(57)【要約】多層ＰＺＴは、複数の積み重ねられたセラミック層を含んでいる。セラミック層のスタックは、頂部のセラミック層を含んでおり、同頂部のセラミック層上には、ＰＺＴを外部の回路に電気的に接続するための負及び正の接点が形成されている。このセラミック層のスタックはまた、負の導電性パターンがその上に形成された少なくとも一つの負に極性化されたセラミック層と、正の導電性パターンがその上に形成された少なくとも一つの正に極性化されたセラミック層とをも含んでいる。ＰＺＴはまた、負の接点と負の導電性パターンとを電気的に接続するための負のパターンとの相互接続部と、正の接点と正の導電性パターンとを電気的に接続するための正のパターンとの相互接続部とをも含んでいる。この多層ＰＺＴは、セラミック同時焼成プロセスを使用して製造することができる。
2004537056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機器の光路長制御装置として使用することができる多層圧電変換器であって、
スタックを形成するために重ね合わされた複数のセラミック層であって、各々が第１及び第２の正反対の面を有しており、前記スタックの第１の端部に設けられた頂部の層であって、一の極性の接点と逆の極性の接点とを含んでいる第１の面上に形成された頂部の導電性パターンを有する頂部の層と、第１の面上に一の極性の導電性パターンが形成された少なくとも一つの極性化された層と、第１の面上に逆の極性の導電性パターンが形成された少なくとも一つの逆に極性化されたセラミック層と、を含んでいる、前記複数のセラミック層と、
前記極性化された導電性パターンと前記極性化された接点との各々を電気的に接続するための極性化されたパターンの相互接続部と、を含む多層圧電変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の多層圧電変換器であって、
前記複数のセラミック層が、前記スタックの前記第１の端部と反対側の第２の端部に設けられ且つ第１の面に導電性パターンが形成された底部のセラミック層を更に含んでいる、多層圧電変換器。
【請求項３】
請求項１に記載の多層圧電変換器であって、
前記一の極性が負であり、前記逆の極性が正であり、前記極性化されたセラミック層が負に極性化されており、前記逆に極性化されたセラミック層が正に極性化されている、多層圧電変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の多層圧電変換器であって、
前記複数のセラミック層が、複数の負に極性化されたセラミック層であって、各々が、その第１の面上に負の導電性パターンが形成された複数の負に極性化されたセラミック層と、複数の正に極性化されたセラミック層であって、各々が、その第１の面上に正の導電性パターンが形成された複数の正に極性化されたセラミック層とを含んでおり、
同複数の負に極性化されたセラミック層と複数の正に極性化されたセラミック層とが、交互の順序で前記スタック内に配列されており、
前記負のパターンの相互接続部が、負の導電性パターンを、互いに電気的に接続させ且つ負の接点に電気的に接続させており、
前記正のパターンの相互接続部が、正の導電性パターンを、互いに電気的に接続させ且つ正の接点に電気的に接続させている、多層圧電変換器。
【請求項５】
請求項４に記載の多層圧電変換器であって、
前記複数のセラミック層が、正に極性化されたセラミック層と同じ数の負に極性化されたセラミック層を含んでいる、多層圧電変換器。
【請求項６】
請求項４に記載の多層圧電変換器であって、
前記セラミック層のスタックが、負の電極面と正の電極面とを有しており、
前記負の接点が前記負の電極面に隣接して配置されており、
各々の負の導電性パターンが、前記負の電極面に隣接して配置された負の電極を含んでおり、
前記負のパターンの相互接続部が、負の接点と負の電極とを互いに電気的に接続させるために、前記負の電極面の少なくとも一部分上に形成された第１の導電性コーティングを含んでおり、
前記正の接点が前記正の電極面に隣接して配置されており、
各々の正の導電性パターンが、前記正の電極面に隣接して配置された正の電極を含んでおり、
前記正のパターンの相互接続部が、正の接点と正の電極とを互いに電気的に接続させるために、前記正の電極面の少なくとも一部分上に形成された第２の導電性コーティングを含んでいる、多層圧電変換器。
【請求項７】
請求項４に記載の多層圧電変換器であって、
前記負のパターンの相互接続部が、
前記負の接点と各々の負の導電性パターンとの中を通過するように前記スタック内に形成された負の通路と、
前記負の接点と各々の負の導電性パターンとを互いに電気的に接続させる、前記負の通路の内側面上に形成された負の通路導電体と、を含み、
前記正のパターンの相互接続部が、
前記正の接点と各々の正の導電性パターンとの中を通過するように前記スタック内に形成された正の通路と、
前記正の接点と各々の正の導電性パターンとを互いに電気的に接続させる、前記正の通路の内側面上に形成された正の通路導電体と、を含んでいる、多層圧電変換器。
【請求項８】
請求項３に記載の多層圧電変換器であって、
各々の負の導電性パターンが、各々の正の導電性パターンの形状に対してほぼ対称形状を有している、多層圧電変換器。
【請求項９】
請求項３に記載の多層圧電変換器であって、
前記頂部の導電性パターンが、前記負の接点及び正の接点から電気的に絶縁されている浮遊部分を更に含んでいる、多層圧電変換器。
【請求項１０】
請求項８に記載の多層圧電変換器であって、
前記頂部の導電性パターンが、前記負の接点、正の接点及び前記浮遊部分を、互いに電気的に絶縁するための絶縁溝を有している、多層圧電変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器のための光路長制御装置（ＰＬＣ）に関し、更に特定すると、リングレーザージャイロスコープのためのＰＣＬにおいて使用することができる同時焼成された圧電変換器及び同圧電変換器を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リングレーザージャイロスコープ（ＲＬＧ）は、一般的には、航空機のような対象物の角速度を測定するために使用される。このようなジャイロスコープは、多数のミラーによる連続的な反射の助けによって閉ループ光路又は“リング”内を動く２つの逆回転（互いに反対方向に回転する）レーザービームを有している。閉じた光路は、ジャイロスコープのフレーム又は“ブロック”の内側にある光共振器によって規定されている。一つのタイプのＲＬＧにおいては、ブロックは、六角形の外周を形成している６個の平らな側面によって境界が形成されている平らな頂面及び底面を含んでいる。このブロックの互いに隣接していない３つの平らな側面は、形状が三角形である光路のコーナーに、３つのミラーのためのミラー取り付け面を形成している。
【０００３】
動作としては、ＲＬＧがその入力軸線（ブロックの平らな頂面及び底面の中心に位置し且つこれらの面に直角である）を中心に回転すると、ビーム間に、名目上角速度に比例する各逆回転レーザービームの有効光路長の変化及び周波数の差が生じる。この差は、次いで、光学的に検知され且つ信号処理電子装置によって測定されて、乗り物の角速度が決定される。ＲＬＧからの信号を最大にするためには、共振器内での逆回転レーザービームの光路長を調整しなければならない。従って、ＲＬＧは、典型的には、光路長制御装置（ＰＬＣ）を含んでおり、このＰＬＣの目的は、最大信号を得るために逆回転レーザービームの光路長を制御することである。
【０００４】
一つのこのような公知のＲＬＧ１４のブロック１２のためのＰＬＣ１０が図１乃至２に図示されている。ＰＬＣ１０は、エポキシ系接着剤２０によってミラー１８に固着されている圧電変換器（ＰＺＴ）１６を含んでいる。エポキシ系接着剤２０は、ＰＺＴ１６とミラー１８との境界面（ＰＺＴ１６の下面２２とミラー１８の上面２４とによって画成されている）を完全に覆っている。ミラー１８は、光学ブロック１２のミラー取り付け面２６に固着されている。ミラー１８は、ブロック１２の光共振器３４（部分的にのみ示されている）のレーザー穴３２（部分的にのみ示されている）と連通している。穴３２は、光共振器３４によって規定されている閉ループ光路３８の一部分を形成している。図１において見ることができるように、ミラー１８は、逆回転レーザービーム４０を、閉ループ光路３８の各々のコーナーで反射させる。
【０００５】
一般的なＰＺＴ１６（おそらく、図２に最も明確に示されている）は、圧電部材の対４２及び４４によって画成されている。圧電部材４２と４４との間に導電性のタブ４５がサンドイッチされており、これらの圧電部材は、導電性エポキシ樹脂の薄い層によって導電性タブ４５に接着されている。互いに逆極性の導電性タブ４１及び４３が、同じく導電性のエポキシ樹脂の薄い層によって、各々、部材４２及び４４の外側の主平面に接着されている。対向した極性リード線４７及び４９が、各々、正の導電性タブ４１及び４３から延びている。もう一つ別のリード線４８が、負の導電性タブ４５から延びている。図１に示されているように、対向した極性リード線４７及び４９は、互いに電気的に接続されて単一のリード線４６を形成しており、リード線４６及び４８は、ＰＺＴ１６から延びており且つ配線板部材５４の端子５０及び５２に接続されている。リード線５８及び５９は、各々、配線板部材５４の端子５０及び５２から延び且つ規定電圧源（図示せず）に接続され、規定電圧源は、次いで、光ビーム４０の強度を監視する検知器（図示せず）に接続される。ＰＺＴ１６は、検知器によって付与される信号に応答して、規定電圧源によって供給された印加電圧を受け、この電圧を、小さいけれども正しく制御された機械的な動きに変える。ＰＺＴ１６のこの機械的な動きは、ミラー１８の並進運動（両頭矢印６０によって示されている）に影響を及ぼし、それによって、レーザービームの光路長を制御する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、多層セラミックの組立体として作られた多層ＰＺＴである。本発明の多層ＰＺＴは、ＰＺＴの頂部の層上に直接形成された多層ＰＺＴ内の他の層に電気的に接続された接点を有しており、規定電圧源は、頂部層上の接点においてＰＺＴに直接結合させることができる。本発明は、光学機器の光路長制御装置として使用することができる多層圧電変換器である。この多層圧電変換器は、複数のセラミック層を含んでおり、これらのセラミック層は、セラミック層の各々が第１及び第２の正反対の面を有しているスタックを形成している。この複数のセラミック層は、スタックの第１の端部に頂部層を含んでおり、同頂部層は、その第１の面上に形成された頂部の導電性パターンを有している。この頂部の導電性パターンは、負の接点と正の接点とを含んでいる。この複数のセラミック層はまた、その第１の面上に導電性パターンが形成された少なくとも一つの極性化されたセラミック層をも含んでいる。この複数のセラミック層は、その第１の面上に形成された交互の導電性パターンを有する付加的な極性化されたセラミック層を含んでいる。
【発明の実施をするための最良の形態】
【０００７】
多層ＰＺＴ２００が図３乃至４に示されており、この多層ＰＺＴは、光学機器の光路長制御装置として使用することができる。ＰＺＴ２００は、円形のセラミック層のスタック２０２を含んでおり、スタック２０２は、同スタック２０２の第１の端部に設けられた頂部のセラミック層２０４と、交互に重ねられた負のセラミック層２０６及び正のセラミック層２０８とを含んでいる。スタック２０２の第１の端部と反対側の第２の端部には、以下に説明するように、負のセラミック層か正のセラミック層か又は実質的に極性を有しないセラミック層であっても良い底部のセラミック層２０９が設けられている。ＰＺＴ２００は、図３乃至４においては、２つの負のセラミック層２０６と、１つの正のセラミック層２０８とを有しているものとして示されているけれども、ＰＺＴ２００は、如何なる数の負のセラミック層２０６と正のセラミック層２０８とによって作ることもできる。スタック２０２のセラミック層は、典型的には、上記したＰＺＴ１００のセラミック層の寸法に類似した寸法を有している。
【０００８】
頂部のセラミック層２０４は、その上面上に頂部の導電性パターン２１０（おそらく、図５に最も明確に示されている）が形成されており、負のセラミック層２０６の各々は、その上面には負の導電性パターン２１２（図６に示されている）が形成されており、正のセラミック層２０８の各々は、その上面上に正の導電性パターン２１４（図７に示されている）が形成されている。以下において詳細に説明するように、底部のセラミック層２０９は、その上面上に、負の導電性パターン２１２又は正の導電性パターン２１４が形成されている。
【０００９】
スタック２０２の側面を覆っている負のキャスティレーション（ｃａｓｔｉｌａｔｉｏｎ：  はんだ付け処理の後にデバイスリードまたはデバイス接点上に残されている合金）２２６が、左側の端縁２２８に形成されている。頂部の導電性パターン２１０内に形成されている負の接点２１６（以下に説明する）、負の導電性パターン２１２及び負のキャスティレーション２２６は、負のキャスティレーション２２６が頂部の導電性パターン２１０の負の接点２１６と負の導電性パターン２１２の各々とを相互に接触させるような形状及び配置とされている。スタック２０２の各層に接続されている正のキャスティレーション２３０が第２の側方端縁２３２に形成されている。頂部の導電性パターン２１０内に形成されている正の接点２１８（以下に説明する）、正の導電性パターン２１４及び正のキャスティレーション２３０は、正のキャスティレーション２３０が頂部の導電性パターン２１０の正の接点２１８と正の導電性パターン２１４の各々とを相互に接触させるような形状及び配置とされている。
【００１０】
頂部の導電性パターン２１０（おそらく、図５に最も明確に示されている）は、負の接点２１６と正の接点２１８とを含んでいる。図示された実施形態においては、負の接点２１６は、第１の側方端縁２２８の近くに円形の外周を有しているほぼ半円形状を有している。正の接点２１８は、概して半月形状を有している。負の接点２１６及び正の接点２１８は、頂部の導電性パターン２１０内に形成された導電性材料が塗布されていない溝２２２４によって互いに分離されており且つ電気的に絶縁されている。負及び正の接点２１６及び２１８は、ＲＬＧのような光学機器の規定電圧源（図示せず）をＰＺＴ２００に結合することができる端子の役目を果たす。
【００１１】
図６に示されている負の導電性パターン２１２は、導電性材料が存在しない第２の側方端縁２３２の近くの半月形状の切り欠き部分２３８以外は概して円形である。負のキャスティレーション２２６は、側方端縁２２８の近くのスタック２０２の表面上に形成された負のパターンのキャスティレーション（図４に示されている）の導電性コーティングが、一つの負の導電性パターン２１２を、他の負の導電性パターン２１２及び負の接点２１６に電気的に接続することができるように、負の導電性パターン２１２に接続されている。正のキャスティレーション２３０は、側方端縁２３２の近くのスタック２０２の表面上に形成された正のパターンのキャスティレーション（図４に示されている）の導電性コーティングが、一つの正の導電性パターン２１４を、他の正の導電性パターン２１４及び正の接点２１８に電気的に接続することができるように、正の導電性パターン２１４に接続されている。負の導電性パターン２１２は、負のセラミック層２０６の外周端縁まで延びておらず、代わりに、溝２４０が、負の導電性パターン２１２の残りの部分を、負のセラミック層２０６の外周端縁から分離し且つ電気的に絶縁している。スタック２０２のセラミック層上に形成された全ての負の導電性パターン２１２は、ほぼ同じ形状を有しているのが好ましい。
【００１２】
図７に示されている正の導電性パターン２１４は、導電性材料が存在しない第１の側方端縁２２８の近くの半月形状の切り欠き部分２４２以外は概して円形である。正のキャスティレーション２３０は、側方端縁２３２の近くのスタック２０２の表面上に形成された正のパターンのキャスティレーション（図４に示されている）の導電性コーティングが、一つの正の導電性パターン２１４を、他の正の導電性パターン２１４及び正の接点２１８に電気的に接続することができるように、正の導電性パターン２１４に接続されている。負のキャスティレーション２２６は、側方端縁２２８の近くのスタック２０２の表面上に形成された負のパターンのキャスティレーション（図４に示されている）の導電性コーティングが、一つの負の導電性パターン２１２を、他の負の導電性パターン２１２及び負の接点２１６に電気的に接続することができるように、負の導電性パターン２１２に接続している。正の導電性パターン２１４は、正のセラミック層２０８の外周端縁まで延びておらず、代わりに、溝２４４が、正の導電性パターン２１４の残りの部分を、正のセラミック層２０８の外周端縁から分離し且つ電気的に絶縁している。スタック２０２のセラミック層上に形成された正の導電性パターン２１４は、全てほぼ同じであるのが好ましい。また、正の導電性パターン２１４は、負の導電性パターン２１２の鏡像であって、ほぼ同じ形状を有していて、正のセラミック層２０８の各々によってＰＺＴ２００に付与された曲げが、負のセラミック層２０６の各々によってＰＺＴ２００に付与される曲げと対称であるようになされていることもまた好ましい。
【００１３】
底部のセラミック層２０９のすぐ隣に隣接したセラミック層がその上に負の導電性パターン２１２（図３乃至４に示されている）が形成されている負のセラミック層２０６である場合には、底部のセラミック層２０９は、その上面上に正の導電性パターン２１４が形成されていて、負の接点２１６と正の接点２１８との間に電圧が発生したときに、すぐ隣の負のセラミック層２０６との間に電圧が発生するようになされている。同様に、底部のセラミック層２０９のすぐ隣のセラミック層が、その上に正の導電性パターン２１４が形成されている正のセラミック層２０８である場合には、底部のセラミック層は、その上面上に負の導電性パターン２１２が形成されていて、負の接点２１６と正の接点２１８との間に電圧が発生したときに、すぐ隣の正のセラミック層２０８との間に電圧が発生するようにするのが好ましい。
【００１４】
底部のセラミック層２０９は、（図３乃至７に示されているように）極性化されていないセラミック層として形成することができる。このような極性化されていない底部のセラミック層２０９の底面２１１は、その上に導電性パターンが形成されている必要はない。このことによって、ＰＺＴ２００の底面２１１とＰＺＴ２００が取り付けられつつある光学機器との間に、より良好なエポキシによる接着が形成され得る。しかしながら、底面２１１上に導電性パターンが形成されていないこのような極性化されていないセラミック層２０９は、負の接点２１６と正の接点２１８とに電圧が印加されたときにＰＺＴ２００に曲げ力をかけず、代わりに、負のセラミック層２０６と正のセラミック層２０８とによって提供される曲げ力に耐えるであろう。
【００１５】
別の方法として、底部のセラミック層２０９は、極性化された層として形成することができる。このような実施形態における極性化された底部のセラミック層２０９の上面に正の導電性パターン２１４が形成されている場合には、このような極性化された底部のセラミック層２０９の底面２１１は、極性化ステップ中に底部のセラミック層２０９との間に電圧が発生され得るように、（他の負の導電性パターン２１２に接続された）負の導電性パターン２１２を有するのが好ましい。同様に、極性化された底部のセラミック層２０９がその上面に負の導電性パターン２１２が形成されている場合には、このような極性化された底部のセラミック層２０９の底面上に（他の正の導電性パターン２１４に接続された）正の導電性パターン２１４が形成されていて、極性化ステップ中に、底部のセラミック層２０９との間に電圧が発生され得るようにするのが好ましい。作動中には、負及び正の接点２１６及び２１８に電圧がかけられたときに、極性化された底部のセラミック装置２０９は、ＰＺＴ２００に曲げ力を付与し且つ負及び正のセラミック層２０６及び２０８によって提供される曲げ力に耐えることができないであろう。しかしながら、底部のセラミック層２０９の底面２１１上に形成された導電性パターンと光学機器との間に形成されるエポキシによる接着は確実性がより低い。
【００１６】
（底部のセラミック層２０９が極性化されるべきである場合には、底部のセラミック層２０９に沿った）負及び正のセラミック層２０６及び２０８は、負のキャスティレーション２２６（負の導電性パターン２１２と電気的に接触している）と、正のキャスティレーション２３０（正の導電性パターン２１４と電気的に接触している）との間に適当な電圧をかけることによって、ＰＺＴ１００のセラミック層が極性化されるのと同じ方法で同時に極性化することができる。また、ＰＺＴ１００と同様に、ＰＺＴ２００の曲がりの対称性を改良するために、極性化ステップ中に極性化される頂部のセラミック層２０４の量を少なくするのが好ましい。
【００１７】
規定電圧源（図３乃至７に示されていない）のような外部回路からの負と正のリード線は、各々、負及び正の接点２１６及び２１８に接続することができる。
図３乃至７に示されたＰＺＴ２００は、ＲＬＧのような光学機器内でＰＬＣとして使用することができる。規定電圧源及び／又はその他の回路は、ＰＺＴ１００の接点１２０及び１２２並びにＰＺＴ２００の接点２１６及び２１８に結合することができる。従って、規定電圧源又はその他の回路をＰＺＴに結合することができる場所を提供するために本発明によるＰＺＴに配線板部材を取り付ける必要がない。規定電圧源は、多層ＰＺＴに電圧をかけるために使用することができ、この多層ＰＺＴは、ＲＬＧのような光学機器内に一定の光路長を維持するために、かけられた電圧を、小さいが正しく制御された機械的な動きに変える。
【００１８】
以上、本発明を好ましい実施形態に関して説明したけれども、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、形体及び細部に変更を施しても良いことを認識するであろう。例えば、使用される層の数及び最終的なＰＺＴの形状は、ＰＺＴが製造される特定の用途に適するように変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、従来の技術による圧電変換器が組み込まれているリングレーザージャイロスコープのための従来技術による光路長制御装置の一部分の断面図である。
【図２】図２は、図１に示された従来技術による圧電変換器の等角図である。
【図３】図３は、本発明による多層圧電変換器の第２の実施形態の等角図である。
【図４】図４は、図３の多層圧電変換器の線８−８に沿った断面図である。
【図５】図５は、図３の多層圧電変換器の頂部導電性パターンの頂面図である。
【図６】図６は、図３の多層圧電変換器の負の導電性パターンの頂面図である。
【図７】図７は、図３の多層圧電変換器の正の導電性パターンの頂面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004537056.tif 000021
2004537056.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004537056.tif 000023
2004537056.tif 000024
【国際調査報告】
2004537056.tif 000025
2004537056.tif 000026
2004537056.tif 000027