JPH11127053A - 圧電振動素子及び圧電振動素子を用いた角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波ＷＢにより接続されるリード線との接
合強度に優れた電極構成を有する圧電振動体及びこれを
用いた圧電振動素子を提供する。 【解決手段】 圧電振動素子である角速度センサは、圧
電体からなる振動部材１および該振動部材１に形成され
た電極にて構成された振動体Ａ１と、この振動体Ａ１を
支持固定する基板２とを備えており、さらに、振動部材
１のＸ１面上の電極１０〜１７が、Ａｌを主成分とする
リード線Ｓにて基板２のリード端子Ｐと超音波ワイヤボ
ンディング（ＷＢ）法により結線された構成となってい
る。電極１０〜１７はリード線Ｓとの接続部分におい
て、リード線Ｓと接続される側にＷＢ用電極１１０〜１
１７を有する二層構造となっている。電極１０〜１７お
よび１１０〜１１７は、それぞれパラジウムを有する銀
厚膜にて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体からなる振
動体であって、ボンディングワイヤと電気的に接続され
る電極を有する圧電振動体およびこれを用いた圧電振動
素子に関するものであり、例えば、角速度センサに用い
て好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧電振動素子としては、
例えば、特開平８−２１０８６０号公報に記載のよう
に、音叉型の圧電振動体を用いた角速度センサが提案さ
れている。その構成を図１３および図１４に示す。圧電
振動体Ａは、圧電体からなる振動部材１とこの振動部材
１の各側面に形成された電極とから構成されている。振
動部材１は、一対の四角柱状のアーム部（振動部）４、
５とこれらアーム部４、５の両端を連結する連結部６に
より音叉形状に構成されている。そして、振動体Ａは、
支持部３を介して基板２に連結固定されている。

【０００３】振動部材１において、略コの字形状を呈し
対向する側面Ｘ１、Ｘ２面のうちＸ１面に、駆動電極１
０、１１、参照電極１２等が配置され、Ｘ１、Ｘ２面と
直交する側面であるＹ１面およびＹ２面に、角速度検出
用の側面電極（検出電極）１８、１９が配置され、Ｘ１
面と対向するＸ２面の全面に、Ｘ１面の各電極および側
面電極１８、１９の基準電位用電極となる共通電極２０
が全面に配置されている。

【０００４】この角速度センサの作動原理は、次のよう
である。すなわち、四角柱状のアーム部４、５の長手方
向に平行なｚ軸と直交するｙ軸方向に、アーム部４、５
をたわませて駆動振動させる。そして、振動しているア
ーム部４、５に回転角速度が入力された時に生じるコリ
オリ力により、上記のｚ軸およびｙ軸と直交するｘ軸方
向に発生するアーム部４、５のたわみ振動を検出振動と
して電気的に検出し、角速度の大きさを求める。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の角速
度センサにおいては、振動部材１上の各電極は、基板２
に設けられる接続端子（図示せず）とワイヤボンディン
グ法（以下、ＷＢと略す）によって結線される。通常Ｗ
Ｂは、はんだ付けに比べて生産性に優れており、それに
よって、振動部材１上の各電極は接続端子を介して外部
回路と接続される。

【０００６】しかし、従来、上記の角速度センサに代表
される圧電振動素子において、ＷＢについての具体的な
方法は検討されていなかった。そこで、本出願人は、先
に、特願平９−１５６９３２号にて、上記の角速度セン
サに基づいてＷＢに関する提案を行った。この先願にお
ける提案は、ＷＢをリード線の材料面から検討したもの
で、圧電振動体において、振動部材上の電極と基板上の
接続端子とを、主成分がアルミニウムよりなるリード線
の超音波ＷＢにて結線するものである。それによって、
加熱することなくボンディングできるので、電極とリー
ド線との接続部分において、振動部材を形成する圧電体
の熱による分極劣化を防止でき、良好なセンサ性能（温
度ドリフト等）を実現できる。

【０００７】ところで、上記先願においては、圧電振動
体の振動時にリード線によって発生する不要振動を小さ
くして温度ドリフトを低減すること、および、ボンディ
ング時にリード線を介して振動部材にかかる荷重を小さ
くして振動部材の破壊を防止することから、リード線の
線径を、例えば、５０μｍ以下の細線としている。しか
しながら、このような細線を用いた場合、電極との接続
面積が小さくなる。そこで、圧電振動素子の信頼性向上
のためには、振動部材上の電極とリード線との超音波Ｗ
Ｂによる接合において、電極面からの検討も行い、更な
る接合強度の向上を図ることが必要となってくる。

【０００８】本発明は、この問題に鑑みなされたもので
あり、超音波ＷＢにより接続されるリード線との接合強
度に優れた電極構成を有する圧電振動体及びこれを用い
た圧電振動素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】種々の電極材質について
実験検討した結果、所定の材質において、優れた接合強
度を有する電極が実現できることを見出した。すなわ
ち、請求項１〜請求項９の発明においては、圧電体から
なる振動部材（１、１０１、２０１）と、この振動部材
に形成された電極（１０〜１７、１１０〜１１７、１２
０〜１２３、１５０〜１５３、２０７〜２１２、２５７
〜２６２）と、上記電極を介して振動部材に対して信号
を入出力するための接続端子（Ｐ）とを備え、上記電極
と接続端子とは、主成分がアルミニウムよりなるリード
線（Ｓ）で結線されており、上記電極は、パラジウムを
含む銀厚膜にて形成されていることを特徴とする。

【００１０】ここで、パラジウムを含む銀厚膜とは、銀
（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）の２成分を含む厚膜をい
う。それによって、超音波ＷＢによる接合において上記
リード線と上記電極との接合強度が向上し、信頼性、耐
久性に優れた圧電振動素子を提供することができる。ま
た、請求項４の発明においては、請求項１ないし請求項
３記載の電極（１０〜１７、１１０〜１１７、１２０〜
１２３、１５０〜１５３、２０７〜２１２、２５７〜２
６２）の総膜厚が、５μｍ以上４０μｍ以下であること
を特徴とする。

【００１１】膜厚が５μｍよりも薄いと、超音波ＷＢの
際の超音波パワーで、厚膜の破壊が発生し、接合部の強
度が劣化する。また、膜厚が４０μｍより厚いと、厚膜
印刷・焼成時において、乾燥および焼成するとき膜内部
に応力の不均一が発生し易く、電極表面に亀裂等が発生
しやすくなる。また、電極はうねりやすくなり、面粗度
の低下を招く。本発明によれば、これらの不具合を防止
することができ、より接合強度を向上できる。

【００１２】また、請求項４の発明のように二層構造と
すれば、各層を独立に構成できるため、振動部材（１、
１０１、２０１）本体およびリード線（Ｓ）のそれぞれ
との接合性を最適化でき、より接合強度が向上できる。
ここで、上記請求項４記載の二層構造において、リード
線（Ｓ）が接続される側の第２の電極（１１０〜１１
７、１５０〜１５３、２５７〜２６２）についてパラジ
ウムと銀の重量比の検討を進めた結果、請求項５および
請求項６記載の発明のように、上記第２の電極は、含有
するパラジウム量がパラジウムと銀の総量に対して５重
量％以上であれば、上記リード線と上記第２の電極との
接合強度をより高いレベルものにできることがわかっ
た。

【００１３】なお、パラジウム（Ｐｄ）を含む銀（Ａ
ｇ）厚膜を圧電体上に形成する場合、通常、Ａｇ−Ｐｄ
導体ペーストを圧電体上にスクリーン印刷し、焼成硬化
により形成する。ここで、パラジウムの融点（約１５５
５℃）は銀（約９６０℃）に比べて高いので、あまり多
くすると第２の電極（１１０〜１１７、１５０〜１５
３、２５７〜２６２）の焼結性が悪くなる。この焼結性
への影響に加え、パラジウムは高価であることから、パ
ラジウムの含有量の上限は、実用上は５０重量％が好ま
しい。

【００１４】また、請求項７に記載のように、請求項４
〜６記載の第１の電極（１０〜１７、１２０〜１２３、
２０７〜２１２）は、その総量に対して、ガラス若しく
は無機酸化物（以下、ガラス等という）の含有量が１重
量％以上３０重量％以下とすれば、圧電体と電極との接
着性が向上し、電極全体の接合強度をより向上させるこ
とができる。

【００１５】ここで、ガラス等は、Ａｇ−Ｐｄ導体ペー
ストに粉末として混合され、焼成時に溶けて圧電体と電
極導体との接着性を向上させるものである。ただし、ガ
ラス等の含有量が多すぎると、焼成時に圧電体を変形さ
せてしまう。また、超音波ＷＢによるリード線（Ｓ）と
電極との接合は、金属原子間の結合で達成されるため、
ガラス等の無機分子の存在は、接合の障害となる。そこ
で、請求項８に記載の発明においては、リード線が接続
される側の第２の電極（１１０〜１１７、１５０〜１５
３、２５７〜２６２）を、ガラス等を殆ど含まない（１
重量％未満、好ましくは０重量％）ものとして、リード
線と電極との接着性を向上させている。

【００１６】ところで、請求項１〜請求項８の各発明に
おけるリード線（Ｓ）は、請求項９記載の発明のよう
に、９０重量％以上がアルミニウムよりなるものである
ことが好ましい。また、請求項１０〜請求項１３に記載
の発明は、圧電振動素子を角速度センサとしたものであ
る。本発明も、振動部材（１、１０１、２０１）上の各
電極（１０、１１、１４〜１７、１１０、１１１、１１
４〜１１７、１２０、１２２、１２３、１５０、１５
２、１５３、２０７、２０９〜２１２、２５７、２５９
〜２６２）を、パラジウムを含む銀厚膜としており、上
記請求項１に記載の発明と同等の接合強度向上効果を有
する角速度センサが得られる。

【００１７】また、請求項１１および請求項１２の発明
においては、上記請求項５および請求項６に記載の圧電
素子と同等の接合強度向上効果を有する角速度センサが
得られる。また、請求項１４に記載の発明によれば、圧
電体からなる振動部材（１、１０１、２０１）と、この
振動部材に形成された電極（１０〜１７、１１０〜１１
７、１２０〜１２３、１５０〜１５３、２０７〜２１
２、２５７〜２６２）とを備えた圧電振動体において、
この電極は、超音波ワイヤボンディング法により主成分
がアルミニウムよりなるリード線（Ｓ）と電気的に接続
されるためのものであって、パラジウムを含む銀厚膜に
て形成されたものであることを特徴とする。

【００１８】それによって、上記請求項１に記載の発明
と同等の接合強度向上効果を有する圧電振動体が得られ
る。また、パラジウムを含む銀厚膜にて形成された電極
（１０〜１７、１１０〜１１７、１２０〜１２３、１５
０〜１５３、２０７〜２１２、２５７〜２６２）につい
て、さらに検討を進めた結果、電極とリード線（Ｓ）の
接合部分の周囲環境がある特定環境である場合に、良好
な接合強度を示すことを見出した。

【００１９】すなわち、請求項１６記載の発明によれ
ば、圧電体からなる振動部材（１、１０１、２０１）
と、この振動部材に形成された電極（１０〜１７、１１
０〜１１７、１２０〜１２３、１５０〜１５３、２０７
〜２１２、２５７〜２６２）とを有する圧電振動体（Ａ
１、Ａ２、Ａ３）を備え、上記電極は、パラジウムを含
む銀厚膜にて形成され、超音波ワイヤボンディング法に
より主成分がアルミニウムよりなるリード線（Ｓ）と電
気的に接続されており、少なくとも上記電極が、窒素雰
囲気にさらされていることを特徴とする。

【００２０】それによって、電極とリード線の接合部分
は窒素雰囲気となる。このような窒素雰囲気において
は、高温下で接合界面に銀−パラジウム−アルミニウム
の拡散層（合金層）が生成する。この拡散層は、主成分
がアルミニウムよりなるリード線とパラジウムを含む銀
厚膜よりなる電極との接合性を維持し、電極の接合強度
を劣化させることがない。

【００２１】従って、本発明によれば、上記請求項１に
記載の発明と同等の接合強度向上効果を有するととも
に、窒素雰囲気における高接合性拡散層の効果により、
より信頼性に優れた圧電振動素子を提供することができ
る。さらに、請求項１７記載の発明のように、圧電振動
体（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が窒素雰囲気にさらされている
ものにすれば、電極（１０〜１７、１１０〜１１７、１
２０〜１２３、１５０〜１５３、２０７〜２１２、２５
７〜２６２）だけでなくこの圧電振動体全体を窒素雰囲
気にするので、より上記の窒素雰囲気における高接合性
拡散層の効果を安定して達成することができる。

【００２２】また、請求項１０〜請求項１７の各発明に
おいても、リード線（Ｓ）は、請求項９記載の発明のよ
うに、９０重量％以上がアルミニウムよりなるものであ
ることが好ましい。また、請求項１６及び請求項１７の
圧電振動素子においても、リード線（Ｓ）は超音波ワイ
ヤボンディング法により結線されたものにできる。な
お、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記
載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）本実施形態は、本発明の圧電振動素子
を圧電振動型の角速度センサとして適用した例を説明す
る。この角速度センサは、例えば、ビデオの手ぶれ防
止、ナビゲーションシステムおよび自動車の車両姿勢制
御等に利用される角速度センサとして使用される。

【００２４】図１は、本実施形態の角速度センサの構成
を示す斜視図である。この角速度センサは、圧電体（本
実施形態ではＰＺＴ）からなる振動部材１とこの振動部
材１に形成された電極とから構成された振動体（圧電振
動体）Ａ１と、この振動体Ａ１を支持固定する基板２と
を備え、振動部材１に形成された電極と基板２のリード
端子（接続端子）Ｐとがリード線Ｓにて電気的に接続さ
れた構成となっている。

【００２５】振動部材１は、一対の四角柱状のアーム部
（振動部）４、５と、両アーム部４、５の一端を連結す
る連結部６からなる音叉形状を構成している。また、連
結部６には、例えば４２アロイ等からなる略エ字型の支
持部３がエポキシ接着剤で接合されている。そして、振
動体Ａ１は、支持部３を介して基板２に溶接固定され、
基板２に形成された凹部２ａによって、振動体Ａ１自身
は基板２に対して平行に浮遊した形となっている。

【００２６】ここで、振動部材１において、両アーム部
４、５の長手方向と平行且つ両アーム部４、５の中央に
位置するｚ軸方向に延びる各側面を、以下のように定義
する。両アーム部４、５と連結部６とが同一平面を形成
し対向する略コ字形状の一対の面であるＸ１、Ｘ２面の
うち、基板２とは反対側の面をＸ１面（第１の側面）、
Ｘ１面と対向する他方の面をＸ２面（第２の側面）とす
る。また、振動部材１の外周に位置し、アーム部４、５
の配列方向であるｙ軸と直交する面であるＹ１、Ｙ２面
のうち、アーム部４側をＹ１面、アーム部５側をＹ２面
とする。

【００２７】そして、Ｘ１面およびＸ２面と略直交する
方向をｘ軸として、上記ｙ軸およびｚ軸とともに、図１
に示すｘｙｚ直交座標系が構成される。以下、本実施形
態において、このｘｙｚ直交座標を用いて説明する。ま
た、以下、ｘ軸方向というのは、ｘ軸と平行な方向であ
ることを意味する。ｙ軸、ｚ軸方向についても同様であ
る。

【００２８】次に、振動部材１に形成された電極構成に
ついて説明する。図２は、振動部材１の外周面上に形成
された各電極の構成を、振動部材１の前後、左右から見
た展開図である。（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、
（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面上の電極構成を示すも
のである。アーム部４、５のＸ１面には、連結部６側か
ら順に、駆動電極１０、１１、参照電極１２、１３、取
出し電極１４、１５、およびパット電極１６、１７が、
それぞれ、導電性膜により形成されている。

【００２９】振動部材１を駆動するための駆動電極１０
および１１は、連結部６を通って、各アーム部４、５の
Ｙ１、Ｙ２面側と、アーム部４、５の互いに対向する対
向面側とに、それぞれ位置している。そして、駆動状態
をモニタし自励発振させるための帰還用としての参照電
極１２、１３は、それぞれ、各アーム部４、５の対向面
側の略中央に位置している。

【００３０】角速度の検出信号を出力するためのパット
電極１６、１７は、それぞれ、各アーム部４、５の先端
部に位置している。また、後述する共通電極２０と電気
的に導通する取出し電極１４、１５は、これら参照電極
１２、１３とパット電極１６、１７との間に位置した形
となっている。また、上記したＸ１面上の各電極１０〜
１７は、その表面のうちリード線Ｓが結線される部分に
おいて、ワイヤボンディング（以下、ＷＢという）用電
極１１０〜１１７を有した二層構造となっている。つま
り、図１に示すｘ軸方向において、第１の電極である振
動部材１本体側の各電極１０〜１７に対して、リード線
Ｓが接続される側のＷＢ用電極１１０〜１１７が第２の
電極として積層された二層構造となっている（図３参
照）。なお、Ｘ１面上の電極１０〜１７においてＷＢ用
電極１１０〜１１７を有する二層構造部分の構成につい
ては、後でさらに詳述する。

【００３１】また、アーム部４、５のＹ１、Ｙ２面に
は、角速度発生時にコリオリ力により生じる検出振動を
検出するための検出電極（側面電極）１８、１９が、そ
れぞれ、Ｘ２面側に偏った位置に形成されている。これ
ら検出電極１８、１９は、それぞれ、第１の接続電極２
１、２２によって、上記のパット電極１６、１７と電気
的に導通している。

【００３２】一方、振動部材１のＸ２面には、上記の駆
動電極１０、１１、参照電極１２、１３、パット電極１
６、１７および検出電極１８、１９の基準電位用電極で
ある共通電極２０がほぼ全面に形成されている。そし
て、共通電極２０は、Ｙ１、Ｙ２面の第２の接続電極２
３、２４を介して、取出し電極１４、１５と電気的に導
通している。

【００３３】以上の各電極１０〜２４および１１０〜１
１７は、導電性のパラジウム（Ｐｄ）を含む銀（Ａｇ）
厚膜によって形成されている。また、振動部材１は、図
１の白抜き矢印に示すように、Ｘ１、Ｘ２面に略直交す
るｘ軸方向に分極処理（なお、向きは逆であってもよ
い）されている。そして、図３に示すように、Ｘ１面上
の駆動電極１０、１１、参照電極１２、１３、取出し電
極１４、１５およびパット電極１６、１７の各電極は、
それぞれ、上記したＷＢ用電極１１０〜１１７を介し
て、導電性のリード線Ｓと電気的に接続されている。

【００３４】これらリード線Ｓは、さらに、振動部材１
のＸ２面と対向する基板２の面Ｋ１に設けられた各リー
ド端子Ｐと結線されており、各電極１０〜１７および１
１０〜１１７は、リード端子Ｐと電気的に接続される。
これらリード線Ｓは、主成分がＡｌよりなる（本例では
９０重量％以上がアルミニウムよりなる）線径が３０μ
ｍの金属線であり、その結線は超音波ＷＢによりなされ
る。

【００３５】リード端子Ｐは、図１に示すように、振動
体Ａ１の両側に複数個（例えば左右４本ずつ）、基板２
を貫通して設けられ、基板２の振動体Ａ１とは反対の面
に突出している。各リード端子Ｐの外周には、絶縁ガラ
ス２ａが配置され、リード端子Ｐと基板２との電気絶縁
を保つ役割を果している。また、リード端子Ｐは、基板
２の振動体Ａ１とは反対の面側にて、外部回路として設
けられる図示しない駆動・検出回路に、電気的に接続さ
れている。従って、駆動・検出回路からの信号は、リー
ド端子Ｐから各電極１０〜１７および１１０〜１１７を
介し、振動部材１に対して入出力される。

【００３６】この駆動・検出回路は、振動部材１への駆
動信号（交流電圧）を発生させ振動部材１のアーム部
４、５を所定の駆動周波数で駆動振動させると共に、ア
ーム部４、５の振動状態から発生する電気信号を駆動周
波数で同期検波する等の検出処理を行い、角速度センサ
に発生するｚ軸回りの角速度Ωｚ（図１参照）を検出す
るように構成されている。

【００３７】また、振動体Ａ１は、基板２外周に接着さ
れる図示しないシェル（蓋体）により覆われて、このシ
ェルと上記の絶縁ガラス（ハーメチックシール）２ａに
よって、振動体Ａ１は外部に対して気密となっている。
このように、振動体Ａ１は基板２に組み付けられ、電気
的配線を施されて、角速度センサとして構成されてい
る。

【００３８】また、基板２には、角速度センサを被測定
物（車両等）の適所に取付けるための図示しない取付部
が形成されており、この取付部は、防振ゴムを介して締
結、接着等により被測定物に取り付けられる。なお、本
実施形態の角速度センサは、図１に示すｚ軸方向を上下
方向として取り付けられる。以上の構成に基づき、本実
施形態の角速度センサの作動について説明する。

【００３９】取出し電極１４、１５を介して、共通電極
２０と駆動電極１０および駆動電極１１との間に、それ
ぞれ位相の１８０度異なる交流電圧（駆動電圧）をｘ軸
方向に印加することにより、各アーム部４、５をｙ軸方
向に駆動振動させる。この時、参照電極１２、１３と共
通電極２０との間を流れる出力電流を検知し、振動状態
をモニタしながらフィードバックを行う。その結果、周
囲温度が変化してもアーム部４、５のｙ軸方向の振幅
（駆動振幅）が一定となるように自励発振制御を行うこ
とができる。

【００４０】上記の駆動振動時に、振動体Ａ１に対し
て、各アーム部４、５の中心位置におけるｚ軸（検出
軸）回りに角速度Ωｚが入力された時、いわゆるコリオ
リ力によりアーム部４、５はたわみ振動を生じ、ｘ軸方
向に角速度Ωｚに比例した検出振動を発生する。この検
出振動によって、検出電極１８、１９と共通電極２０と
の間に発生する出力電流（検出信号）を、第１の接続電
極２１、２２およびパット電極１６、１７を介して検出
して、電圧値に変換することにより上記の角速度Ωｚを
検出する。

【００４１】次に、上記したＸ１面上の電極１０〜１７
および１１０〜１１７の電極構成の詳細を述べる前に、
リード線Ｓを、主成分がアルミニウム（Ａｌ）よりなる
線（以下、アルミ線と略す）とした根拠および線径をφ
３０μｍとした根拠について述べる。従来においては、
ＷＢには金（Ａｕ）線が用いられており、この場合、被
ＷＢ体への加熱（２００〜３００℃）が必要になる。分
極処理された後にＷＢは行われるので、ＰＺＴセラミク
スは、そのような高温になると分極が劣化し、圧電特性
が劣化する。その結果として角速度センサの特性が劣化
する。そのため、加熱を必要としないアルミ線の超音波
ＷＢ法を採用している。

【００４２】さらに、超音波ＷＢ法においては、接合は
線に荷重（線径φ３０μｍの場合、約３０ｇｆ）をかけ
て行われる。また、上述したように、ＰＺＴセラミクス
で形成した振動部材１を、４２アロイで形成した支持部
３にエポキシ接着剤で接合し、基板２に対し振動部材１
が浮遊するように、支持部３を基板２に溶接固定してい
る。

【００４３】すなわち、ＰＺＴセラミクスという強度が
比較的小さい材質を、同じくエポキシ接着材という強度
の小さい材質で、基板２に対し、片持ち支持する構成と
なっている。このような構成においてＷＢする為、ＷＢ
時にかける荷重が過大であると、振動部材１自身もしく
は上記の接着部の破壊が発生する。アルミ線の線径が太
ければ太い程、その荷重は大きくなる。

【００４４】また、アルミ線の線径が太いと、振動部材
１が振動しにくくなる等、振動部材１の振動状態に影響
があり、結果として温度ドリフトの増大等、角速度セン
サの性能低下につながる。高性能を要する車両挙動制御
システム等の角速度センサとしては、温度ドリフトは、
１０°／秒以下（−４０℃〜８５℃において）が好まし
いとされるが、リード線の種々の線径と温度ドリフト性
能との関係を検討した結果、上記の温度ドリフト性能を
実現するには、リード線の線径は、φ５０μｍ以下が、
望ましいことがわかった。但し、リード線自身の加工性
より、無制限に細い径にはできず、実用上は、３０μｍ
程度以上が適当である。

【００４５】以上述べてきたように、本実施形態では、
ＷＢ時の加熱による圧電特性劣化、および線径の過大に
よるＷＢの荷重増大、温度ドリフト性能への悪影響とい
った不具合を無くすために、リード線Ｓは、超音波ＷＢ
法よって線径φ５０μｍ以下（本例では、φ３０μｍ）
のアルミ線を用いて形成されている。次に、上述したＸ
１面上の電極１０〜１７の二層構造部分の構成の詳細に
ついて説明するが、以下に述べる構成は、上述した線径
φ３０μｍという細いアルミ線との接合、および、振動
部材１という圧電振動部材上への形成という制約条件を
鑑みて、検討されたものである。なお、上述したよう
に、電極１０〜１７の二層構造において、振動部材１側
である電極１０〜１７を第１の電極とし、リード線Ｓが
接続される側のＷＢ用電極１１０〜１１７を第２の電極
として述べる。

【００４６】上記の様に、圧電振動部材のＷＢにおいて
は、そのワイヤ線径を大きくすることができない。即
ち、接合部の面積を大きくすることができない。このよ
うな制約においても、本電極構成はＰｄを含む銀厚膜
（Ａｇ−Ｐｄ厚膜）とすることで、充分な接合強度を得
ることができる。これは、本電極構成が以下の〜の
要件を備えているからである。

【００４７】Ａｇ−Ｐｄ厚膜の表面の面粗度が小さ
い。リード線Ｓと接合する第２の電極に、接合の障害
となるようなガラスや、無機酸化物を殆ど含有していな
い（１重量％未満）。高温環境にて進行するＡｇ−Ａ
ｌ間の拡散がＰｄが添加されていることにより、抑えら
れ、接合強度の劣化が抑制される。要件は、例えば、
銀粉の平均粒径を０．１〜２μｍとしたうえで、銀粉の
表面にＰｄをコーティングすることにより、焼結時のＡ
ｇの粒成長を抑制することによって達成される。本実施
形態では、φ５０μｍ以下の細線に好ましい面粗度とし
てＲｚ（平均面粗度）を３μｍ以下とし、接続面の平滑
化を図っている。

【００４８】要件について述べる。Ｐｄを含む銀厚膜
を圧電体上に形成する場合、通常、Ａｇ−Ｐｄ導体ペー
ストを圧電体上にスクリーン印刷し、焼成硬化により形
成する。ガラス若しくは無機酸化物（以下、ガラス等と
いう）は、Ａｇ−Ｐｄ導体ペーストに粉末として混合さ
れ、焼成時に溶けて圧電体と電極導体との接着性を向上
させるものである。ただし、ガラス等の含有量が多すぎ
ると、焼成時に圧電体を変形させてしまう。また、超音
波ＷＢによるリード線Ｓと電極との接合は、金属原子間
の結合で達成されるため、ガラス等の無機分子の存在
は、接合の障害となる。

【００４９】そこで、本実施形態では、第１の電極はガ
ラス入りのＡｇ−Ｐｄ厚膜、第２の電極は、ガラスレス
（１重量％未満）のＡｇ−Ｐｄ厚膜を使用している。こ
こで、第２の電極は、リード線Ｓとの接合の障害となる
ガラスが０重量％であることが好ましい。第１の電極の
ガラス量は、重量比で、１〜３０％のものを使用してい
る。ガラス量が多いとその厚膜を焼き付ける際に振動部
材１が反る。これにより、振動部材１が所定の駆動方向
（本実施形態ではｙ軸方向）に正しく振動せず、結果と
して、不要なノイズを発生させることになるので、ガラ
ス量は、少ない方が望ましい。但し、ガラスを１％以上
含まないとＰＺＴセラミクスと厚膜自身との結合強度を
確保できない。よって、１〜３０％の範囲が望ましい。
なお、ガラスは、無機酸化物であってもよい。

【００５０】また、二層構造のワイヤボンディング箇所
の総膜厚は、５μｍ以上必要である。これ以上薄いと超
音波ＷＢの際の超音波パワーで、厚膜が破壊し、接合部
の強度が劣化する。さらに、総膜厚は４０μｍ以下にす
る必要がある。これ以上になると、厚膜印刷・焼成時に
おいて、乾燥および焼成するとき膜内部に応力の不均一
が発生し易く、電極表面に亀裂等が発生しやすくなる。
また、電極はうねりやすくなり、面粗度の低下を招く。

【００５１】本実施形態によれば、第１の電極と第２の
電極の各層の膜厚を２．５μｍ〜２０μｍとすること
で、総膜厚を５μｍ〜４０μｍとしているため、上記の
不具合が抑えられ、超音波ＷＢの際の超音波パワーによ
る厚膜の破壊防止、厚膜印刷・焼成時における電極表面
の亀裂等の発生防止、および良好な面粗度（Ｒｚが３μ
ｍ以下）の達成を可能としている。

【００５２】次に、本実施形態におけるリード線Ｓの接
合信頼性について、耐久実験を行い検討した結果につい
て述べる。実験は、本実施形態の構成を用いて、Ｘ１面
上の各電極（第１の電極）１０〜１７およびＷＢ用電極
（第２の電極）１１０〜１１７の電極構成において行っ
た。第２の電極として、Ａｇ／Ｐｄ（重量比）＝９８／
２、９５／５、９２／８、９０／１０、８０／２０、７
０／３０のＡｇ／Ｐｄ導体（以上、実施例）、および比
較例として純Ａｇ導体を選定した（いずれも、ガラスフ
リットは含有していない）。また、Ａｇ／Ｐｄ導体にお
いては、銀粉は、粒径０．１μｍ〜０．５μｍで、Ｐｄ
がコーティングされたものとした。

【００５３】これら各重量比のＡｇ／Ｐｄ導体および純
Ａｇ導体（全７種）について、それぞれ、振動部材１上
に形成された第１の電極（Ａｇ／Ｐｄ＝８０／２０ガラ
ス１５％）上に焼き付けて第２の電極を形成した。つま
り、第２の電極の導体が異なる７種の振動体Ａ１を形成
した。これにφ３０μｍのＡｌリード線（形状保持のた
めＳｉを１％含有）を全自動超音波ワイヤボンダーに
て、ワイヤボンディングし、リード線Ｓを形成した。

【００５４】これを、ハーメチックシールのパッケージ
に封入し、８５℃の高温作動耐久実験を実施した。作動
は、振動部材１の固有振動数（約３．２ｋＨｚ）にて、
振幅がアーム部４、５の先端部（検出電極１６、１７の
部分）で８μｍ（振動の片方のピークから他方のピーク
までの値）となるように行った。また、８５℃で行うの
は、センサの使用温度上限であるとともに、要件にて
述べたようにＡｇ−Ａｌ間の拡散は高温で進行し易いた
めである。

【００５５】図４および図５に、耐久結果を示す。図４
は、Ａｇ／Ｐｄ導体（Ａｇ／Ｐｄ＝９０／１０）と純Ａ
ｇ導体（Ａｇ＝１００）において、所定作動時間毎の接
合強度変化を調べたもので、横軸に作動時間（ｈｒ）、
縦軸に所定作動時間後の接合強度（ｇｆ）をとってい
る。図４中、Ａｇ／Ｐｄ導体を白丸マークで示し、純Ａ
ｇ導体を白三角および黒三角マークで示している。

【００５６】接合強度は、引っ張り試験機によりリード
線Ｓを引っ張り、リード線Ｓが図３に示すネック部Ｎに
おいて切れる（ネック切れモード、図４中、白丸および
白三角マークが相当）か、あるいはリード線Ｓが第２の
電極との接合部においてはがれる（はがれモード、図４
中、黒三角マークが相当）かする時の引っ張り荷重であ
る。

【００５７】一方、図５は、接合強度のＰｄ含有量依存
性を示すもので、横軸に、第２の電極におけるＰｄとＡ
ｇの総量に対するＰｄの重量％（０、２、５、８、１
０、２０、３０重量％）を示し、縦軸に８５℃、１００
０時間作動後の接合強度（ｇｆ）をとっている。接合強
度は図４と同じである。また、図５中、黒丸マークは、
はがれモードであり、白丸マークはネック切れモードで
ある。

【００５８】純Ａｇ導体の場合は、５００ｈｒでは、一
部のリード線において接合強度の低下を生じ、はがれモ
ード（黒三角マーク）が発生し、また、１０００ｈｒで
は、接合強度が大幅に低下し、全数のリード線がはがれ
モードとなる。これに対して、Ｐｄを５〜３０重量％添
加した電極においては、耐久１０００ｈｒ後も、接合強
度の低下は生じなく、リード線のはがれはなかった。

【００５９】なお、図４において、時間とともにネック
切れモードにおける接合強度（白丸、白三角マーク）
が、若干低下しているが、これは、高温環境によってリ
ード線Ｓのネック部Ｎ自身の強度が劣化したことに起因
するものであり、リード線と電極との接合強度とは無関
係であると考えられる。ここで、上記の耐久実験におけ
る電極でのリード線のはがれ面は、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）での観察の結果、電極表面が剥ぎ取られたよ
うな様相を呈しており、さらに、オージェ分析（ＡＥ
Ｓ）にてリード線への付着物を元素分析したところ、Ａ
ｇとＡｌの拡散層であることが判明した。

【００６０】このことから、リード線のはがれおよび接
合強度低下は、高温環境下でＡｇ−Ａｌの相互拡散が進
行することによって、低強度の拡散層が生成することに
より、生じるものと考えられる。ここで、上記耐久実験
において、Ｐｄ含有量が、ＡｇとＡｌの拡散層の生成に
与える影響について調べた。図６に、その結果を示す。
各導体（Ｐｄ含有量、０、５、１０、３０重量％）にお
いて、時間とともに拡散層が成長していくが、Ａｇ／Ｐ
ｄ導体ではリード線との接合界面における拡散層の生成
が、純Ａｇ導体の場合に比べ低く抑えられており、Ｐｄ
添加量が多いほど、拡散層の抑制効果が大きいことがわ
かった。

【００６１】よって、上記した要件のように、Ｐｄの
添加によってＡｇ−Ａｌ間の相互拡散が抑えられ、結果
として接合強度の耐久性が向上できると考えられる。従
って、接合強度の耐久性向上のためには、第２の電極
は、Ｐｄが５重量％以上であれば好ましい。また、図４
および図５に示す耐久実験においては、Ｐｄが３０重量
％以上については行っていないが、３０重量％より多く
していっても、Ｐｄの拡散抑制効果により、５〜３０重
量％と同等の効果が得られると考えられる。

【００６２】なお、ＰｄはＡｇに比べて融点（Ｐｄが約
１５５５℃、Ａｇが約９６０℃）が高く、あまり多くす
ると電極の焼結性に悪影響を与えると考えられる。ま
た、ＰｄはＡｇに比べて高価であるため、実用上は５０
重量％以下が好ましい。以上のように、本第１実施形態
によれば、電極材質をＡｇ／Ｐｄ導体とすることによ
り、超音波ＷＢにより接続されるリード線との接合強度
に優れた電極構成を有する圧電振動体および角速度セン
サを提供することができる。

【００６３】（第２実施形態）図７に本第２実施形態の
構造を示すが、本第２実施形態は、上記第１実施形態に
おける振動体（圧電振動体）Ａ１が窒素雰囲気にさらさ
れていることを特徴とする。上記第１実施形態にて振動
体Ａ１を覆うシェル（蓋体）について述べたが、図７
は、その様子を振動部材１のＹ２面側からみた側方透視
図である。なお、本第２実施形態では、主として上記第
１実施形態と異なる部分について述べ、同一部分につい
ては、図中同符号を付して説明を省略する。

【００６４】振動体Ａ１およびリード線Ｓは、基板２外
周に接着されるシェル（蓋体）７により覆われて、この
シェルと上記の絶縁ガラス２ａによって、振動体Ａ１は
外部に対して気密封止されている。シェル７と基板２に
挟まれた内部空間８には、窒素ガスが充填されている。
ここで、基板２へのシェル７の取付けは、リード線Ｓと
電極１１０〜１１７の結線を行った後に行う。

【００６５】このように、内部空間８を窒素雰囲気とし
たのは、アルミのリード線ＳとＡｇ／Ｐｄ製の電極１１
０〜１１７との接合において、良好な接合強度を示すこ
とを見出したためである。次に、窒素雰囲気が両者の接
合に与える効果について、具体的に説明する。窒素雰囲
気とするのは、そもそも電極部分の酸化防止の効果を狙
うことを目的としていた。本発明者等は、実験を重ねて
いくうちに、窒素雰囲気においてアルミのリード線Ｓと
超音波ＷＢによって結線された電極の材質を、Ａｇ／Ｐ
ｄ導体とした場合と、Ａｇ導体とした場合とで、接合強
度に差異が生じることを見出した。

【００６６】実験は、振動部材１上の電極１１０〜１１
７として、Ａｇ／Ｐｄ導体（８０／２０）にしたもの
と、Ａｇ／Ｐｔ導体（９９／１）にしたものを、それぞ
れ作製した。各導体とアルミのリード線Ｓとを超音波Ｗ
Ｂにて結線した後、高温（３８０℃）下で所定時間（１
時間、１０時間）放置後、通常の引っ張り強度試験を行
い、接合強度を求めた。

【００６７】この実験結果を図８のグラフに示す。図８
は、所定時間（縦軸、ｈｒ）毎のリード線と電極との接
合強度（横軸、ｋｇ）変化を示したものである。（ａ）
はＡｇ／Ｐｄ導体（８０／２０）の場合、（ｂ）はＡｇ
／Ｐｔ導体の場合である。なお、Ａｇ／Ｐｔ導体はＰｔ
（白金）が１重量％であり、実質的にＡｇ導体であり、
以下Ａｇ導体ということとする。

【００６８】図８から、電極材質がＡｇ導体の場合は、
接合当初においては高い接合強度を有するのに対し、時
間経過とともに接合強度が低下していく。一方、Ａｇ／
Ｐｄ導体の場合は、時間経過に対して接合強度の変化は
殆ど無く、接合当初の接合強度を維持している。上記高
温放置実験における接合強度の差異の原因を探るべく、
電極でのリード線の剥離面をＳＥＭ観察した結果、接合
界面に形成される拡散層に違いがあることがわかった。
その様子を図９に示す。図９において、（ａ）はＡｇ／
Ｐｄ導体の場合、（ｂ）はＡｇ導体の場合である。

【００６９】Ａｇ／Ｐｄ導体の場合、剥離界面には、Ａ
ｌのリード線側から順に、Ａｇ−Ａｌ拡散層（合金
層）、Ａｇ−Ｐｄ−Ａｌ拡散層（合金層）が形成されて
おり、Ａｇ−Ｐｄ−Ａｌ拡散層部分にて電極（図９
（ａ）中、Ａｇ−Ｐｄ）と剥離している。これに対し
て、Ａｇ導体の場合、剥離界面には、Ａｇ−Ａｌ拡散層
（合金層）が形成されており、この拡散層部分にて電極
と剥離している。

【００７０】上記の剥離面観察結果から、次のようなこ
とが考えられる。Ａｇ導体の場合、接合当初において
は、アルミ線とＡｇ導体とが直接接合されており、高い
接合力を有する。しかし、窒素雰囲気中においては、徐
々に接合界面において、Ａｇ−Ａｌ拡散層が形成されて
いく。そして、この拡散層は、Ａｇ導体との接合力が弱
いため、窒素雰囲気中に放置しておくと、接合力が劣化
してしまう。

【００７１】一方、Ａｇ／Ｐｄ導体の場合、窒素雰囲気
中においては、徐々に接合界面において、Ａｇ−Ａｌ拡
散層とＡｇ−Ｐｄ−Ａｌ拡散層が形成されていく。しか
し、この二重拡散層は、アルミ線とＡｇ／Ｐｄ導体に対
して接合性の高い拡散層である。換言すれば、Ａｇ／Ｐ
ｄ導体の場合、Ａｇ−Ｐｄ−Ａｌ拡散層の形成によっ
て、接合強度が確保されているといえる。

【００７２】従って、振動体Ａ１が窒素雰囲気にさらさ
れる、すなわち、超音波ＷＢによりアルミリード線Ｓと
電気的に接続される電極１１０〜１１７が窒素雰囲気に
さらされたとしても、電極１１０〜１１７はパラジウム
を含む銀厚膜にて形成されているので、接合強度を劣化
させることがなくなる。 （第３実施形態）本発明の第３実施形態を図１０及び図
１１に示す。本実施形態の圧電振動素子も、圧電振動型
の角速度センサとして適用したものである。この角速度
センサは、圧電体（本実施形態ではＰＺＴ）からなる振
動部材１０１とこの振動部材１０１に形成された電極と
から構成された振動体（圧電振動体）Ａ２と、この振動
体Ａ２を支持固定する基板１０９とを備え、振動部材１
０１に形成された電極と基板１０９のリード端子（接続
端子）Ｐとがリード線Ｓにて電気的に接続された構成と
なっている。

【００７３】本実施形態では、上記各実施形態と異な
り、図に示すような４脚音叉形状の圧電体からなる振動
部材１０１を用いている。図１０は本実施形態の角速度
センサの斜視図である。振動部材１０１は、略平行に配
列された４本の四角柱状のアーム部（振動部）１０２、
１０３、１０４、１０５と、各アーム部１０２〜１０５
の片端部を共通に固定支持する共通の連結部１０６とを
有し、櫛形音叉形状を成している。そして、内側一対の
アーム部１０３、１０４が駆動用アーム部、外側一対の
アーム部１０２、１０５が検出用アーム部として構成さ
れている。

【００７４】ここで、図１０に示す様に、アーム部１０
２〜１０５の配列方向をｙ軸、アーム部１０２〜１０５
の長手方向をｚ軸、アーム部１０２〜１０５及び連結部
１０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成
される。ここで、ｚ軸は内側一対のアーム部１０３、１
０４の間の中央部に位置する。以下、このｘｙｚ直交座
標系に基づいて本実施形態を説明する。なお、ｘ軸方向
というのはｘ軸と平行な方向をいうものとし、ｙ軸、ｚ
軸についても同様である。

【００７５】また、振動部材１０１においてｘ軸と略直
交する面のうち基板１０９と対向する面（第２の側面）
をＸ２面とし、このＸ２面とは反対側の面（第１の側
面）をＸ１面とする。また振動部材１０１においてｙ軸
と直交する外側一対のアーム部１０２、１０５の外周面
のうちアーム部１０２側の面をＹ２面とし、アーム部１
０５側の面をＹ１面とする。

【００７６】そして、各アーム部１０２〜１０５および
連結部１０６は、図１０の白抜き矢印で示すように、Ｘ
１面からＸ２面に向かってｘ軸方向に一様に分極処理
（なお、向きは逆であってもよい）されている。１０７
は例えば４２アロイ等の金属から形成された支持部であ
り、中央部が細くくびれた略エの字型形状を成し、この
くびれた部分はトーションビーム１０８として構成され
ている。トーションビーム１０８の一端側に位置する部
分は連結部１０６と固定される連結部側接続部１０７
ａ、トーションビーム１０８の他端側に位置する部分は
後述のスペーサ１０７ｃと固定される基板側接続部１０
７ｂとして構成されている。

【００７７】トーションビーム１０８は、連結部１０６
において、内側の１対のアーム部１０３、１０４の支持
部位の間の略中央部位から、ｚ軸方向においてアーム部
１０２〜１０５とは反対側に延びるように位置する。支
持部１０７は、図１０に示す様に、一方側で連結部１０
６と接着等により固定され、他方側で上記スペーサ１０
７ｃを介して基板（ベース）１１０と溶接等により接合
固定されている。

【００７８】従って、振動部材１０１は支持部１０７及
びスペーサ１０７ｃを介し、基板１０９に対して浮遊し
た状態で支持される。また、トーションビーム１０８の
中心軸はｚ軸とほぼ一致し、換言すればトーションビー
ム１０８は、実質的に振動部材１０１の中心線上に位置
する。次に、振動部材１０１上のＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ
２面上に形成された電極構成について説明する。その電
極構成は図１１の展開図に示される。図１１において
（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、（ｃ）はＹ１面、
（ｄ）はＹ２面の電極構成を示す。

【００７９】１２０は振動部材１０１を駆動するための
駆動電極であり、Ｘ１面において、アーム部１０３の外
周側から連結部１０６を通り、アーム部１０４の外周側
に渡って連続して形成されている。１２１は駆動状態を
モニタし自励発振させるための帰還用としての参照電極
であり、Ｘ１面において、アーム部１０３の内周側から
連結部１０６を通り、アーム部１０４の内周側に渡って
連続して形成されている。

【００８０】また、Ｘ１面において、連結部１０６に
は、後述の角速度検出電極１２４〜１２６から角速度の
検出信号を出力するため検出用パット電極（検出電極）
１２２、及び、後述の共通電極１３０〜１３３と導通す
る取出し用パット電極（取出し電極）１２３が形成され
ている。検出用パット電極１２２は、後述の引出し電極
１２８の途中部に位置し、この引出し電極１２８を介し
て上記角速度検出電極（検出電極）１２４〜１２６と導
通している。取出し用パット電極１２３は、後述の引出
し電極１３８の終端部に位置し、この引出し電極１３８
を介して上記共通電極１３０〜１３３と導通している。
各パット電極１２２、１２３は、それぞれ導通する各引
出し電極１２８、１３８よりも幅広に形成されている。

【００８１】これら、Ｘ１面上の各電極（第１の電極）
１２０〜１２３は、上記各実施形態と同様に、その表面
のうちリード線Ｓが結線される部分において、ＷＢ用電
極（第２の電極）１５０〜１５３を有し、上記要件〜
を満足する二層構造となっている（図３参照）。上記
角速度検出電極１２４、１２５及び１２６は、角速度発
生時にコリオリ力により生じる検出振動を検出するため
の電極である。角速度検出電極１２４は、Ｙ１面におい
てアーム部１０５の略全域に渡って形成されている。一
方、角速度検出電極１２５は、Ｘ１面においてアーム部
１０２の略全域に渡り、角速度検出電極１２６は、Ｘ２
面においてアーム部１０２の略全域に渡って形成されて
いる。

【００８２】ここで、全ての角速度検出電極１２４〜１
２６は、図１１に示す様に、各面上に形成された引出し
電極１２７、１２８及び１２９によって接続され導通し
ている。角速度検出電極１２４と１２５とは、引出し電
極１２７（Ｙ１面上）及び上記引出し電極１２８（Ｘ１
面上）を介して接続され、角速度検出電極１２５と１２
６とは、引出し電極１２９（Ｙ２面上）を介して接続さ
れている。

【００８３】そして、上述のように、全角速度検出電極
１２４〜１２６は、Ｘ１面において角速度検出電極１２
５から連結部１０６側に延びる上記引出し電極１２８を
介して、検出用パット電極１２２と導通している。上記
共通電極１３０、１３１、１３２及び１３３は、上記駆
動、参照、各パット及び角速度検出電極１２０〜１２６
の基準電位用電極である。共通電極１３０はＸ１面にお
いてアーム部１０５の略全域、共通電極１３１はＸ２面
においてアーム部１０５の略全域に渡り形成されてい
る。また、共通電極１３２はＸ２面においてアーム部１
０３の略全域から連結部１０６を通ってアーム部１０４
の略全域に渡って連続して形成されており、共通電極１
３３はＹ２面においてアーム部１０２の略全域に渡り形
成されている。

【００８４】ここで、全ての各共通電極１３０〜１３３
は、図１１に示す様に、各面上に形成された引出し電極
１３４、１３５、１３６及び１３７によって接続され導
通している。共通電極１３０と１３１とは、引出し電極
１３４（Ｙ１面）を介して接続され、共通電極１３１及
び１３２と共通電極１３３とは、引出し電極１３５、１
３６（共にＸ２面）及び引出し電極１３７（Ｙ２面）を
介して接続されている。

【００８５】そして、上述のように、全共通電極１３０
〜１３３は、Ｘ１面において共通電極１３０から連結部
１０６側に延びる上記引出し電極１３８を介して、取出
し用パット電極１２３と導通している。以上の各電極１
２０〜１３８および１５０〜１５３は、上記各実施形態
と同様に、導電性のパラジウム（Ｐｄ）を含む銀（Ａ
ｇ）厚膜によって形成されている。

【００８６】なお、振動部材１０１におけるｙ軸方向と
直交する面のうちアーム部１０２とアーム部１０３との
対向面、アーム部１０３とアーム部１０４との対向面、
アーム部１０４とアーム部１０５との対向面には電極は
形成されていない。また、駆動電極１２０と参照電極１
２１、角速度検出電極１２４と共通電極１３０、１３
１、及び角速度検出電極１２５、１２６と共通電極１３
３は、それぞれ隙間を開けて形成され、導通していな
い。

【００８７】また、図１０に示す様に、Ｘ１面上の駆動
電極１２０、参照電極１２１、両パット電極１２２、１
２３の各電極は、それぞれ、上記したＷＢ用電極１５０
〜１５３を介して、導電性のリード線Ｓと電気的に接続
されている。これらリード線Ｓは、さらに、基板１０９
に設けられた各リード端子Ｐと結線されており、各電極
１２０〜１２３および１５０〜１５３は、リード端子Ｐ
と電気的に接続される。これらリード線Ｓは、上記各実
施形態と同様に、主成分がＡｌよりなる線径が３０μｍ
の金属線であり、その結線は超音波ＷＢによりなされ
る。従って、図示しない駆動・検出回路（外部回路）か
らの信号は、リード端子Ｐから各電極１２０〜１２３お
よび１５０〜１５３を介し、振動部材１０１に対して入
出力される。

【００８８】本実施形態の振動体Ａ２も、上記各実施形
態と同様に、外部に対して気密構成を施され、角速度セ
ンサとして構成され、被測定物（車両等）の適所に取付
けられる。そして、本実施形態の角速度センサは、上記
駆動・検出回路によって次のように作動する。まず、駆
動電極１２０と共通電極１３２間に交流電圧を印加する
ことにより、内側一対のアーム部１０３、１０４を互い
にｚ軸（つまり振動部材１０１の中心線）に対し対称な
ｙ軸方向への屈曲振動をするモードにて共振させる。そ
のときの振幅として参照電極１２１からの出力をモニタ
ーし、参照電極１２１からの出力が一定となるように上
記駆動・検出回路を用いて自励発振（自励振動）させ
る。

【００８９】次に、ｚ軸回りに角速度が入力された場
合、振動している内側一対のアーム部１０３、１０４に
はコリオリ力が発生し、これらアーム部１０３、１０４
は、ｘ軸方向において互いに逆方向に力を受ける。その
とき外側一対のアーム部１０２、１０５も連成してｘ軸
方向に振動するため、角速度に比例したｘ軸方向の振動
振幅を角速度検出電極１２４〜１２６からの出力として
検出し、角速度を検出する。

【００９０】ところで、本実施形態においても、上記各
実施形態と同様に、電極材質をＡｇ／Ｐｄ導体とし、ま
た、接続部分を上記二層構造としているため、超音波Ｗ
Ｂにより接続されるリード線との接合強度に優れた電極
構成を有する圧電振動体および角速度センサを提供する
ことができる。また、本実施形態でも、上記第２実施形
態のように、振動体（圧電振動体）Ａ２が窒素雰囲気に
さらされた構造とすれば、リード線Ｓと接続される電極
との接合強度の劣化を防止できる。

【００９１】（第４実施形態）本発明の第４実施形態を
図１２に示す。本実施形態の圧電振動素子も、圧電振動
型の角速度センサとして適用したものである。この角速
度センサは、圧電体（本実施形態ではＰＺＴ）からなる
振動部材２０１とこの振動部材２０１に形成された電極
とから構成された振動体（圧電振動体）Ａ３を備え、こ
の振動体Ａ３は、基板（図示せず）に支持固定され、更
に、この基板のリード端子（図示せず）に振動部材２０
１上の電極がリード線（図示せず）にて電気的に接続さ
れた構成となっている。

【００９２】本実施形態は、図に示すような４脚のＨ型
音叉形状の圧電体からなる振動部材２０１を用いてい
る。図１２は振動体Ａ３を前後左右からみた展開図であ
る。振動部材２０１は、４本の平行な四角柱状のアーム
部（振動部）２０２、２０３、２０４、２０５と連結部
２０６とから構成される。ここで、片側一対のアーム部
２０２、２０３が駆動用アーム部、他側一対のアーム部
２０４、２０５が検出用アーム部として構成されてい
る。

【００９３】また、連結部２０６には、上記各実施形態
に示すような支持部（図示せず）が固定され、この支持
部及び連結部２０６を介して振動体Ａ３は、上記基板
（図示せず）に対して浮遊支持されている。本実施形態
では図１２に示す様に、アーム部２０２〜２０５の配列
方向をｙ軸、アーム部２０２〜２０５の長手方向をｚ
軸、アーム部２０２〜２０５及び連結部２０６の厚み方
向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。なお、
図１２中に示す座標は（ａ）に対応したものである。

【００９４】また、振動部材２０１においてｘ軸と略直
交する面のうち一側の面（第１の側面）をＸ１面とし、
他側の面（第２の側面）をＸ２面とする。また振動部材
２０１においてｙ軸と直交する面であって各一対のアー
ム部２０２と２０３、及び２０４と２０５が対向しない
面のうち一側面をＹ１面とし、他側面をＹ２面とする。
なお、振動部材２０１は、Ｘ１面からＸ２面に向かって
ｘ軸方向に一様に分極処理されている。

【００９５】次に、振動部材２０１上のＸ１、Ｘ２、Ｙ
１、Ｙ２面上に形成された電極構成について説明する。
図１２において（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、
（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面を示す。２０７は片側
一対のアーム部２０２、２０３を駆動するための駆動電
極であり、Ｘ１面においてアーム部２０２から連結部２
０６、アーム部２０３に渡って連続的に形成されてい
る。２０８は振動状態をモニタするための参照電極であ
り、Ｘ１面においてアーム部２０２から連結部２０６、
アーム部２０３に渡って、駆動電極２０７の外周側に連
続的に形成されている。

【００９６】また、Ｘ１面において、連結部２０６に
は、後述の角速度検出電極２１３、２１４から角速度の
検出信号を出力するため検出用パット電極（検出電極）
２０９、２１０、及び、後述の共通電極２１５と導通す
る取出し用パット電極（取出し電極）２１１、２１２が
形成されている。検出用パット電極２０９は、連結部２
０６においてＹ２面寄り且つアーム部２０４寄りの部位
に位置し、検出用パット電極２１０は、連結部２０６に
おいてＹ１面寄り且つアーム部２０５寄りの部位に位置
している。一方、取出し用パット電極２１１はアーム部
２０４に、取出し用パット電極２１２はアーム部２０５
に位置している。

【００９７】これら、Ｘ１面上の各電極（第１の電極）
２０７〜２１２は、上記各実施形態と同様に、その表面
のうちリード線Ｓが結線される部分において、ＷＢ用電
極（第２の電極）２５７〜２６２を有し、上記要件〜
を満足する二層構造となっている（図３参照）。上記
角速度検出電極２１３及び２１４は、角速度発生時にコ
リオリ力により生じる検出振動を検出するための検出電
極であり、それぞれアーム部２０４のＹ２面、アーム部
２０５のＹ１面に形成されている。そして、上述のよう
に、角速度検出電極２１３は、Ｙ２面上の引出し電極２
１６を介して検出用パット電極２０９に導通し、角速度
検出電極２１４は、Ｙ１面上の引出し電極２１７を介し
て検出用パット電極２１０に導通している。

【００９８】上記共通電極２１５は上記駆動、参照、各
パット及び角速度検出電極２０７〜２１４の基準電位と
なる共通電極である。共通電極２１５はＸ２面の略全域
に形成されており、Ｙ２面上の引出し電極２１８を介し
て取出し用パット電極２１１と、Ｙ１面上の引出し電極
２１９を介して取出し用パット電極２１２と、それぞれ
導通している。従って、両取出し用パット電極２１１、
２１２及び共通電極２１５は、１つの共通電極としても
構成されている。

【００９９】以上の各電極２０７〜２１９および２５７
〜２６２は、上記各実施形態と同様に、導電性のパラジ
ウム（Ｐｄ）を含む銀（Ａｇ）厚膜によって形成されて
いる。また、本実施形態でも図示しないが、上記各実施
形態と同様に、Ｘ１面上の駆動電極２０７、参照電極２
０８、両パット電極２０９〜２１２の各電極は、それぞ
れ、上記したＷＢ用電極２５７〜２６２を介して、導電
性のリード線と電気的に接続され、更に、図示しないリ
ード端子及び駆動・検出回路（外部回路）と電気的に接
続される。

【０１００】従って、図示しない駆動・検出回路からの
信号は、リード端子から各電極２０７〜２１２および２
５７〜２６２を介し、振動部材２０１に対して入出力さ
れる。そして、本実施形態の振動体Ａ３も、上記各実施
形態と同様に、外部に対して気密構成を施され、角速度
センサとして構成され、被測定物（車両等）の適所に取
付けられる。

【０１０１】本実施形態の作動について述べる。まず、
駆動電極２０７と共通電極２１５間に交流電圧を印加す
ることにより、片側一対のアーム部２０２、２０３を互
いに振動部材２０１の中心線に対し対称なｙ軸方向への
屈曲振動をするモードにて共振させる。そのときの振幅
として参照電極２０８からの出力をモニターし、参照電
極２０８からの出力が一定となるように上記駆動・検出
回路を用いて自励発振（自励振動）させる。

【０１０２】次に、ｚ軸回りに角速度が入力された場
合、振動している片側一対のアーム部２０２、２０３に
はコリオリ力が発生し、これらアーム部２０２、２０３
は、ｘ軸方向において互いに逆方向に力を受ける。その
とき他側一対のアーム部２０４、２０５も連成してｘ軸
方向に振動するため、角速度に比例したｘ軸方向の振動
振幅を角速度検出電極２１３、２１４からの出力として
検出し、角速度を検出する。

【０１０３】ところで、本実施形態においても、上記各
実施形態と同様に、超音波ＷＢにより接続されるリード
線との接合強度に優れた電極構成を有する圧電振動体お
よび角速度センサを提供することができる。また、本実
施形態でも、上記第２実施形態のように、振動体（圧電
振動体）Ａ３が窒素雰囲気にさらされた構造とすれば、
リード線Ｓと接続される電極との接合強度の劣化を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る角速度センサの構
成を示す斜視図である。

【図２】上記第１実施形態における振動部材の各面上に
形成された各電極の構成を、振動部材の前後、左右から
見た展開図であり、（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、
（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面上の電極構成を示す。

【図３】上記第１実施形態におけるリード線と電極との
接続構成を示す断面図である。

【図４】上記第１実施形態において電極材質がＡｇ／Ｐ
ｄ導体、純Ａｇ導体の各場合における所定作動時間毎の
接合強度変化を示すグラフである。

【図５】上記第１実施形態において接合強度のＰｄ含有
量依存性を示すグラフである。

【図６】上記第１実施形態においてＰｄ含有量が、Ａｇ
とＡｌの拡散層の生成に与える影響を示すグラフであ
る。

【図７】本発明の第２実施形態に係る角速度センサの構
成を示す側方透視図である。

【図８】上記第２実施形態において所定作動時間毎のリ
ード線と電極との接合強度変化を示すグラフであり、
（ａ）は電極材質がＡｇ／Ｐｄ導体の場合、（ｂ）はＡ
ｇ／Ｐｔ導体の場合である。

【図９】上記第２実施形態におけるリード線と電極との
剥離面の構成を示す説明図である。

【図１０】本発明の第３実施形態に係る角速度センサの
構成を示す斜視図である。

【図１１】図１０の振動部材の各面上に形成された電極
の構成を、振動部材の前後、左右から見た展開図であ
り、（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、（ｃ）はＹ１
面、（ｄ）はＹ２面上の電極構成を示す。

【図１２】本発明の第４実施形態に係る圧電振動体の展
開図である。

【図１３】従来の角速度センサを示す構成図である。

【図１４】図１３の振動部材の各面上に形成された電極
構成を示す展開図である。

【符号の説明】

１、１０１、２０１…振動部材、２、１０９…基板、
３、１０７…支持部、４、５、１０２〜１０５、２０２
〜２０５…アーム部、１０、１１、１２０、２０７…駆
動電極、１２、１３、１２１、２０８…参照電極、１
４、１５、１２３、２１１、２１２…取出し電極、１
６、１７、１２２、２０９、２１０…パット電極、２
０、１３１、１３２、２１５…共通電極、１１０〜１１
７、１５０〜１５３、２５７〜２６２…ワイヤボンディ
ング用電極、Ａ１、Ａ２、Ａ３…圧電振動体、Ｋ１…振
動部材のＸ２面と対向する基板面、Ｐ…リード端子、Ｓ
…リード線、Ｘ１…振動部材の第１の側面、Ｘ２…振動
部材の第２の側面。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体からなる振動部材（１、１０１、
   ２０１）と、 前記振動部材に形成された電極（１０〜１７、１１０〜
   １１７、１２０〜１２３、１５０〜１５３、２０７〜２
   １２、２５７〜２６２）と、 前記電極を介して前記振動部材に対して信号を入出力す
   るための接続端子（Ｐ）とを備え、 前記電極と前記接続端子とは、主成分がアルミニウムよ
   りなるリード線（Ｓ）で結線されており、 前記電極は、パラジウムを含む銀厚膜にて形成されてい
   ることを特徴とする圧電振動素子。
2. 【請求項２】 前記リード線（Ｓ）は超音波ワイヤボン
   ディング法により結線されたものであることを特徴とす
   る請求項１に記載の圧電振動素子。
3. 【請求項３】 前記リード線（Ｓ）の線径は５０μｍ以
   下であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧
   電振動素子。
4. 【請求項４】 前記電極は、前記振動部材（１、１０
   １、２０１）本体側の第１の電極（１０〜１７、１２０
   〜１２３、２０７〜２１２）と前記リード線（Ｓ）が接
   続される側の第２の電極（１１０〜１１７、１５０〜１
   ５３、２５７〜２６２）との二層構造を有しており、そ
   の二層構造における総膜厚が５μｍ以上４０μｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ
   に記載の圧電振動素子。
5. 【請求項５】 前記第２の電極（１１０〜１１７、１５
   ０〜１５３、２５７〜２６２）は、含有するパラジウム
   量がパラジウムと銀の総量に対して５重量％以上である
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動素子。
6. 【請求項６】 前記第２の電極（１１０〜１１７、１５
   ０〜１５３、２５７〜２６２）は、含有するパラジウム
   量がパラジウムと銀の総量に対して５０重量％以下であ
   ることを特徴とする請求項５に記載の圧電振動素子。
7. 【請求項７】 前記第１の電極（１０〜１７、１２０〜
   １２３、２０７〜２１２）は、その総量に対して、ガラ
   ス若しくは無機酸化物の含有量が１重量％以上３０重量
   ％以下であることを特徴とする請求項４ないし６のいず
   れか１つに記載の圧電振動素子。
8. 【請求項８】 前記第２の電極（１１０〜１１７、１５
   ０〜１５３、２５７〜２６２）は、その総量に対して、
   ガラス若しくは無機酸化物の含有量が１重量％未満であ
   ることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１つに
   記載の圧電振動素子。
9. 【請求項９】 前記リード線（Ｓ）は９０重量％以上が
   アルミニウムよりなることを特徴とする請求項１ないし
   ８のいずれか１つに記載の圧電振動素子。
10. 【請求項１０】 角柱形状の振動部（４、５、１０２〜
    １０５、２０２〜２０５）を有する圧電体からなる振動
    部材（１、１０１、２０１）と、 前記振動部材において前記振動部の長手方向と平行なｚ
    軸方向へ延びて対向する一対の側面（Ｘ１、Ｘ２）のう
    ち、第１の側面（Ｘ１）に設けられた駆動電極（１０、
    １１、１１０、１１１、１２０、１５０、２０７、２５
    ７）、パット電極（１６、１７、１１６、１１７、１２
    ２、１５２、２０９、２１０、２５９、２６０）および
    第２の側面（Ｘ２）に設けられた共通電極（２０、１３
    １、１３２、２１５）と、 前記第１の側面に設けられ前記共通電極と電気的に導通
    された取出し電極（１４、１５、１１４、１１５、１２
    ３、１５３、２１１、２１２、２６１、２６２）と、 前記第２の側面と対向配置された基板（２、１０９）
    と、 前記振動部材と前記基板とを連結し、前記振動部材を支
    持する支持部（３、１０７）とを備え、 前記駆動電極と前記共通電極との間に交流電圧を印加し
    て、前記一対の側面と平行であり且つ前記ｚ軸と直交す
    るｙ軸方向へ、前記振動部（４、５、１０３、１０４、
    ２０２、２０３）を励振させるとともに、 前記ｚ軸回りの角速度によって生じる前記振動部（４、
    ５、１０２、１０５、２０４、２０５）の前記ｙ軸およ
    び前記ｚ軸と直交するｘ軸方向への振動状態を、前記パ
    ット電極を介して検出する、角速度センサであって、 前記基板のうち前記第２の側面と対向する基板面（Ｋ
    １）には、前記振動部材に設けられた電極に対して信号
    を入出力するための接続端子（Ｐ）が設けられており、 前記駆動電極、前記パット電極および前記取出し電極
    は、主成分がアルミニウムよりなるリード線（Ｓ）によ
    って、前記接続端子と結線されており、 前記駆動、パットおよび取出しの各電極は、パラジウム
    を含む銀厚膜にて形成されていることを特徴とする角速
    度センサ。
11. 【請求項１１】 前記駆動、パットおよび取出しの各電
    極（１０、１１、１４〜１７、１１０、１１１、１１４
    〜１１７、１２０、１２２、１２３、１５０、１５２、
    １５３、２０７、２０９〜２１２、２５７、２５９〜２
    ６２）は、前記振動部材（１、１０１、２０１）本体側
    の第１の電極（１０、１１、１４〜１７、１２０、１２
    ２、１２３、２０７、２０９〜２１２）と前記リード線
    （Ｓ）が接続される側の第２の電極（１１０、１１１、
    １１４〜１１７、１５０、１５２、１５３、２５７、２
    ５９〜２６２）との二層構造を有しており、 前記第２の電極は、含有するパラジウム量がパラジウム
    と銀の総量に対して５重量％以上であることを特徴とす
    る請求項１０に記載の角速度センサ。
12. 【請求項１２】 前記第２の電極（１１０、１１１、１
    １４〜１１７、１５０、１５２、１５３、２５７、２５
    ９〜２６２）は、含有するパラジウム量がパラジウムと
    銀の総量に対して５０重量％以下であることを特徴とす
    る請求項１１に記載の角速度センサ。
13. 【請求項１３】 前記リード線（Ｓ）は超音波ワイヤボ
    ンディング法により結線されたものであることを特徴と
    する請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の角速
    度センサ。
14. 【請求項１４】 圧電体からなる振動部材（１、１０
    １、２０１）と、 前記振動部材に形成された電極（１０〜１７、１１０〜
    １１７、１２０〜１２３、１５０〜１５３、２０７〜２
    １２、２５７〜２６２）とを備え、 前記電極は、主成分がアルミニウムよりなるリード線
    （Ｓ）と電気的に接続されるものであって、パラジウム
    を含む銀厚膜にて形成されたものであることを特徴とす
    る圧電振動体。
15. 【請求項１５】 前記リード線（Ｓ）は超音波ワイヤボ
    ンディング法により結線されたものであることを特徴と
    する請求項１４に記載の圧電振動体。
16. 【請求項１６】 圧電体からなる振動部材（１、１０
    １、２０１）と、この振動部材に形成された電極（１０
    〜１７、１１０〜１１７、１２０〜１２３、１５０〜１
    ５３、２０７〜２１２、２５７〜２６２）とを有する圧
    電振動体（Ａ１、Ａ２、Ａ３）を備え、 前記電極は、パラジウムを含む銀厚膜にて形成され、主
    成分がアルミニウムよりなるリード線（Ｓ）と電気的に
    接続されており、 少なくとも前記電極が、窒素雰囲気にさらされているこ
    とを特徴とする圧電振動素子。
17. 【請求項１７】 前記圧電振動体（Ａ１、Ａ２、Ａ３）
    が窒素雰囲気にさらされていることを特徴とする請求項
    １６に記載の圧電振動素子。