧電体基板80,80´および駆動検出用電極86,88,90,86´,88´,90´がそれぞれ形成されている。すなわち、内部電極84,84´は異なった2つの圧電体基板間(圧電体基板80,82間と圧電体基板80´82間と)にそれぞれ形成され、さらに駆動検出用電極86,88,90,86´,88´,90´は異なった2つの圧電体基板80,80´の表面にそれぞれ形成されている。そのため、図15に示す音叉型圧電振動子10では、両面側においてそれぞれ内部電極および駆動検出用電極間の部分(圧電体基板80,80´)の正圧電効果を効率よく利用することができ、角速度の検出時に正圧電効果を利用する部分が倍増するので、角速度を検出する感度も倍増する。
In the tuning fork type
なお、上述の各音叉型圧電振動子70では、圧電体基板80,80´に所定の深さの溝80a,80b,80a´,80b´が形成されているが、これらの溝の深さは、任意に変更されてもよく、あるいは、これらの溝は、隣接する駆動検出用電極間で短絡することがない場合など溝を形成する必要がない場合には形成されなくてもよい。
In each tuning fork type
また、上述の各音叉型圧電振動子70は、全体が音叉型に形成されているが、この発明は、たとえば短冊状などの形状であって片持ち梁構造を有する音片型圧電振動子にも適用され得る。このような音片型圧電振動子としては、たとえば、上述の音叉型圧電振動子70を幅方向における中央で基台部74を2分割し、1つの脚部76a(76b)を有するものとすることができる。この場合、2分割された基台部74の幅と脚部76a(76b)の幅とが、同じ幅に形成されてもよい。
Each of the tuning fork type
さらに、上述の各音叉型圧電振動子70では、積層される2つまたは3つの圧電体基板を有するが、この発明は、積層される4つ以上の圧電体基板を有する圧電振動子にも適用され得る。
Further, each tuning fork type
この発明にかかる圧電振動子は、角速度センサなどに利用される。 The piezoelectric vibrator according to the present invention is used for an angular velocity sensor or the like.
10 角速度センサ
20 回路基板
50 IC
60 チップコンデンサ
70,72の音叉型圧電振動子
74 基台部
76a,76b 脚部
80,82,80´ 圧電体基板
84,84´ 内部電極
86,88,90,86´,88´,90´ 駆動検出用電極
110 キャップ
10
60 Tuning Fork Type Piezoelectric Vibrator for
Claims (4)
前記圧電体基板間に形成される内部電極、および
前記内部電極に対向するように前記圧電体基板の表面に形成される駆動検出用電極を含み、
前記複数の圧電体基板において少なくとも前記内部電極および前記駆動検出用電極間の部分が前記内部電極および前記駆動検出用電極の対向する方向に分極される圧電振動子であって、
前記複数の圧電体基板において、前記内部電極および前記駆動検出用電極間の前記部分の分極方向における厚みが前記部分以外の部分の前記分極方向と同じ方向における厚みより薄く形成された、圧電振動子。 A plurality of piezoelectric substrates to be stacked;
An internal electrode formed between the piezoelectric substrates, and a drive detection electrode formed on the surface of the piezoelectric substrate so as to face the internal electrodes,
A piezoelectric vibrator in which at least a portion between the internal electrode and the drive detection electrode in the plurality of piezoelectric substrates is polarized in a direction opposite to the internal electrode and the drive detection electrode;
Piezoelectric vibrator in which the thickness in the polarization direction of the portion between the internal electrode and the drive detection electrode is thinner than the thickness in the same direction as the polarization direction of the portion other than the portion in the plurality of piezoelectric substrates. .
前記内部電極は、前記3層以上の圧電体基板のうち異なる組み合わせの2つの圧電体基板間に形成されることにより少なくとも2つ形成され、さらに
前記駆動検出用電極は、積層された前記複数の圧電体基板の表裏面に形成された、請求項1または請求項2に記載の圧電振動子。 The plurality of piezoelectric substrates are composed of three or more layers,
The internal electrodes are formed between two piezoelectric substrates of different combinations among the piezoelectric substrates having three or more layers, and the drive detection electrodes are formed by laminating the plurality of stacked electrodes. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is formed on front and back surfaces of the piezoelectric substrate.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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