(57)【要約】  駆動効率や検出感度を高めることができ、製造工程の簡略化を果たすことができ、さらに設計の自由度を高め得る音片型圧電振動子及び音叉型圧電振動子を提供する。  厚み方向において逆方向に分極されている第１，第２の圧電体層３，４間に内部駆動電極として第１，第２の内部駆動電極５，６が積層されており、第１の内部駆動電極５，６と圧電体層３，４を介してそれぞれ対向するように、第１の外部電極７及び第２の外部電極８が形成されており、内部駆動電極５，６が駆動用電極として用いられている第１，第２の振動部１Ａ，１Ｂが構成されている音片型圧電振動子１、並びに該音片型圧電振動子１からなる第１，第２の脚部を有する音叉型圧電振動子。
2012081294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に分極処理された第１の圧電体層と、
前記第１の圧電体層に積層されており、厚み方向において、第１の圧電体層と逆方向に分極処理されている第２の圧電体層と、
前記第１，第２の圧電体層間に積層されており、かつ前記第１，第２の圧電体層間の界面の面方向において隔てられた第１の内部駆動電極及び第２の内部駆動電極と、
前記内部駆動電極と第１の圧電体層を介して対向するように前記第１の圧電体層の外表面に形成された第１の外部電極と、
前記内部駆動電極と第２の圧電体層を介して対向するように前記第２の圧電体層の外表面に形成された第２の外部電極とを備える、音片型圧電振動子。
【請求項２】
前記第１の内部駆動電極と、前記第２の内部駆動電極の前記界面に直交する方向における位置が異なっている、請求項１に記載の音片型圧電振動子。
【請求項３】
前記第１及び第２の外部電極の少なくとも一方の外側に設けられており、前記第１，第２の圧電体層と異なる材料または同じ材料からなる特性調整層をさらに備える、請求項１または２に記載の音片型圧電振動子。
【請求項４】
前記第２の圧電体層の厚み方向に延び、かつ少なくとも第２の圧電体層を貫通するように溝が形成されており、該溝により、第２の圧電体層が、第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部に分断されており、
前記第２の外部電極が、前記第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部の外表面に形成されている、第１分割外部電極及び第２分割外部電極を有し、
前記第１分割外部電極及び前記第２分割外部電極を導通する第１の導通手段をさらに備える、請求項１に記載の音片型圧電振動子。
【請求項５】
前記溝が、第１，第２の圧電体層を貫通するように設けられており、それによって、第１の圧電体層が、第３分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部に分割されており、
前記第１分割圧電体層部及び前記第３分割圧電体層部と、前記第２分割圧電体層部及び前記第４分割圧電体層部とを接合する接合材層が、前記溝内に設けられており、
前記溝を隔てて、前記第１の外部電極が、第３分割外部電極と、第４分割外部電極とに分断されており、前記第３及び第４分割外部電極を電気的に接する第２の導通手段をさらに備える、請求項４に記載の音片型圧電振動子。
【請求項６】
長さ方向を有し、溝を隔てて対向されている第１，第２の脚部と、第１，第２の脚部の一端を接合している基台部とを有する音叉型の形状を有する音叉型圧電振動子であって、
前記第１の脚部と前記第２の脚部とを含む構造が、少なくとも一つの請求項１〜５のいずれか１項に記載の音片型圧電振動子からなる、音叉型圧電振動子。
【請求項７】
前記第１の脚部及び前記第２の脚部が、それぞれ、請求項１〜５のいずれか１項に記載の音片型圧電振動子からなる、請求項６に記載の音叉型圧電振動子。
【請求項８】
前記音片型圧電振動子において、前記第２の圧電体層の厚み方向に延び、かつ少なくとも第２の圧電体層を貫通するように溝が形成されており、該溝により、前記第２の圧電体層が、第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部に分断されており、
前記第２の外部電極が、前記第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部の外表面に形成されている、第１分割外部電極及び第２分割外部電極を有し、
前記第１分割外部電極及び前記第２分割外部電極を導通する第１の導通手段をさらに備え、
前記第１の脚部が、前記溝の一方側に設けられている前記第１分割圧電体層部及び前記第１外部電極を有し、前記第２の脚部が、前記溝の他方側に設けられている前記第２の分割圧電体層部及び前記第２分割外部電極を有し、それによって、一個の前記音片型圧電振動子により前記第１及び第２の脚部が構成されている、請求項６に記載の音叉型圧電振動子。
【請求項９】
前記溝が、第１，第２の圧電体層を貫通するように設けられており、それによって、第１の圧電体層が、第３分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部に分割されており、
前記第１分割圧電体層部及び第３分割圧電体層部と、前記第２分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部とを接合する接合材層が、前記溝内に設けられており、
前記溝を隔てて、前記第１の外部電極が、第３分割外部電極と、第４分割外部電極とに分断されており、第３及び第４分割外部電極を電気的に接する第２の導通手段をさらに備える、請求項７に記載の音叉型圧電振動子。
【請求項１０】
回転角速度を検出するためのジャイロモジュールに用いられる音叉型圧電振動子であって、
前記内部駆動電極が駆動用電極であり、前記第１，第２の外部電極のうち、少なくとも一方が検出用電極である、請求項６〜９のいずれか１項に記載の音叉型圧電振動子。
【請求項１１】
回転角速度を検出するためのジャイロモジュールに用いられる音片型圧電振動子であって、
前記内部駆動電極が駆動用電極であり、前記第１，第２の外部電極のうち、少なくとも一方が検出用電極である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の音片型圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子に関し、特に、分極方向が厚み方向において逆方向とされている第１，第２の圧電体層を接合してなる構造を有する音片型圧電振動子及び音叉型圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラの手振れ防止用センサや自動車のナビゲーション用回転角速度検出装置として、振動ジャイロが広く用いられている。このような振動ジャイロに用いられる振動子として、従来、音叉型圧電振動子が用いられている。【０００３】
下記の特許文献１には、振動ジャイロに用いられる音叉型圧電振動子の一例が開示されている。図１６（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に記載の音叉型圧電振動子の平面図及び底面図である。図１６（ａ）では、断面ではないが、電極位置を示すために、電極には斜め方向に平行な複数の曲線からなるハッチングが施されている。【０００４】
音叉型圧電振動子１００１は、一対の脚部１００２，１００３及び脚部１００２，１００３の一端を連結している基台部１００４とを有する。すなわち、矩形の圧電基板にスリット１００５を形成することにより、一対の脚部１００２，１００３が形成されている。図１６（ａ）において黒い太線で示されている部分は、圧電基板の上面に形成された溝１００６，１００７である。【０００５】
図１６（ｃ）に脚部１００２，１００３から形成されている部分の横断面を示す。音叉型圧電振動子１００１では、圧電基板が、第１，第２の圧電体層１００８，１００９を積層した構造を有する。圧電体層１００８，１００９間に、内部浮き電極１０１０が形成されている。圧電体層１００８と圧電体層１００９とは図示の矢印で示すように厚み方向において逆方向に分極処理されている。【０００６】
圧電体層１００８の上面には、電極１０１１〜１０１３が形成されている。電極１０１１，１０１３は、溝１００６，１００７の外側領域に形成されている。電極１０１２は、溝１００６，１００７間の領域に形成されている。【０００７】
音叉型圧電振動子１００１では、電極１０１１，１０１３を駆動もしくは検出用電極とし、電極１０１２を検出または駆動用電極として用いている。【０００８】
圧電振動子１００１では、駆動または検出用電極としての電極１０１２が、図示しない発振回路に接続されている。それによって、脚部１００２，１００３の先端が遠ざかった状態と、近接した状態とを繰り返す振動が生じる。また、圧電振動子１００１が振動ジャイロの振動子として用いた場合、回転角速度が加わると、脚部１００２，１００３の振動方向が変化する。この変化により、電極１０１２，１０１３には、コリオリ力に対応した逆相の信号が発生する。従って、回転角速度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００７／１２５６１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の音叉型圧電振動子１００１では、圧電基板の下面に電極としての金属膜を形成していない。そのため、動作時に応力がかかる部分に金属膜が形成されていないので、温度特性を改善することができるとされている。【００１１】
しかしながら、音叉型圧電振動子１００１において、圧電基板で圧電効果を発現するのは、圧電体層１００８のみである。すなわち、圧電体層１００８と圧電体層１００９とを積層した構造を有するにもかかわらず、圧電効果を発現する部分は、電極１０１１〜１０１３と、内部浮き電極１０１０とで挟まれた圧電体層１００８のみである。従って、駆動効率が十分でなく、例えば回転角速度の検出用センサとして用いた場合、感度を高めることが困難であった。【００１２】
ところで、圧電体層１００９による圧電効果を利用するには、圧電体層１００９の下面にも駆動用電極を設ければよいと考えられる。しかしながら、音叉型圧電振動子１００１では、一対の脚部１００２，１００３間において、電極面積が等しいことが強く求められる。駆動電極が、圧電体層１００９の下面にも形成される場合、すなわち、圧電体層１００８の上面の駆動用電極としての電極１０１１と、圧電体層１００９の下面の駆動用電極とを設ける場合、脚部１００２と脚部１００３との間で駆動用電極の面積のバランスを図ることが難しくなる。加えて、音叉型圧電振動子１００１では、電極１０１１，１０１２が、駆動用電極及び検出用電極を兼ねているため、駆動効率及び検出効率をそれぞれ高めるように電極１０１１〜１０１３を配置することが困難であるという問題もあった。【００１３】
本発明の目的は、複数の圧電体層による圧電効果を利用して駆動効率を高めることができ、しかも電極の設計及び加工を容易に行うことが可能であり、設計の自由度を高め得る、音片型圧電振動子及び音叉型圧電振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る音片型圧電振動子は、厚み方向に分極処理された第１の圧電体層と、前記第１の圧電体層に積層されており、厚み方向において、第１の圧電体層と逆方向に分極処理されている第２の圧電体層と、前記第１，第２の圧電体層間に積層されており、かつ前記第１，第２の圧電体層間の界面の面方向において隔てられた第１の内部駆動電極及び第２の内部駆動電極と、前記内部駆動電極と第１の圧電体層を介して対向するように前記第１の圧電体層の外表面に形成された第１の外部電極と、前記内部駆動電極と第２の圧電体層を介して対向するように前記第２の圧電体層の外表面に形成された第２の外部電極とを備える。【００１５】
本発明に係る音片型圧電振動子では、第１の内部駆動電極と、第２の内部駆動電極の界面に直交する方向における位置は等しくともよく、異なっていてもよい。【００１６】
また、第１及び第２の外部電極の少なくとも一方の外側に、第１，第２の圧電体層と異なる材料、または同じ材料からなる特性調整層を設けてもよい。特性調整層の材料や厚みを選択することにより、音片型圧電振動子の特性を容易に調整することができる。【００１７】
本発明に係る音片型圧電振動子のさらに他の特定の局面では、前記第２の圧電体層の厚み方向に延び、少なくとも第２の圧電体層を貫通するように溝が形成されており、該溝により、第２の圧電体層が、第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部に分断されており、前記第２の外部電極が、前記第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部の外表面に形成されている、第１分割外部電極及び第２分割外部電極を有し、前記第１分割外部電極及び前記第２分割外部電極を導通する第１の導通手段をさらに備える。【００１８】
本発明では、前記溝が、第１，第２の圧電体層を貫通するように設けられていてもよい。それによって、第１の圧電体層が、第３分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部に分割される。この場合、前記第１分割圧電体層部及び前記第３分割圧電体層部と、前記第２分割圧電体層部及び前記第４分割圧電体層部とを接合する接合材層が、前記溝内に設けられており、前記溝を隔てて、前記第１の外部電極が、第３分割外部電極と、第４分割外部電極とに分断されることになる。また、前記第３及び第４分割外部電極を電気的に接する第２の導通手段がさらに備えられる。【００１９】
本発明に係る音叉型圧電振動子は、長さ方向を有し、溝を隔てて対向されている第１，第２の脚部と、第１，第２の脚部の一端を接合している基台部とを有する音叉型の形状を有する音叉型圧電振動子であって、前記第１の脚部と前記第２の脚部とを含む構造は、少なくとも一つの本発明に従って構成されている音片型圧電振動子からなる。【００２０】
本発明に係る音叉型圧電振動子のある特定の局面では、前記第１の脚部及び前記第２の脚部が、それぞれ、本発明に従って構成されている音片型圧電振動子からなる。【００２１】
本発明に係る音叉型圧電振動子の他の特定の局面では、音片型圧電振動子において、前記第２の圧電体層の厚み方向に延び、かつ少なくとも第２の圧電体層を貫通するように溝が形成されている。該溝により、第２の圧電体層が、第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部に分断されている。前記第２の外部電極が、前記第１分割圧電体層部及び第２分割圧電体層部の外表面に形成されている、第１分割外部電極及び第２分割外部電極とを有する。前記第１分割外部電極及び前記第２分割外部電極を導通する第１の導通手段がさらに備えられている。前記第１の脚部が、前記溝の一方側に設けられている前記第１分割圧電体層部及び前記第１外部電極を有し、前記第２の脚部が、前記溝の他方側に設けられている前記第２の分割圧電体層部及び前記第２分割外部電極を有する。それによって、一個の前記音片型圧電振動子により前記第１及び第２の脚部が構成されている。【００２２】
本発明に係る音叉型圧電振動子のさらに別の特定の局面では、前記溝が、第１，第２の圧電体層を貫通するように設けられており、それによって、第１の圧電体層が、第３分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部に分割されており、前記第１分割圧電体層部及び第３分割圧電体層部と、前記第２分割圧電体層部及び第４分割圧電体層部とを接合する接合材層が、前記溝内に設けられており、前記溝を隔てて、前記第１の外部電極が、第３分割外部電極と、第４分割外部電極とに分断されており、第３及び第４分割外部電極を電気的に接する第２の導通手段をさらに備える。【００２３】
本発明に係る音片型または音叉型圧電振動子のさらに別の特定の局面によれば、回転角速度を検出するためのジャイロモジュールに用いられる音片型または音叉型圧電振動子が提供される。その場合、前記内部駆動電極が駆動用電極であり、前記第１，第２の外部電極のうち、少なくとも一方が検出用電極として用いられる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る音片型圧電振動子では、第１，第２の圧電体層間の界面の面方向に隔てられている第１，第２の内部駆動電極と、第１の外部電極との間に第１の圧電体層が挟まれており、第１，第２の内部駆動電極と第２の外部電極との間に第２の圧電体層が挟まれている構造を有するため、第１，第２の圧電体層の双方の圧電特性を利用することができる。従って、例えば振動ジャイロに用いられる振動子として用いた場合、駆動効率を高めることができる。しかも、駆動電極は、第１，第２の内部駆動電極であり、第１，第２の外部電極は、第１，第２の圧電体層の外表面に形成すればよいため、第１の内部駆動電極が構成されている部分と第２の内部駆動電極が構成されている部分との間で第１，第２の外部電極の面積のバランスを容易に図ることができる。よって、設計の自由度を高めることができる。【００２５】
特に、第１，第２の内部駆動電極間が第１，第２の圧電体層の内少なくとも一方の圧電体層を貫通するように設けられた溝により隔てられている場合、本発明に従って、駆動効率に優れた音叉型圧電振動子を提供することができる。【００２６】
そして、第１，第２の外部電極が検出用電極として用いられ、第１，第２の内部駆動電極が駆動用電極として用いられるので、振動ジャイロの振動子として用いた場合、電極の設計及び加工が容易となる。そのため、設計の自由度を高めることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る音片型圧電振動子の斜視図及び横断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る音片型圧電振動子の第１の変形例を示す横断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る音片型圧電振動子の第２の変形例を示す横断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る音片型圧電振動子の第３の変形例を示す横断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る音片型圧電振動子の横断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る音片型圧電振動子の第１の変形例を示す横断面図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る音片型圧電振動子の第２の変形例を示す横断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る音叉型圧電振動子の横断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る音叉型圧電振動子の第１の圧電体層上の電極構造、第１，第２の圧電体層間の界面における電極構造及び第２の圧電体層の下面に形成されている電極構造をそれぞれ示す各模式的平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る音叉型圧電振動子の横断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、第４の実施形態の音叉型圧電振動子に係る電極構造を示す各模式的平面図である。（ａ）は検出用電極が形成されている部分の平面図である。（ｂ）は第１の圧電体層の上面に形成された電極構造を示す模式的平面図である。（ｃ）は第１，第２の圧電体層間の界面に形成されている内部駆動電極の電極構造を示す模式的平面図である。（ｄ）は第２の圧電体層の下面に形成されている電極構造を示す模式的平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態に係る音叉型圧電振動子の横断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る音叉型圧電振動子の第１の圧電体層上の電極構造、第１，第２の圧電体層間の界面における電極構造及び第２の圧電体層の下面に形成されている電極構造をそれぞれ示す各模式的平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に係る音叉型圧電振動子、比較例１及び比較例２の音叉型圧電振動子の各駆動モードのインピーダンス特性を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５の実施形態に係る音叉型圧電振動子、比較例１及び比較例２の音叉型圧電振動子の各検出モードのインピーダンス特性を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）は従来の音叉型圧電振動子の平面図であり、（ｂ）はその底面図である。（ｃ）は一対の脚部が設けられている部分の横断面図である。（ｄ）は基台部の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２９】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る音片型圧電振動子の斜視図及び横断面図である。
【００３０】
音片型圧電振動子１は、細長いストリップ状の圧電体２を有する。すなわち、細長い矩形の平面形状を有する圧電体２が用いられている。
【００３１】
圧電体２は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスからなる。図１（ｂ）に示すように、圧電体２は、上方の第１の圧電体層３と、下方の第２の圧電体層４とを有する。第１の圧電体層３と、第２の圧電体層４との界面に、第１の内部駆動電極５と、第２の内部駆動電極６とが形成されている。
【００３２】
本実施形態では、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６とは、圧電体２内の同じ高さ位置にある。すなわち、同一平面内において、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６とが圧電体２の長さ方向に延びるギャップ２ａを隔てて対向されている。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、第１，第２の内部駆動電極５，６は、圧電体２の一対の端面２ｂ，２ｃに露出している。また、第１の内部駆動電極５は、側面２ｄに露出しており、第２の内部駆動電極６は側面２ｅに露出している。もっとも、第１，第２の内部駆動電極５，６は、圧電体２の外表面に必ずしも露出されておらずともよい。好ましくは、本実施形態のように、第１，第２の内部駆動電極５，６は、圧電体２の外表面に露出され、それによって駆動効率を高めることができる。
【００３４】
後述するように、第１，第２の内部駆動電極５，６は、使用に際しては、異なる電位に接続される。
【００３５】
第１，第２の内部駆動電極５，６は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらの合金などの適宜の金属材料を用いて構成することができる。第１，第２の内部駆動電極５，６と、第１，第２の圧電体層３，４とを有する構造は、周知のセラミックス一体焼成技術を用いて得ることができる。
【００３６】
第１の圧電体層３と第２の圧電体層４とは、厚み方向に分極処理されている。もっとも、図１（ｂ）に示すように、第１の圧電体層３の分極方向と、第２の圧電体層４の分極方向とは逆方向とされている。
【００３７】
圧電体２の上面には、第１の外部電極７が形成されている。圧電体２の下面には第２の外部電極８が形成されている。第１，第２の外部電極７，８は、圧電体２の上面及び下面それぞれを全面を覆うように形成されている。もっとも、第１，第２の外部電極７，８は、第１，第２の内部駆動電極５，６と対向し得る限り、圧電体２の上面及び下面の全面にそれぞれ形成される必要は必ずしもない。
【００３８】
第１，第２の外部電極７，８は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらの合金などの適宜の金属により構成することができる。第１，第２の外部電極７，８の形成方法は特に限定されず、蒸着、メッキ、スパッタリングまたは導電ペーストの塗布等により行い得る。
【００３９】
本実施形態の音片型圧電振動子１は、例えば振動ジャイロのような角速度検出用振動子として用いることができる。使用に際しては、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６とを駆動電極として用いる。もっとも、第１の内部駆動電極５と、第２の内部駆動電極６とは異なる電位が与えられる。
【００４０】
第１の外部電極７及び第２の外部電極８は、検出用電極として用いられる。この場合、本実施形態の音片型圧電振動子１では、一層の第１，第２の圧電体層３，４間の界面に設けられた一層の第１，第２の内部駆動電極５，６により圧電体２を駆動させることができる。
【００４１】
ここで、第１の内部駆動電極５が形成されている圧電体部分を第１の振動部１Ａとし、第２の内部駆動電極６が形成されている部分を第２の振動部１Ｂとする。
【００４２】
第１の振動部１Ａでは、第１の内部駆動電極５が、第１の圧電体層３を介して第１の外部電極７と対向されており、かつ第２の圧電体層４を介して第２の外部電極８と対向されている。同様に、第２の振動部１Ｂでは、第２の内部駆動電極６が第１の圧電体層３を介して第１の外部電極７と対向されており、かつ第２の圧電体層４を介して第２の外部電極８と対向されている。従って、振動部１Ａ及び振動部１Ｂのいずれにおいても、第１，第２の圧電体層３，４の圧電効果を利用して振動部１Ａ，１Ｂを駆動することができる。
【００４３】
図１６に示した従来の音叉型圧電振動子１００１では、圧電体層１００８，１００９が積層されている構造を有するが、圧電体層１００８の圧電効果を利用して駆動されていた。従って、圧電体層１００９は駆動に利用されていなかったため、駆動効率が低かった。
【００４４】
これに対して、本実施形態によれば、圧電体層３，４の双方が利用されるので、駆動効率を効果的に高めることができる。
【００４５】
しかも、本実施形態では、第１，第２の圧電体層３，４間の界面に、すなわち同じ平面内に第１，第２の内部駆動電極５，６が形成されているので、周知のセラミックス一体焼成技術を用いて、効率良く圧電体２を得ることができる。また、第１，第２の内部駆動電極５，６は、圧電体グリーンシート上に内部電極ペーストの印刷等により高精度に形成することができる。よって、振動部１Ａ及び振動部１Ｂにおける電極面積の比も高精度にかつ容易に制御することができる。
【００４６】
図２〜図４は、上記実施形態の音片型圧電振動子１の変形例を示す各横断面図である。
【００４７】
図２に示す第１の変形例では、第１の内部駆動電極５の高さ位置と、第２の内部駆動電極６の高さ位置が異なっている。その他の点については、上記音片型圧電振動子１と同様である。
【００４８】
第１の変形例のように、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６の高さ位置を異ならせてもよい。このような構造も、周知のセラミックス一体焼成技術を用いて容易に構成することができる。すなわち、圧電体２を得るための数枚の圧電体グリーンシートを積層するにあたり、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６とを異なる圧電体グリーンシート上に形成しておけばよい。
【００４９】
もっとも、第１，第２の圧電体層３，４の厚みは、振動部１Ａと振動部１Ｂとで異なることとなる。すなわち、図２に示すように、第１の内部駆動電極５の上方の第１の圧電体層３の厚みは、第２の内部駆動電極６の上方の第１の圧電体層３の厚みよりも厚くなる。
【００５０】
図３に示す第２の変形例では、第１の内部駆動電極５の上面に、特性調整層としての追加層９が積層されている。その他の点は、第２の変形例は、上記実施形態の音片型圧電振動子１と同様である。このように、第１，第２の圧電体層３，４と異なる材料からなる追加層９を設けてもよい。追加層９は、第２の外部電極８の下面に設けられてもよく、あるいは第１，第２の外部電極７，８の外側表面の双方に設けられてもよい。
【００５１】
追加層９を構成する材料としては、目的に応じて適宜選択すればよい。例えば切削性の良い材料からなる追加層９を設けることにより、追加工による周波数調整を容易に行うことができる。また、破壊強度の高い材料からなる追加層９を設けることにより、振動子の破壊強度を高めることができる。
【００５２】
図４に示す第３の変形例では、図１に示した音片型圧電振動子１が厚み方向に２層積層された構造を有する。すなわち、上下に、第１，第２の音片型圧電振動子１Ｃ，１Ｄが積層されている。従って、音片型圧電振動子１Ｃの第２の外部電極と、音片型圧電振動子１Ｄの第１の外部電極とが、内部電極１０により兼ねられている。このように、第１の実施形態の音片型圧電振動子１を複数層厚み方向に積層してもよく、積層数は３以上であってもよい。
【００５３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る音片型圧電振動子２１の横断面図である。音片型圧電振動子２１は、第１の実施形態の音片型圧電振動子１と同様に、ストリップ状の圧電体２２を用いて形成されている。もっとも、圧電体２２の下面に溝２３が形成されている。この溝２３は、図１（ａ）の一点鎖線２９で示すように、ストリップ状の圧電体の下面から上方に至る溝を加工することにより形成できる。
【００５４】
圧電体２２は、溝２３が形成されていることを除いては、第１の実施形態の圧電体２と同様に構成されている。上記溝２３は、図１（ｂ）のギャップ２ａが形成されている部分に相当する部分に設けられている。溝２３は、圧電体２２の長さ方向全長にわたっている。また、溝２３は、本実施形態では、第２の圧電体層４を厚み方向に貫通し、第１の圧電体層３の下方部分に至っている。もっとも、溝２３の深さすなわち圧電体２２の高さ方向寸法は特に限定されない。
【００５５】
本実施形態では、上記溝２３の形成により、第２の外部電極８が第１分割外部電極８Ａと、第２分割外部電極８Ｂとに分割されている。そして、溝２３の一方側に第１の内部駆動電極５が、他方側に第２の内部駆動電極６が配置されている。従って、溝２３の一方側に第１の振動部２１Ａが、他方側に第２の振動部２１Ｂが構成されている。
【００５６】
また、第１分割外部電極８Ａと、第２分割外部電極８Ｂとが、導通手段としてのボンディングワイヤー２４により電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤー２４に代えて、適宜の導電性接続剤を用いることや、振動子の接合先の部材を介して導通することができる。
【００５７】
本実施形態の音片型圧電振動子２１は、上記のように、溝２３の形成により、第２の外部電極８が第１分割外部電極８Ａ及び第２分割外部電極８Ｂに分割されていること、導通手段としてのボンディングワイヤー２４が設けられていることを除いては、第１の実施形態と同様である。従って、同一部分においては、同一の参照番号を付することによりその説明を省略する。
【００５８】
上記圧電体２２を得るに際しては、溝２３が形成される前の構造、すなわち図１に示した圧電体２を周知のセラミックス一体焼成技術により得る。次に、溝２３を加工する。
【００５９】
駆動に際しては、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６との間に電圧を印加することにより、第１，第２の振動部２１Ａ，２１Ｂを駆動する。
【００６０】
この場合、ボンディングワイヤー２４により第１，第２の分割外部電極８Ａ，８Ｂが電気的に接続されているので、振動部２１Ａ及び２１Ｂの双方を確実に駆動することができる。本実施形態においても、第１，第２の圧電体層３，４の双方の圧電効果を利用して駆動することができるので、駆動効率を高めることができる。
【００６１】
第２の実施形態においても、周知のセラミックス一体焼成技術により、第１の実施形態の圧電体２と同様の構造を得た後に、溝２３を形成するだけでよいため、容易にかつ高精度に第１，第２の振動部２１Ａ，２１Ｂを形成することができる。しかも、第１の振動部２１Ａの電極構造と、第２の振動部２１Ｂの電極構造を容易にかつ確実にバランスさせることができる。
【００６２】
図６は、第２の実施形態の音片型圧電振動子２１の第１の変形例を示す横断面図である。本変形例では、第１の振動部２２Ａと第２の振動部２２Ｂとを分断するよう溝２３Ａが圧電体２２を貫通し、第１の圧電体２２Ａと、第２の圧電体２２Ｂとに分割されている。もっとも、溝２３Ａに充填された接合材２５により第１の圧電体２２Ａと第２の圧電体２２Ｂとが接合されている。このように、溝は圧電体を厚み方向に貫くように形成されてもよい。上記接合材２５としては、適宜の接着剤、例えばエポキシ系接着剤などの絶縁性接着剤を用いることができる。
【００６３】
本実施形態では、第１，第２の圧電体２２Ａ，２２Ｂに圧電体が分割されているので、第１の外部電極についても、第３分割外部電極７Ａと、第４分割外部電極７Ｂとに分割されている。そして、第３分割外部電極７Ａ及び第４分割外部電極７Ｂを電気的に接続するように、導通手段としてのボンディングワイヤー２６が設けられている。なお、ボンディングワイヤー２４と同様にボンディングワイヤー２６もまた、他の導電性接合材により形成されてもよい。
【００６４】
本変形例においても、第１，第２の外部電極において、第１分割内部電極８Ａと、第２分割外部電極８Ｂとが、また第３分割内部電極７Ａと第４分割内部電極７Ｂとがそれぞれ、ボンディングワイヤー２４，２６により電気的に接続されているため、音片型圧電振動子２１と同様に、駆動することができる。
【００６５】
また、その他の構造については音片型圧電振動子２１と同様であるため、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
さらに、図７に示す第３の変形例のように、第１の圧電体２２Ａと、第２の圧電体２２Ｂとの高さ位置を異ならせるようにして、接合材２５により接合してもよい。この場合には、第１の内部駆動電極５と第２の内部駆動電極６との高さ位置が異なることとなる。すなわち、第１，第２の内部駆動電極５，６は、第２の実施形態においても同じ高さ位置にある必要は必ずしもない。
【００６７】
（音叉型圧電振動子の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態としての音叉型圧電振動子の横断面図である。また、図９（ａ）〜（ｃ）は、該音叉型圧電振動子の異なる高さ位置における電極構造を示す各模式的平面図である。
【００６８】
本実施形態の音叉型圧電振動子３１は、第２の実施形態の音片型圧電振動子２１を用いて一対の脚部を構成した音叉型圧電振動子に相当する。
【００６９】
図８は、音叉型圧電振動子３１の第１の脚部３２と第２の脚部３３が構成されている部分の横断面図である。図９（ａ）は、音叉型圧電振動子３１の平面図であり、図８の横断面は、図９（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う部分の断面である。
【００７０】
音叉型圧電振動子３１は、第１の脚部３２と、第２の脚部３３と、基台部３４とを有する。基台部３４とは、細長い矩形ストリップ状の第１，第２の脚部３２，３３の一端を連結している部分である。
【００７１】
第１の脚部３２の先端と、第２の脚部３３の先端とは、溝としてのスリット３５を介して隔てられている。音叉型圧電振動子３１を構成する圧電体３６は、細長い矩形板状の圧電体に、上記スリット３５を一旦中央から長さ方向に延びるように形成することにより得ることができる。
【００７２】
この圧電体３６の上面に、第１の外部電極３７が形成されている。第１の外部電極３７は、第１，第２の脚部３２，３３の上面に形成されており、かつ基台部３４の上面にも至っている。図８の一点鎖線Ｄは基台部３４上に位置している第１の外部電極３７を模式的に示す。すなわち、第１，第２の脚部３２，３３の上面の第１の外部電極３７は、一体に形成されている。
【００７３】
圧電体３６は、第１の圧電体層３８と、第１の圧電体層３８の下面に積層された第２の圧電体層３９とを有する。第１，第２の圧電体層３８，３９は、厚み方向に分極処理されている。もっとも、圧電体層３８，３９の分極方向は図８に矢印で示すように逆方向とされている。
【００７４】
第１の圧電体層３８と第２の圧電体層３９との界面には、図９（ｂ）に示す第１の内部駆動電極５Ａ，５Ｂ、第２の内部駆動電極６Ａ，６Ｂが形成されている。すなわち、第１の脚部３２において、第１，第２の内部駆動電極５Ａ，６Ａが形成されており、第２の脚部３３において、第１，第２の内部駆動電極５Ｂ，６Ｂが形成されている。
【００７５】
本実施形態では、第１の内部駆動電極５Ａ，５Ｂ及び第２の内部駆動電極６Ａ，６Ｂは、細長いストリップ状の形状を有している。すなわち、細長いストリップ状の形状の第１，第２の脚部３２，３３において、ギャップ３６ａ，３６ｂを介して第１，第２の内部駆動電極５Ａ，６Ａ及び第１，第２の内部駆動電極５Ｂ，６Ｂが対向されている。内側に位置している第２の内部駆動電極６Ａと、第１の内部駆動電極５Ｂとは電気的に絶縁されている。
【００７６】
また、図９（ｃ）に示すように、圧電体３６の下面には、外部電極３８Ａ，３８Ｂが形成されている。
【００７７】
外部電極３８Ａは、第１の脚部３２の下面から基台部３４に至るように形成されている。同様に、外部電極３８Ｂは第２の脚部３３の下面から基台部３４に至るように形成されている。もっとも、基台部３４の下面において、外部電極３８Ａと、外部電極３８Ｂは電気的に絶縁されている。
【００７８】
ところで、第１の脚部３２，３３には、第２の実施形態の音片型圧電振動子２１の溝２３と同様の溝３９Ａ，３９Ｂがそれぞれ形成されている。従って、第１の脚部３２においては、溝３９Ａを介して、外部電極３８Ａは、分断されている。もっとも、基台部３４の下面において、溝３９Ａの両側の外部電極が連ねられている。すなわち、図８の導通部材４０Ａは、外部電極３８Ａの基台部３４の下面に至っている部分により構成されている。
【００７９】
同様に、図８の導通部材４０Ｂは、外部電極３８Ｂの基台部３４の下面に至っている部分により構成されている。
【００８０】
図９を、図５に示した第２の実施形態の音片型圧電振動子２１と対比すれば明らかなように、第１の脚部３２及び第２の脚部３３が、それぞれ、音片型圧電振動子２１に相当し、これらが基台部３４において連結されている構造が、本実施形態の音叉型圧電振動子３１に相当する。
【００８１】
従って、音叉型圧電振動子３１は、音片型圧電振動子２１と同様の製造方法により、ただし、上記スリット３５を形成する加工を施すことにより、容易に得ることができる。
【００８２】
本実施形態の音叉型圧電振動子３１の駆動に際しては、第１，第２の内部駆動電極５Ａと６Ａ間，５Ｂと６Ｂ間にそれぞれ、電圧を印加することにより圧電体３６を振動させることができる。この場合、第１，第２の圧電体層３８，３９の双方を利用することができるので、駆動効率を高めることができる。また、上記のように、圧電体３６は、周知のセラミックス一体焼成技術を用いて得ることができる。従って、第１の脚部３２側及び第２の脚部３３側のそれぞれにおいて、溝３９Ａ，３９Ｂの両側の振動部における電極構造を容易にかつ高度にバランスさせることができる。
【００８３】
駆動に際しては、第１の内部駆動電極５Ａと、第１の内部駆動電極５Ｂとを同電位とする。また、第２の内部駆動電極６Ａと、第２の内部駆動電極６Ｂとを同電位とする。もっとも、第１の内部駆動電極５Ａ，５Ｂの電位と、第２の内部駆動電極６Ａ，６Ｂとの電位とを異ならせる。このようにして、音叉型圧電振動子３１を駆動することができる。
【００８４】
また、振動ジャイロの振動子として用いる場合、検出用電極としては、外部電極３８Ａ，３８Ｂを用いることができる。もっとも、検出用電極としては、第１の外部電極３７を用いてもよい。
【００８５】
図１０及び図１１（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の音叉型圧電振動子の変形例を示す横断面図及び各高さ位置における電極構造を示す平面図である。なお、図１０は図１１（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す。本変形例が第３の実施形態と異なるところは、第１の外部電極３７の上面に、さらに、圧電体層４２が積層されており、かつ圧電体層４２の上面に検出用電極４４，４５が形成されていることにある。従って、その他の点については第３の実施形態と同一であるため、同一部分については、同一の参照番号を付することによりその説明を省略する。
【００８６】
圧電体層４２，４３は、厚み方向に分極処理されている。圧電体層４２，４３は、第１の圧電体層３８と厚み方向において順方向逆方向のどちらに分極処理されていてもよい。圧電体層４２は、前述した第１，第２の圧電体層と同じ圧電体材料で構成されていてもよく、異なる圧電材料で構成されていてもよい。
【００８７】
検出用電極４４，４５は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕまたはこれらの合金などの適宜の金属材料により形成することができる。
【００８８】
本変形例の音叉型圧電振動子４１では、圧電体層４２及び検出用電極４４，４５が設けられているため、音叉型圧電振動子４１の上面側において各速度を検出用信号を取り出すことができる。また、圧電体層４２が設けられているため、検出感度を高めることができる。
【００８９】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る音叉型圧電振動子の横断面図であり、図１３（ａ）〜（ｃ）は該音叉型圧電振動子の異なる高さ位置にある電極構造を示す各模式的平面図である。なお、図１２は、図１３（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００９０】
第４の実施形態に係る音叉型圧電振動子５１は、前述した音叉型圧電振動子３１と同様の構造を有する。異なるところは、図１３（ａ）に示すように、圧電体の上面に形成されている第１の外部電極が、２つの第１の外部電極３７Ａ，３７Ｂに分割されていることにある。すなわち、第１の脚部３２上に形成されている第１の外部電極３７Ａと、第２の脚部３３の上面に形成されている第１の外部電極３７Ｂとに第１の外部電極が分割されている。また、第１の内部駆動電極５Ｂと第２の内部駆動電極６Ａとが基台部で連ねられている。その他の構造は、音叉型圧電振動子３１と同様であるため、同一部分については、同一の参照番号を付することによりその説明を省略する。
【００９１】
もっとも、音叉型圧電振動子５１を振動ジャイロの振動子として用いる場合、駆動に際しては第１の脚部３２と、第２の脚部３３とを逆相で駆動する。すなわち、駆動に際しては、第１の脚部３２の第１の内部駆動電極５Ａと、第２の脚部３３に設けられている第２の内部駆動電極６Ｂとを同電位とする。内側に位置している第１の内部駆動電極５Ｂと第２の内部駆動電極６Ａとを同電位とする。そして、第１の内部駆動電極５Ａ及び第２の内部駆動電極６Ｂの電位と、第２の内部駆動電極６Ａ及び第１の内部駆動電極５Ｂの電位とを異ならせる。
【００９２】
そして、第１の外部電極３７Ａと、第１の外部電極３７Ｂは電気的に接続しない。第１の外部電極３７Ａ及び３７Ｂと、第１，第２の脚部３２，３３の下面に形成されている外部電極３８Ａ，３８Ｂとを検出電極として用いる。
【００９３】
従って、本実施形態の音叉型圧電振動子５１では、駆動により、第１の脚部３２と第２の脚部３３とが遠ざかった状態と、近接した状態とを繰り返すように振動する。
【００９４】
また、検出に際しては、上記第１の外部電極３７Ａ，３７Ｂと、外部電極３８Ａ，３８Ｂとの間で、角速度に応じた信号を取り出すことができる。
【００９５】
図１４及び図１５に、本実施形態の音叉型圧電振動子５１を用いた場合の駆動モード時及び検出モード時のインピーダンス特性を示す。
【００９６】
比較のために、以下の比較例１及び比較例２についても、駆動時及び検出モード時のインピーダンス特性を測定した。結果を図１４及び図１５に示す。
【００９７】
比較例１：音叉型圧電振動子１００１と同様の構造を有し、ただし、電極１０１１，１０１２，１０１３を駆動用電極及び検出用電極として用い、内部浮き電極１０１０は浮き電極とした。
【００９８】
比較例２：音叉型圧電振動子１００１の圧電体層１００８を２層重ねた構造を有し、電極１０１１，１０１２，１０１３を駆動用電極及び検出用電極として用いた。２層の圧電体層は内部浮き電極１０１０に対して線対称となるように配置した。
【００９９】
図１４から明らかなように、駆動モード時には、上記実施形態と比較例２のインピーダンス特性における山谷比は同等であるが、比較例１では非常に山谷比が小さくなっていることがわかる。なお、山谷比とは、インピーダンス特性における反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比をいうものとする。山谷比が大きいほど駆動効率が高いことを示す。よって、図１４から明らかなように、本実施形態によれば、比較例１に比べ、駆動効率を効果的に高め得ることがわかる。
【０１００】
また、図１５から明らかなように、検出モード時では、山谷比は、比較例１及び比較例２に比べ、上記実施形態によれば、非常に大きくし得ることがわかる。従って、本実施形態によれば、検出モード時の効率を大幅に高め得ることがわかる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…音片型圧電振動子
１Ａ，１Ｂ…第１，第２の振動部
１Ｃ，１Ｄ…第１，第２の音片型圧電振動子
２…圧電体
２ａ…ギャップ
２ｂ，２ｃ…端面
２ｄ，２ｅ…側面
３，４…第１，第２の圧電体層
５，６…第１，第２の内部駆動電極
５Ａ…第１の内部駆動電極
５Ｂ…第１の内部駆動電極
６Ａ…第２の内部駆動電極
６Ｂ…第２の内部駆動電極
７…第１の外部電極
７Ａ…第３分割外部電極
７Ｂ…第４分割外部電極
８…第２の外部電極
８Ａ…第１分割外部電極
８Ｂ…第２分割外部電極
９…追加層
１０…内部電極
２１…音片型圧電振動子
２１Ａ，２１Ｂ…第１，第２の振動部
２２…圧電体
２２Ａ，２２Ｂ…第１，第２の圧電体
２３，２３Ａ…溝
２４…ボンディングワイヤー
２５…接合材
２６…ボンディングワイヤー
２９…一点鎖線
３１…音叉型圧電振動子
３２，３３…第１，第２の脚部
３４…基台部
３５…スリット
３６…圧電体
３６ａ，３６ｂ…ギャップ
３７…第１の外部電極
３７Ａ，３７Ｂ…第１の外部電極
３８…第１の圧電体層
３８Ａ，３８Ｂ…外部電極
３９…第２の圧電体層
３９Ａ，３９Ｂ…溝
４０Ａ，４０Ｂ…導通部材
４１…音叉型圧電振動子
４２，４３…圧電体層
４４，４５…検出用電極
５１…音叉型圧電振動子
【図１】
2012081294.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2012081294.tif 000014
【図１３】
2012081294.tif 000015
【図１４】
2012081294.tif 000016
【図１５】
2012081294.tif 000017
【図１６】
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【国際調査報告】
2012081294.tif 000019
2012081294.tif 000020
2012081294.tif 000021
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