JP4636086B2 - 振動子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
振動子1は、図11(a)に示すように、たとえば第1の圧電体基板2aおよび第2の圧電体基板2bを含む。第1の圧電体基板2aおよび第2の圧電体基板2bは、接合層3を介在させながら積層される。また、第1の圧電体基板2aおよび第2の圧電体基板2bは、図11(a)の矢印で示すように、互いに逆の厚み方向に分極している。そして、第1の圧電体基板2aの主面には、その幅方向に間隔を隔てて2つの分割電極4a,4bが形成される。また、第2の圧電体基板2bの主面には、共通電極5が形成される(特許文献1参照)。
振動子1は、たとえば、角速度を検知するための圧電振動ジャイロに使用される。振動子1における分割電極4a,4bおよび共通電極5に、たとえば正弦波信号などの駆動信号が印加される。この駆動信号によって、第1の圧電体基板2aおよび第2の圧電体基板2bは、互いに逆に変位する。この場合、第1の圧電体基板2aがその主面に平行する方向に伸びているときには、第2の圧電体基板2bはその主面に平行する方向に縮む。逆に第1の圧電体基板2aがその主面に平行する方向に縮んでいるときには、第2の圧電体基板2bはその主面に平行する方向に伸びる。そのため、第1の圧電体基板2aおよび第2の圧電体基板2bは、その主面に直交する方向に屈曲運動する。この状態で中心軸Oにおいて振動子1が回転すると、2つの分割電極4a,4bから異なる信号が出力されるため、2つの分割電極4aと分割電極4bの出力信号の差をとることにより、その回転角速度に応じた信号を検出することができる。この出力信号から、回転角速度を知ることができる。
振動子6は、四角柱状の振動体7の対向面に、それぞれ電極8a,8b,8cおよび8d,8e,8fが形成されている。そして、振動体7は、電極8eから電極8a,8b,8cに向かって分極されており、さらに、電極8eから電極8d,8fに向かってそれぞれ分極されている。(特許文献2参照)。
また、別の接合層を有しない振動子として、図11(c)に示すような振動子8が開示されている。
振動子9は、たとえば四角柱状の振動体10を含み、1つの主面には、その長手方向に延びるように、かつその幅方向に間隔を隔てて2つの分割電極11a,11bが形成されている。また、振動体10の分割電極11a,11b形成面に対向する主面には、共通電極12が全面に形成される。そして、振動体10の分割電極11a,11b形成面側は、分割電極11a,11bに向かって強く分極され、共通電極12側は、弱く分極されている。これは、あらかじめ厚み方向に分極された振動体10の一方面側をキュリー点以上の温度に加熱して分極を弱めると同時に、他方面を冷却して分極を残すことにより達成される(特許文献3参照)。
上述したような振動子6、9は、接合層を有しないので、接合層を設けていたことによる従来の不都合は生じない。
また、振動子6は、接合型の振動子1に比べて、電気機械結合係数の値が小さいという問題があった。また、ユニモルフ型である振動子9は、分極の一部の方向を変えた振動子6に比べて、電気機械結合係数はよいものの、駆動信号によって変位する部分が振動体10の厚み方向の一方側だけであるため、接合型の振動子1の半分以下の電気機械結合係数しか得られないといった問題があった。
このように、接合型の振動子では、生産効率に問題があり、接合層を有しない振動子では、電気機械結合係数が小さい、すなわち、電気エネルギと機械エネルギとの変換効率が劣るという問題があった。
上述した振動子は、接合層のない振動体の厚み方向の両側において、ほぼ逆向きの分極となっているため、振動子の分割電極および共通電極に駆動信号を印加することにより、振動体の厚み方向の両側において逆向きの変位が発生する。
この振動子の製造方法によれば、1枚の基板から上述のような構造の振動子を、同時に複数個、得ることができる。
この振動子の製造方法によれば、1枚の基板から上述のような構造の振動子を同時に複数個、得ることができる。さらに、基板の一方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる際において、その第1の溝の深さを調整することによって、反転させる分極の部分の割合を調整することができる。
また、本願発明にかかる振動子は、1枚の振動体の厚み方向の両側において逆向きの分極が形成されている。よって、分割電極および共通電極に駆動信号を印加することで、振動体の厚み方向の両側において逆向きの変位が発生することから、結果、電気機械結合係数が大きくなる。
さらに、本願発明にかかる振動子は、接合層がないことから、温度変化などによる接合層の状態変化がなく、かかる変化による検出感度の劣化が小さい。
本願発明の製造方法によれば、溝に形成された電極を用いることにより、1枚の振動体の厚み方向の両側で異なる向きの分極が可能である。
したがって、1枚の基板から本願発明の構造の振動子を複数個得ることができる。
さらにまた、本願発明の製造方法によれば、上述した振動子の製造方法を応用することにより音叉型振動子やH型振動子といった振動子についても容易に製造することが可能である。
22a,22b,22c,22d 側面
24 振動体
26 共通電極
28a,28b 分割電極
30 第1分極部
32 第2分極部
34 基板
36、38 全面電極
40a,40b 第1の溝
42a,42b 電極
44a,44b 第2の溝
60 連結部
120,150 音叉型振動子
220,250 H型振動子
振動子20は、長手方向に延びる4つの側面22a,22b,22c,22dを有する四角柱状の振動体24を含む。そして、振動体24の1つの側面22aの全面には、共通電極26が形成される。該共通電極26が形成された側面22aに対向する側面22bの長手方向に延びるようにして、側面22bの幅方向における中央部で分割されるように分割電極28a,28bが形成される。
このような振動子20を形成するために、まず、基板34が準備される。
基板34の一方主面および他方主面には、図2(a)に示すように、全面電極36,38が形成される。
基板34の一方主面および他方主面の両面の対向する位置において、図2(b)に示すように、一定間隔で平行に第1の溝40a,40bが形成される。基板34の一方主面および他方主面にそれぞれ形成された第1の溝40a,40bに電極42a,42bが形成される。結果、全面電極36,38と電極42a,42bとが接続される。なお、図2(b)において、電極42a,42bは、第1の溝40a,40bに隙間なく完全に満たされた状態となっているが、それに限るものではなく、第1の溝40a,40bの側面および底面に対して電極42a,42bが全面的に接触していれば良い。
図2(c)に示すように、第1の溝40a,40bに形成された電極42a,42bの部分にさらに第1の溝40a,40bよりも幅が広くかつ浅い第2の溝44a,44bが形成される。結果、全面電極36,38と電極42a,42bとが分離することとなる。
図2(d)において、基板34の一方主面の全面電極36における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図2(d)に示す点線48に示すように、幅広の第2の溝44a,44bに沿って基板34は切断されて、複数の振動子20が形成される。このとき、第1の溝40a,40b内の電極42a,42bは除去される。
さらに、上述した振動子20の製造方法によると、第1の溝40aに形成された電極42aと全面電極36との間、および第1の溝40bに形成された電極42bと全面電極38との間に電圧を印加することにより、1枚の振動体24の厚み方向の両側で、異なる向きの第1分極部30および第2分極部32の形成が可能となる。また、単板から多数の振動子20を同時に得ることができる。
振動子50は、長手方向に延びる4つの側面22a,22b,22c,22dを有する四角柱状の振動体24を含む。そして、振動体24の1つの側面22aの全面には、共通電極26が形成される。該共通電極26が形成された側面22aに対向する側面22bには、その長手方向に延びるようにして、側面22bの幅方向の中央部で分割されるように分割電極28a,28bが形成される。
このような振動子50を形成するためには、まず、基板34が準備される。
基板34の一方主面および他方主面には、図4(a)に示すように、全面電極36,38が形成される。そして、図4(a)の矢印に示すように、その基板34は、厚み方向、すなわち、基板34の一方主面から他方主面の方向の全域にわたって分極される。
基板34の一方主面において、図4(b)に示すように、一定間隔で平行に第1の溝40aが形成される。基板34の一方主面に形成された第1の溝40aには、電極42aが形成される。結果、全面電極36と電極42aとが接続される。なお、図4(b)において、電極42aは、第1の溝40aに隙間なく完全に満たされた状態となっているが、それに限るものではなく、第1の溝40aの側面および底面に対して電極42aが全面的に接触していれば良い。
つづいて、図4(c)に示すように、基板34の一方主面の第1の溝40aに形成された電極42aの部分にさらに第1の溝40aよりも幅が広くかつ浅い第2の溝44aが形成される。結果、全面電極36と電極42aとが分離することとなる。
図4(e)において、基板34の一方主面の全面電極36における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図4(e)に示す点線48に示すように、幅広の第2の溝44a,44bに沿って基板34は切断されて、複数の振動子50が形成される。このとき、第1の溝40a内の電極42aは除去される。
さらに、上述した振動子50の製造方法によると、全面電極36と全面電極38との間に電圧を印加することで振動体24の厚み方向に分極した後、第1の溝40aに形成された電極42aと全面電極36との間に電圧を印加することにより、1枚の振動体24の厚み方向の両側で、異なる向きの第1分極部30および第2分極部32の形成が可能となる。
また、振動子50の製造方法によると、第1の溝40aの深さを調整することで、第1分極部30の範囲を調整することができる。それにより振動子のバイモルフ振動の状態を調整することができる。さらに、該振動子50を単板から多数同時に得ることができる。
音叉型振動子120は、並んで配置される2つの振動子20を含む。これらの振動子20の一方端側は、連結部60で連結され、全体として音叉型に形成される。2つの振動子20は、図1に示す振動子20と同様の構成であり、連結部60は、振動子20を構成する振動体24と同じ材料で形成される。連結部60の対向部には、2つの振動子20に並んで延びるように、電極42a,42bが形成されているが、これらの電極42a,42bは、音叉型振動子120の製造工程において形成された電極42a,42bが残ったものであり、音叉型振動子120の動作には、関係のないものである。
音叉型振動子120は、図2(a)から図2(c)に示す工程を含み、分極された基板34が形成される。次に、図6に示すように、基板34の一方主面の全面電極における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図6の点線48に示すように、溝が形成された部分のうち、1つおきに基板34が切断され、中央部に溝を有する複数の基板が形成される。このようにして得られた基板の溝部分において、基板の一方端側を残して、基板が切断される。これにより、2つの振動子20と連結部60とが形成され、音叉型振動子120を得ることができる。
音叉型振動子150は、並んで配置される2つの振動子50を含む。これらの振動子50の一方端側は、連結部60で連結され、全体として音叉型に形成される。2つの振動子50は、図3に示す振動子50と同様の構成であり、連結部60は、振動子50を構成する振動体24と同じ材料で形成される。連結部60の対向部には、2つの振動子50に並んで延びるように、電極42aが形成されているが、この電極42aは、音叉型振動子150の製造工程において形成された電極42aが残ったものであり、音叉型振動子150の動作には、関係のないものである。
音叉型振動子150は、図4(a)から図4(d)に示す工程を含み、分極された基板34が形成される。次に、図8に示すように、基板34の一方主面の全面電極における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図8の点線48に示すように、溝が形成された部分のうち、1つおきに基板34が切断され、中央部に溝を有する複数の基板が形成される。このようにして得られた基板の溝部分において、基板の一方端側を残して、基板が切断される。これにより、2つの振動子50と連結部60とが形成され、音叉型振動子150を得ることができる。
H型振動子220は、並んで配置される2つの振動子20を含む。これらの振動子20の中央部は、連結部60で連結され、全体としてH型に形成される。2つの振動子20は、図1に示す振動子20と同様の構成であり、連結部60は、振動子20を構成する振動体24と同じ材料で形成される。連結部60の対向部には、2つの振動子20に並んで延びるように、電極42a,42bが形成されているが、これらの電極42a,42bは、H型振動子220の製造工程において形成された電極42a,42bが残ったものであり、H型振動子220の動作には、関係のないものである。
H型振動子220は、図2(a)から図2(d)に示す工程を含み、分極された基板34が形成される。次に、図6に示すように、基板34の一方主面の全面電極における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図6の点線48に示すように、溝が形成された部分のうち、1つおきに基板34が切断され、中央部に溝を有する複数の基板が形成される。このようにして得られた基板の溝部分において、基板の中央部を残して、基板が切断される。これにより、2つの振動子20と連結部60とが形成され、H型振動子220を得ることができる。
H型振動子250は、並んで配置される2つの振動子50を含む。これらの振動子50の中央部は、連結部60で連結され、全体としてH型に形成される。2つの振動子50は、図3に示す振動子50と同様の構成であり、連結部60は、振動子50を構成する振動体24と同じ材料で形成される。連結部60の対向部には、2つの振動子50に並んで延びるように、電極42aが形成されているが、この電極42aは、H型振動子250の製造工程において形成された電極42aが残ったものであり、H型振動子250の動作には、関係のないものである。
H型振動子250は、図4(a)から図4(d)に示す工程を含み、分極された基板34が形成される。次に、図8に示すように、基板34の一方主面の全面電極における溝44a間の中心線46上に沿って削られて、分割電極28a,28bが形成される。その後、図8の点線48に示すように、溝が形成された部分のうち、1つおきに基板34が切断され、中央部に溝を有する複数の基板が形成される。このようにして得られた基板の溝部分において、基板の中央部を残して、基板が切断される。これにより、2つの振動子50と連結部60とが形成され、H型振動子250を得ることができる。
Claims (10)
- 長手方向に延びる4つの側面を有する四角柱状の振動体、
前記振動体の1つの側面の全面に形成される共通電極、および
前記共通電極が形成された側面に対向する側面において幅方向に分割されるように形成される分割電極を含み、
前記振動体は、電極の形成されていない側面から前記分割電極方向に分極された第1分極部と、電極の形成されていない側面から前記共通電極方向に分極された第2分極部とを有する、振動子。 - 長手方向に延びる4つの側面を有する四角柱状の振動体、
前記振動体の1つの側面の全面に形成される共通電極、および
前記共通電極が形成された側面に対向する側面において幅方向に分割されるように形成される分割電極を含み、
前記振動体は、電極の形成されていない側面から前記分割電極方向に分極された第1分極部と、前記第1分極部以外の部分において前記分割電極から前記共通電極方向に分極された第2分極部とを有する、振動子。 - 請求項1または請求項2に記載の振動子が2つ並んで配置され、前記2つの振動子が連結部により連結される音叉型振動子であって、
前記2つの振動子の分割電極が、同一面上に形成されるように連結され、
前記連結部は、前記2つの振動子の一方端において適宜な幅で連結されることにより形成される、音叉型振動子。 - 請求項1または請求項2に記載の振動子が2つ並んで配置され、前記2つの振動子が連結部により連結されるH型振動子であって、
前記2つの振動子の分割電極が、同一面上に形成されるように連結され、
前記連結部は、前記2つの振動子の略中央において適宜な幅で連結されることにより形成される、H型振動子。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面および前記他方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第2のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第3のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第4のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間、および前記他方主面の第1の溝に形成された電極と前記他方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極し、前記他方主面の第1の溝に形成された電極から前記他方主面に形成された電極に向かって分極する第5のステップ、
前記一方主面に分割電極を形成する第6のステップ、
前記第2の溝が形成された部分で前記基板を切断する第7のステップを含む、振動子の製造方法。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面から前記他方主面方向に分極する第2のステップ、
前記基板の前記一方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第3のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第4のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第5のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極する第6のステップ、
前記一方主面に分割電極を形成する第7のステップ、
前記第2の溝が形成された部分で前記基板を切断する第8のステップを含む、振動子の製造方法。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面および前記他方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第2のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第3のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第4のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間、および前記他方主面の第1の溝に形成された電極と前記他方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極し、前記他方主面の第1の溝に形成された電極から前記他方主面に形成された電極に向かって分極する第5のステップ、
前記一方主面に分極電極を形成する第6のステップ、
前記第2の溝が形成された部分のうち1つおきに前記基板を切断する第7のステップ、
切断された前記基板の前記第2の溝が形成された部分において、前記基板の一方端側を残して前記基板を切断することにより、2つの振動子と前記2つの振動子の一方端を連結する連結部を形成する第8のステップを含む、音叉型振動子の製造方法。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面から前記他方主面方向に分極する第2のステップ、
前記基板の前記一方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第3のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第4のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第5のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極する第6のステップ、
前記一方主面に分割電極を形成する第7のステップ、
前記第2の溝が形成された部分のうち1つおきに前記基板を切断する第8のステップ、
切断された前記基板の前記第2の溝が形成された部分において、前記基板の一方端側を残して前記基板を切断することにより、2つの振動子と前記2つの振動子の一方端を連結する連結部を形成する第9のステップを含む、音叉型振動子の製造方法。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面および前記他方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第2のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第3のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第4のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間、および前記他方主面の第1の溝に形成された電極と前記他方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極し、前記他方主面の第1の溝に形成された電極から前記他方主面に形成された電極に向かって分極する第5のステップ、
前記一方主面に分極電極を形成する第6のステップ、
前記第2の溝が形成された部分のうち1つおきに前記基板を切断する第7のステップ、
切断された前記基板の前記第2の溝が形成された部分において、前記基板の中央部を残して前記基板を切断することにより、2つの振動子と前記2つの振動子の中央部を連結する連結部を形成する第8のステップを含む、H型振動子の製造方法。 - 基板の一方主面および他方主面に電極を形成する第1のステップ、
前記基板の前記一方主面から前記他方主面方向に分極する第2のステップ、
前記基板の前記一方主面に一定の間隔で第1の溝を入れる第3のステップ、
前記第1の溝に電極を形成する第4のステップ、
前記第1の溝に、前記第1の溝より浅くかつ幅の広い第2の溝をさらに入れる第5のステップ、
前記一方主面の第1の溝に形成された電極と前記一方主面に形成された電極との間に電圧を印加することにより、前記一方主面の第1の溝に形成された電極から前記一方主面に向かって分極する第6のステップ、
前記一方主面に分割電極を形成する第7のステップ、
前記第2の溝が形成された部分のうち1つおきに前記基板を切断する第8のステップ、
切断された前記基板の前記第2の溝が形成された部分において、前記基板の中央部を残して前記基板を切断することにより、2つの振動子と前記2つの振動子の中央部を連結する連結部を形成する第9のステップを含む、H型振動子の製造方法。
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