(57)【要約】【課題】物理量の検出精度が高く、高歩留りにて効率的に製造することが可能な物理量測定装置を提供する。【解決手段】振動ジャイロ１は、圧電基板１０を加工することにより形成された基部１３と、基部１３の一端側から延出する二つの振動腕１１，１２と、を有している。振動腕１１，１２それぞれの基部１３との付け根部分近傍には、凹部２１，２２が形成されている。振動腕１１，１２の凹部２１，２２を含む一方（表側）の主面には、励振電極１５ａ，１６ａがそれぞれ設けられている。凹部２１，２２それぞれの凹底部分には、圧電板５０上に検出電極５５が設けられた圧電薄板５１，５２が接着剤１００により接着・固定されている。凹部２１，２２の開口部の外形は、圧電薄板５１，５２の外形よりも大きく、且つ、圧電薄板５１，５２の外形と近似な形状にて形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板を加工することにより形成された基部と、前記基部から延出する複数の振動腕とを有し、前記振動腕には励振電極が設けられ、前記圧電基板上に、表面に検出電極が設けられた圧電薄板が接着剤により固定されてなり、外部から作用する力により前記振動腕に生じる振動を前記圧電薄板を用いて検出する物理量測定装置であって、
前記圧電基板の前記圧電薄板が固定される領域に、前記圧電薄板の外形よりも大きな開口部を有する凹部が形成されていることを特徴とする物理量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量測定装置において、
前記凹部が、前記振動腕の前記基部との付け根近傍の領域に形成されていることを特徴とする物理量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物理量測定装置において、
前記凹部の開口部の外形が、前記圧電薄板の外形と近似に形成されていることを特徴とする物理量測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量測定装置において、
前記凹部の凹底部分の端部近傍に溝部が形成されていることを特徴とする物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片を用いた物理量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両における車体制御やカーナビゲーションシステムの自車位置検出、また、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能（所謂手ぶれ補正）などを充実させる物理量測定装置としての振動ジャイロセンサ（以下振動ジャイロと呼ぶ）が盛んに使用されている。振動ジャイロは、水晶などの圧電性単結晶物からなるジャイロ振動片により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ振動片の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求めるものである。
振動ジャイロはさまざまな電子機器に応用され、電子機器に要求される高機能化が高まるのに伴って、より高精度な角速度検出が強く求められている。このような要求に応えるものとして、角速度の検出に専用の圧電薄板が設けられた振動ジャイロが、例えば特許文献１に紹介されている。
【０００３】
特許文献１の振動ジャイロ（水晶振動子）は、圧電基板（水晶基板）を加工することにより形成された基部と、基部から延びる複数の振動腕（枝部）とを有し、各振動腕の対向する面に振動ジャイロを励振するための励振電極が形成されている。そして、各励振電極上には、角速度の検出に専用の圧電薄板（薄板状の圧電素子）が接着されて設けられている。
励振させた振動ジャイロに、物体の振動に伴うある角速度の回転力が加わると、それに対応してコリオリ力が各振動腕に発生する。このコリオリ力により、ある瞬間に振動腕が所定方向に変位すると、圧電薄板が圧縮力または伸長力を受けて圧電効果による電位を発生する。この電位を、角速度検出回路に出力することにより、高精度な角速度検出を実現できるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１９４１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の振動ジャイロでは、圧電基板に形成された励振電極上に圧電薄板を接着する構成となっているので、圧電薄板の位置合わせは人の目に頼ったものとなって個人差が生じやすいなど作業性が悪く、圧電薄板の位置ずれが起こる虞があるという問題があった。
また、励振電極の平面上に接着剤により圧電薄板を接着する構成となっているので、圧電薄板を押圧した際にはみ出した接着剤が望まない領域に付着したり、圧電薄板上にのり上がって角速度検出の精度の低下を招く虞があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
〔適用例１〕本適用例にかかる物理量測定装置は、圧電基板を加工することにより形成された基部と、前記基部から延出する複数の振動腕とを有し、前記振動腕には励振電極が設けられ、前記圧電基板上に、表面に検出電極が設けられた圧電薄板が接着剤により固定されてなり、外部から作用する力により前記振動腕に生じる振動を前記圧電薄板を用いて検出する物理量測定装置であって、前記圧電基板の前記圧電薄板が固定される領域に、前記圧電薄板の外形よりも大きな開口部を有する凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、接着剤により圧電薄板を貼り合わせる際に、凹部をガイドとして圧電薄板を容易に位置合わせすることができるとともに、接着剤が周囲に濡れ広がるのを抑止できる。これにより、圧電薄板の位置ずれや接着剤のはみ出しを防止することができるので、物理量の検出精度が高く、高歩留りにて効率的に製造することが可能な物理量測定装置を提供することができる。
【０００９】
〔適用例２〕上記適用例にかかる物理量測定装置において、前記凹部が、前記振動腕の前記基部との付け根近傍の領域に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成の物理量測定装置において、振動腕の基部との付け根近傍は、物理量測定装置の駆動振動、および、外部から物理量測定装置に生じる振動や変位もしくは変形による応力が最も大きく加わる部分である。したがって、基部を含む振動腕の基部との付け根近傍に物理量検出用の圧電薄板が設けられる上記構成によれば、検出信号を効率よく取り出すことができるので、物理量の検出精度をより高めることができるという効果を奏する。
【００１１】
〔適用例３〕上記適用例にかかる物理量測定装置において、前記凹部の開口部の外形が、前記圧電薄板の外形と近似に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、圧電薄板をより位置合わせしやすくなるとともに、圧電薄板の位置精度が向上する効果を奏する。
【００１３】
〔適用例４〕上記適用例にかかる物理量測定装置において、前記凹部の凹底部分の端部近傍に溝部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、圧電薄板の貼り合わせ時に接着剤の一部が溝部に入り込むことにより、余分な接着剤が圧電基板上、あるいは圧電薄板上にのり上がるのを抑制することができるので、より高歩留りにて物理量測定装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、物理量測定装置としての振動ジャイロの一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の振動ジャイロを説明するものであり、（ａ）は表側からみた模式平面図、同図（ｂ）は、裏側からみた模式平面図、同図（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ線断面を示す部分断面図である。なお、図１（ａ）および（ｂ）において、励振電極などの電極部分に斜め線のハッチングを施しているが、これは、各部の構成をわかりやすくする便宜上施しているものであり、金属の断面を示すものではない。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の振動ジャイロ１は、圧電基板１０を加工することにより形成された基部１３と、基部１３の一端側から延出する二つの振動腕１１，１２と、を有している。各振動腕１１，１２それぞれの基部１３との付け根部分近傍の領域には、凹部２１，２２が形成されている。凹部２１，２２それぞれの凹底部分には、凹部２１，２２の開口部の外形と近似な外形の圧電薄板５１，５２が接着・固定されている。
【００１７】
圧電基板１０は、本実施形態では、水晶の単結晶から切り出されたものを使用する。この圧電基板１０を加工することにより形成される振動ジャイロ１の本体部分は、基部１３と、この基部１３の一端側（図において右端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕１１，１２とを備えた、所謂音叉状の外形を有している。
振動腕１１の基部１３との付け根部分近傍には、図１（ｃ）に示すように、基部１３の領域を含めて形成された凹部２１が形成されている。同様に、振動腕１２の基部１３との付け根部分近傍には、基部１３の領域を含めて形成された凹部２２が形成されている（図１（ａ）を参照）。
このような圧電基板１０の音叉状の外形と、各振動腕１１，１２の基部１３との付け根部分近傍に設けられる凹部２１，２２とは、それぞれ例えば水晶ウエハなどの圧電基板材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、振動腕１１，１２の凹部２１，２２を含む一方（表側）の主面には、駆動用の電極である励振電極１５ａ，１６ａがそれぞれ設けられている。また、基部１３の各振動腕１１，１２が延出される一端側と異なる他端側には、外部との接続に供する外部接続電極１７ａ，１８ａが設けられている。外部接続電極１７ａ，１８ａは、それぞれ励振電極１５ａ，１６ａと対応しており、本実施形態では、励振電極１５ａが引き回し配線により外部接続電極１８ａと接続され、励振電極１６ａが引き回し配線により外部接続電極１７ａに接続されている。
同様に、図１（ｂ）に示すように、振動腕１１，１２の他方（裏側）の主面には、励振電極１５ｂ，１６ｂが設けられ、基部１３の他端側には外部接続電極１７ｂ，１８ｂが設けられている。本実施形態では、励振電極１５ｂが引き回し配線により外部接続電極１８ｂと接続され、励振電極１６ｂが引き回し配線により外部接続電極１７ｂに接続されている。
これらの電極は、水晶をエッチングして振動ジャイロ１の外形を形成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層としてその上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィによりパターニングすることによって、図示する形状の各電極を形成することができる。
【００１９】
図１（ｃ）に示すように、振動腕１１の凹部２１の凹底部分には、薄い平板状の圧電板５０上に検出電極５５が設けられた圧電薄板５１が接着剤１００により接着・固定されている。同様に、振動腕１２の凹部２２の凹底部分には、圧電板上に検出電極が設けられた圧電薄板５２が接着剤により接着・固定されている（図１（ａ）を参照）。各圧電薄板５１，５２に設けられた検出電極５５は、上記の励振電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂおよび外部接続電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂと同様な電極形成方法により設けることができる。各圧電薄板５１，５２に設けられた検出電極５５は、振動ジャイロ１の内部配線により外部に引き出されるようになっている（図示せず）。
なお、接着剤１００としては、熱硬化型の接着剤や紫外線硬化型の接着剤など、さまざまなタイプの接着剤を用いることができ、特に紫外線硬化型の接着剤は、硬化時の温度ストレスが殆どかからないので好ましい。また、凹部２１，２２のそれぞれに、励振電極とは絶縁された状態の検出用の電極端子を設ける構成とすれば、接着剤１００として導電性の接着剤を適用して、圧電薄板５１，５２を凹部２１，２２にそれぞれ接着すると同時に、各検出電極５５と前記検出用の電極端子とを電気的に接続することが可能である。
【００２０】
振動腕１１，１２の各凹部２１，２２のそれぞれに圧電薄板５１，５２が固定されて設けられる上記構成において、凹部２１，２２の開口部の外形は、圧電薄板５１，５２の外形よりも大きく、且つ、圧電薄板５１，５２の外形と近似な形状にて形成されている。これにより、音叉状の圧電基板１０に圧電薄板５１，５２を接着剤１００により接着する際に、凹部２１，２２をガイドとして圧電薄板５１，５２を容易に位置合わせすることができるとともに、圧電薄板５１，５２を位置合わせしてから接着剤１００を硬化させるまでの間に、接着剤１００の表面張力や振動などによって圧電薄板５１，５２が動いても、所定の貼り付け位置の範囲内に収めることができる。また、凹部２１，２２により、接着剤１００が周囲に濡れ広がるのを抑止できるので、望まない箇所への接着剤１００の付着を防止できる。
【００２１】
図１（ａ）において、振動ジャイロ１に、励振手段としての発振回路から振動腕１１，１２に駆動電圧を印加して所謂音叉振動させる。このときに、Ｙ方向の回りに回転角速度ωが作用すると、振動腕１１，１２は、Ｘ方向の振動の方向と回転角速度ωとのベクトル積の方向に働くコリオリ力を受けて、ＹＺ平面に沿ってウオーク振動する。このウオーク振動により、圧電薄板５１，５２は圧縮力または伸張力を受け、その結果、圧電薄板５１，５２上の設けられた検出電極５５（図１（ｃ）を参照）には電位が発生する。この電位を外部の角速度検出回路に出力することにより、回転角速度ωを検出することができる。
【００２２】
上記実施形態の振動ジャイロ１によれば、検出用の圧電薄板５１，５２の位置決めが容易で位置ずれが起こり難く、望まない部分への接着剤付着が防止されるので、高歩留りにて効率的に製造することができる。
また、外部から振動ジャイロ１に生じる振動や変位もしくは変形による応力が最も大きく加わる部分である振動腕１１，１２それぞれの基部１３との付け根部分近傍に圧電薄板５１，５２が設けられていることにより、検出信号を効率よく取り出すことができるので、物理量の検出精度をより高めることができるという効果を奏する。
【００２３】
上記実施形態で説明した振動ジャイロ１は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００２４】
（変形例１）
上記実施形態では、各振動腕１１，１２の一方の主面側に凹部２１，２２を形成した。これに限らず、一方の主面側と他方の主面側の両方に凹部を設ける構成としてもよい。
図２は、振動腕の両主面に凹部を設けた構成の振動ジャイロを説明するものであり、図１（ｃ）と同じ断面を示す部分断面図である。なお、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図２に示すように、振動ジャイロ６０の振動腕１１において、圧電基板１０の一方の主面側の基部１３との付け根部分近傍には凹部２１が形成され、一方の主面と対向する他方の主面側にも凹部４１が形成されている。振動腕１１の凹部２１を含む一方の主面側には励振電極１５ａが設けられ、基部１３には外部接続電極１７ａが設けられている。同様に、振動腕１１の凹部４１を含む他方の主面側には励振電極１５ｂが設けられ、基部１３には外部接続電極１７ｂが設けられている。そして、振動腕１１の凹部２１の凹底部分には、圧電薄板５１が接着剤１００により接着・固定されている。
図示はしないが、基部１３から振動腕１１と平行に延出して設けられる振動腕１２においても、両主面の基部１３との付け根部分近傍に凹部が設けられ、さらに励振電極が対向させて設けられているとともに、一方の主面側に設けられた凹部に圧電薄板が接着剤により接着・固定されている。
【００２６】
上記した構成の振動ジャイロ６０によれば、振動腕１１の両主面側から凹部２１，４１が形成された部分は、圧電基板１０の肉厚が薄くなって剛性が低くなることによって検出モードにおける振動腕１１の変形量が大きくなるので、検出感度をより高めることができる。
【００２７】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１では、圧電基板１０に、凹底部分が略平坦な凹部２１，２２，４１を形成した。これに限らず、圧電薄板５１，５２を安定させて固定できれば、凹部の凹底部分の形状を変更することもできる。
図３は、凹部の凹底部分に溝部を設けた振動ジャイロを説明するものであり、（ａ）は一方の振動腕１１のみを示した部分平面図、（ｂ）は、図１（ｃ）と同じ断面を示す部分断面図である。なお、図３（ａ）では、凹部の平面構造を説明する便宜上、凹部上に設けられる圧電薄板５１の図示を省略し、圧電薄板設置位置５１'として想像線（二点鎖線）で示している。また、図３において、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、振動ジャイロ７０の振動腕１１において、圧電基板１０の一方の主面側の基部１３との付け根部分近傍には凹部８１が設けられている。さらに、この凹部８１の凹底部分の長手方向に直交して対向する二辺に沿った両端部近傍には、所定の深さの溝部８２，８３が凹設されている。なお、溝部８２，８３を設ける位置は、凹部８１に圧電薄板５１を固定したときに、圧電薄板５１が安定して固定されて、且つ、圧電薄板５１の外形を含む領域に設ければよく、例えば、凹部８１の長手方向に対向する二辺に沿った両端部近傍に設けてもよく、また、凹部８１の四辺に沿った位置に設けてもよい。
【００２９】
振動腕１１の溝部８２，８３が凹設された凹部８１を含む一方の主面側には励振電極１５ａが設けられ、基部１３には外部接続電極１７ａが設けられている。同様に、振動腕１１の他方の主面側には励振電極１５ｂが設けられ、基部１３には外部接続電極１７ｂが設けられている。そして、振動腕１１の凹部８１の凹底部分には、圧電薄板５１が接着剤１００により接着・固定されている。
図示はしないが、基部１３から振動腕１１と平行に延出して設けられる振動腕１２においても、一方の主面側の基部１３との付け根部分近傍には、凹底部分に溝部が凹設された凹部が設けられ、さらに振動腕の両主面に励振電極が対向させて設けられているとともに、一方の主面側に設けられた凹部に圧電薄板が接着剤により接着・固定されている。
【００３０】
この構成によれば、凹部８１に圧電薄板５１を接着剤１００により接着する際に、接着剤１００の一部が溝部８２，８３に入り込むことにより、余分な接着剤１００が圧電基板１０上、あるいは圧電薄板５１上にのり上がるのを防止することができるので、より高歩留りにて製造することが可能な振動ジャイロ７０を提供することができる。
【００３１】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
また、上記実施形態および変形例で説明した振動ジャイロ１，６０，７０の本体部分を構成する圧電基板１０には水晶を用いたが、これに限定されない。水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることもできる。
【００３３】
また、上記実施形態および変形例では、励振電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂや外部接続電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ、あるいはそれらの引き回し電極、および圧電薄板５１（５２）の検出電極５５などの各電極の形成用金属材料として、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層としてその上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜したものを用いる例を説明した。これに限定されず、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を用いることもできる。また、マグネシウム（Ｍｇ）などを用いることも可能である。
【００３４】
また、上記実施形態および変形例では、物理量測定装置としての振動ジャイロ１，６０，７０について説明した。これに限らず、本発明は、圧電基板を所望の形状に加工して、その表面に励振電極および検出電極を形成した圧電振動片の振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の圧電振動片に対する物理量の影響によって圧電振動片の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を測定する物理量測定装置を対象とする。こうした物理量としては、圧電振動片に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、物理量測定装置としては慣性センサーが好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態および変形例で説明した特定の形態、例えば、振動腕１１，１２や基部１３の形状、および凹部２１，２２，４１，８１の形状は特に限定されない。例えば、上記実施形態および変形例では、基部１３に対して、一対の振動腕１１，１２が設けられた振動ジャイロ１，６０，７０について説明したが、これに限らず、例えば、基部１３を中心として、互いに反対方向に各一対、もしくは複数の数の振動腕が延出して設けられる構成の物理量測定装置に対しても、上記実施形態および変形例と同様の原理に基づいて適用することができる。
また、励振電極１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂや外部接続電極１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ、あるいはそれらの引き回し電極、および圧電薄板５１，５２の検出電極５５の位置や形状についても上記実施形態および変形例の形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は、振動ジャイロの一実施形態を表側からみた模式平面図、（ｂ）は、振動ジャイロを裏側からみた模式平面図、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ線断面を示す部分断面図。
【図２】振動ジャイロの変形例１を説明する部分断面図。
【図３】（ａ）は、振動ジャイロの変形例２を模式的に説明する部分平面図、（ｂ）は、部分断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１，６０，７０…物理量測定装置としての振動ジャイロ、１０…圧電基板、１１，１２…振動腕、１３…基部、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ…励振電極、１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…外部接続電極、２１，２２，４１，８１…凹部、５０…圧電薄板の基材としての圧電板、５１，５２…圧電薄板、５５…検出電極、８２，８３…溝部、１００…接着剤。
【図１】
2009198353.tif 000003
【図２】
2009198353.tif 000004
【図３】
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