JPH112527A

JPH112527A - Ｐｚｔ薄膜バイモルフ構造を備えた振動ジャイロ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH112527A
Application number: JP9157058A
Authority: JP
Inventors: Toshio Fukuda; 敏男福田; Fumito Arai; 史人新井; Koichi Itoigawa; 貢一糸魚川; Hitoshi Iwata; 仁岩田
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に多数のバイモルフ構造を得ることがで
き、かつ小型のバイモルフ構造体にすることができ、か
つ、捩じれに強いＰＺＴ薄膜バイモルフ構造を備えた振
動ジャイロを提供する。【解決手段】振動ジャイロ１は、一対の平行平板構造体
２，３を上下に直列にして連結されている。平行平板構
造体２は、一対のバイモルフ構造体からなる平板状の圧
電素子４を互いに相対させ、その上下両端に対して角柱
状の絶縁スペーサ５をそれぞれ挟んで互い接着剤にて固
着されている。圧電素子４は、厚みが均等に形成された
平板状をなすチタンからなる基材６の両側面に対してＰ
ＺＴ薄膜７が形成され、その両側面のＰＺＴ薄膜７上に
は電極膜８が形成されている。平行平板構造体２，３
は、その電極膜８が形成された面が互いに直交するよう
に配置され、その上端面、及び下端面が接着剤にて接着
固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＰＺＴ薄膜バイモルフ構
造を備えた振動ジャイロ及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、図１２に
示す音叉型、図１３に示す音片型が知られている。

【０００３】音叉型の振動ジャイロ２１は、図１２に示
すように連結部２２の両端に一対の駆動用圧電セラミッ
クス板２３が、互いに平行に立設され、その平面が図に
おいてＸ方向に向くように配置されている。又、駆動用
圧電セラミック板２３の上端の中心上において、検出用
圧電セラミックス板２４が一体に立設され、その平面が
図において、Ｙ方向に向くように配置されている。な
お、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交している。そして、
下方の駆動用圧電セラミックス板２３に交番電圧を印加
することにより、同圧電セラミックス板２３をＸ，反Ｘ
方向へ振動させる。この振動状態で、振動ジャイロ２１
にＺ軸回りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミ
ックス２４が歪み、そのときに生ずる電圧を検出するこ
とにより、検出用圧電セラミックス２４に働いた力を検
知することが可能となる。この力は、コリオリの力Ｆｃ
といい、一般に、次式で表される。

【０００４】Ｆｃ＝２ｍＶ×Ω …（１）なお、ｍは振動ジャイロ２１の質量、Ｖは振動ジャイロ
２１の振動速度、Ωは振動ジャイロ２５のＺ軸回りの角
速度である。

【０００５】又、音片型の振動ジャイロ２５は、図１３
に示すように恒弾性金属からなる四角柱状の音片型振動
子２６を備え、同音片型振動子２６の互いに１８０度反
対側の側面に対して、一対の駆動用圧電セラミックス板
２７が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。
又、残りの両側面には、一対の検出用圧電セラミックス
板２８が貼着されている（図面上は、片方のみ図示）。
そして、この振動ジャイロ２５は、駆動用圧電セラミッ
クス板２７に交番電圧を印加することにより、同圧電セ
ラミックス板２７にて音片型振動子２６をＸ，反Ｘ方向
へ振動させる。この状態で、振動ジャイロ２６にＺ軸回
りの回転が加わったときに、検出用圧電セラミックス２
８が歪み、そのときに生ずる電圧を検出することによ
り、検出用圧電セラミックス２８に働いたコリオリの力
を検出することが可能となる。そして、前記質量ｍ、振
動速度Ｖが既知であれば、角速度Ωを導出することが可
能となる。

【０００６】ところで、上記の駆動用圧電セラミックス
板２３，２７、検出用圧電セラミックス板２４，２８に
は、バルクのＰＺＴ（ジルコン・チタン酸鉛：チタン酸
鉛，ジルコン酸鉛の固溶体からなるセラミックス）が使
用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なバルクのＰＺＴは、バルクそのものの薄形化が難し
く、振動ジャイロ全体の小型化が難しい問題があった。

【０００８】又、音片型の振動ジャイロのように、圧電
セラミックス板を貼着して振動ジャイロを構成する場
合、貼着工程が多くなるとともに、接着精度、すなわ
ち、位置精度が悪い問題があり、従って、検出感度等に
影響を及ぼし、均質なものを精度よく製造することは難
しい問題があった。

【０００９】又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に
示すように、振動ジャイロの質量ｍを大きくすれば、コ
リオリの力が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミ
ックスの歪み量が増大して、検出電圧も大きくなる。す
なわち検出感度が上がることになる。このため、振動ジ
ャイロの質量は大きい方が検出感度を得るためには好ま
しい。ところが、バルクのＰＺＴを用いた振動ジャイロ
の場合、バルクのＰＺＴを構成する基材を大きくしない
と、質量が大きくできない問題があり、検出感度を上げ
るには限界がある。

【００１０】又、コリオリの力Ｆｃは、上記（１）式に
示すように、振動速度Ｖを大きくすれば、コリオリの力
が大きくなり、この結果、検出用圧電セラミックの歪み
量が増大して、検出電圧も大きくなって検出感度も上が
る。しかし、振動速度を大きくするために、例えば、音
叉型の振動ジャイロの場合、バルクのＰＺＴの基材を薄
くすると、剛性が低くなるため、捩じれ易くなり、正確
に振動しなかったり、検出用圧電素子の検出のための歪
みもねじれが加わった状態となって正確な検出ができな
い問題が生ずる。

【００１１】くわえて、バルクのＰＺＴの場合、バイモ
ルフ構造体を容易に製造することは難しいとともに、１
度に多くのバイモルフ構造体を得ることができない問題
があった。

【００１２】本発明は上記の課題を解消するためになさ
れたものであり、第１の目的は、容易に多数のバイモル
フ構造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ構造体
にすることができ、かつ、捩じれに強いＰＺＴ薄膜バイ
モルフ構造を備えた振動ジャイロを提供することにあ
る。

【００１３】第２の目的は、容易に多数のバイモルフ構
造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ構造体にす
ることができ、かつ、捩じれに強いＰＺＴ薄膜バイモル
フ構造を備えた音叉型振動ジャイロを提供することにあ
る。

【００１４】第３の目的は、一度に多数のＰＺＴ薄膜バ
イモルフ構造を備えた振動ジャイロを得ることができる
製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、チタン基材の第１の側
面と、同第１の側面とは１８０度反対側に位置する第２
の側面とにＰＺＴ薄膜が形成され、前記ＰＺＴ薄膜上に
電極がそれぞれ設けられた一対のＰＺＴ薄膜バイモルフ
構造体が互いにスペーサを介して、平行に連結された第
１の平行平板構造体と、前記第１の平行平板構造体と同
構成を備えた第２の平行平板構造体とを備え、前記第１
の平行平板構造体と、第２の平行平板構造体とが直列に
一体に連結されるとともに、一方の平行平板構造体にお
けるチタン基材の第１の側面と、他方の平行平板構造体
におけるチタン基材の第１の側面とは直交するように配
置されたことを特徴とするＰＺＴ薄膜バイモルフ構造を
備えた振動ジャイロをその要旨としている。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１に記載の振動
ジャイロを連結部の両端にそれぞれ立設された音叉型振
動ジャイロをその要旨としている。請求項３の発明は、
水熱法により、チタン基材の第１の側面と、第１の側面
とは１８０度反対側に位置する第２の側面とにＰＺＴ薄
膜を形成する工程と、前記ＰＺＴ薄膜上に対して、それ
ぞれ電極を形成する工程と、互いに隣接した電極間を切
断して複数のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体を得る工程
と、スペーサを介して一対のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造
体を平行平板状に配置して連結固定し、平行平板構造体
を得る工程と、一対の前記平行平板構造体を直列に連結
し、一方の平行平板構造体におけるチタン基材の第１の
側面と、他方の平行平板構造体におけるチタン基材の第
１の側面とは直交するように配置して一体化する工程と
を含む振動ジャイロの製造方法をその要旨としている。

【００１７】請求項４の発明は、請求項３において、前
記水熱法は、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱
化剤とともに攪拌し、加圧及び加熱して、チタン基材の
第１及び第２の側面上に種子結晶を得る工程と、前記種
子結晶を得た基材に対して、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジ
ルコニウム、四塩化チタンの溶液を鉱化剤とともに攪拌
し、加熱及び加圧して、チタン基材の第１及び第２の側
面のそれぞれに対してＰＺＴの結晶成長を行い、チタン
基材の第１及び第２の側面上にＰＺＴ薄膜を形成する工
程とを含むことその要旨としている。（作用）請求項１に記載の発明によると、振動ジャイロ
は、第１及び第２の平行平板構造体を備えているため、
剛性が高まり、捩じれに強くなる。又、第１及び第２の
平行平板構造体は、スペーサを介して一対のＰＺＴ薄膜
バイモルフ構造体を備えている結果、スペーサによっ
て、振動ジャイロの質量を重くすることができ、検出感
度の向上が可能となる。又、ＰＺＴ薄膜バイモルフ構造
体は、水熱法によって得ることができるため、容易に多
数のバイモルフ構造を得ることができ、かつ小型のバイ
モルフ構造体にすることができ、この結果、振動ジャイ
ロが小型化される。

【００１８】請求項２に記載の発明によると、音叉型振
動ジャイロは、第１及び第２の平行平板構造体を備えて
いるため、剛性が高まり、捩じれに強くなる。又、第１
及び第２の平行平板構造体は、スペーサを介して一対の
ＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体を備えている結果、スペー
サによって、振動ジャイロの質量を重くすることがで
き、検出感度の向上が可能となる。又、ＰＺＴ薄膜バイ
モルフ構造体は、水熱法によって得ることができるた
め、容易に多数のバイモルフ構造を得ることができ、か
つ小型のバイモルフ構造体にすることができ、この結
果、音叉型振動ジャイロが小型化される。

【００１９】請求項３に記載の発明によると、水熱法に
より、チタン基材の第１及び第２の側面にＰＺＴ薄膜が
形成され、その後、前記ＰＺＴ薄膜に対して、それぞれ
電極が形成されることにより、ＰＺＴ薄膜バイモルフ構
造体となる。ここで、水熱法とは、加熱・加圧下の水溶
液から結晶を析出、成長させる方法をいう。又、加圧と
は、積極的に圧力を加える場合の他、圧力容器内におい
て、加熱により蒸気圧の圧力上昇を含む趣旨である。な
お、水熱法は、一般的には水熱合成法ともいうが、この
明細書では、水熱法という。

【００２０】そして、互いに隣接した電極間が切断され
ると、複数のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体が得られる。
次に、スペーサを介して一対のＰＺＴ薄膜バイモルフ構
造体を平行平板状に配置して連結固定すると、平行平板
構造体が得られる。さらに、一対の前記平行平板構造体
を直列に連結して一体化すると、振動ジャイロが得られ
る。

【００２１】請求項４に記載の発明によると、硝酸鉛溶
液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱化剤とともに攪拌し、
加圧及び加熱して、チタン基材の第１及び第２の側面上
に種子結晶を得る。その後、前記種子結晶を得た基材に
対して、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化
チタンの溶液を鉱化剤とともに攪拌し、加熱及び加圧し
て、チタン基材の第１及び第２の側面のそれぞれに対し
てＰＺＴの結晶成長を行うと、チタン基材の第１及び第
２の側面にＰＺＴ薄膜を得る。

【００２２】

【実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃至図１
０を参照して説明する。図１は振動ジャイロの斜視図を
示し、図２は、同振動ジャイロの要部断面図を示してい
る。なお、上記図面を含む各図面に図示されている各部
材の厚みは、説明の便宜上、実際のものより適宜拡大し
て図示されている。

【００２３】図１に示すように振動ジャイロ１は、一対
の平行平板構造体２，３を上下に直列にして連結されて
いる。平行平板構造体２，３は同一構成であるため、下
部に位置する平行平板構造体２を図２を参照して説明
し、上部に位置する平行平板構造体３を構成する各部材
は、平行平板構造体２の部材の符号と同一符号を付して
その説明を省略する。前記平行平板構造体２，３は、本
発明の第１及び第２の平行平板構造体に相当する。

【００２４】同図に示すように、平行平板構造体２は、
一対のバイモルフ構造体からなる平板状の圧電素子４を
互いに相対させ、その上下両端に対して角柱状の絶縁ス
ペーサ５をそれぞれ挟んで互い接着剤にて固着した構成
とされている。なお、絶縁スペーサ５としたのは、圧電
素子４間の短絡防止のためである。

【００２５】バイモルフ構造体からなる圧電素子４は、
厚みが均等に形成された平板状をなすチタンからなる基
材（チタン基材）６の両側面に対して厚さ数十μｍのＰ
ＺＴ薄膜７が形成され、その両側面のＰＺＴ薄膜７上に
はアルミニウムからなる厚さ数μｍの電極膜８が形成さ
れている。基材６の厚みは２０μｍとされている。前記
基材６の両側面は本発明における第１の側面、及び第１
の側面とは１８０度反対側に位置する第２の側面に相当
する。又、電極膜８は本発明の電極に相当する。

【００２６】そして、平行平板構造体２，３は、その電
極膜８が形成された面が互いに直交するように配置さ
れ、その上端面、及び下端面が接着剤にて接着固定され
ている。すなわち、平行平板構造体２の基材６の側面
と、平行平板構造体３の基材６の側面とが互いに直交す
るように配置されている。

【００２７】図２には、上記のように構成されたＰＺＴ
薄膜バイモルフ形の平行平板構造体２を振動子として使
用する場合の電気回路を示している。なお、このときの
ＰＺＴ薄膜７の分極方向はＡとする。同一の電圧を印加
する交流電源Ｂ１，Ｂ２，及びＢ３，Ｂ４がそれぞれ直
列に接続されている。そして、交流電源Ｂ１，Ｂ３の一
方の端子を、図２において各圧電素子４の左側の側面の
電極膜８に、他方の端子を基材６にそれぞれ接続し、交
流電源Ｂ２，Ｂ４の一方の端子を右側の側面の電極膜８
に、他方の端子を基材６に接続している。これは、基材
６の両側面に形成されるＰＺＴ薄膜７のそれぞれに均一
に電界を印加するためであり、ＰＺＴ薄膜７の膜厚が均
一であれば、交流電源Ｂ１，Ｂ２、及びＢ３，Ｂ４の中
間接続点を基材６に接続する必要はなく、１つの交流電
源のみでよい。ただし、同じ変位を得るには２倍の電圧
が必要となる。

【００２８】そして、交流電源Ｂ１，Ｂ３がともに、左
側の側面の電極膜８に対してプラス電位を印加すると
き、交流電源Ｂ２，Ｂ４は、右側の側面の電極面８に対
して前記プラス電位と絶対値が同じであるマイナス電位
を印加するようにし、同期して交番電圧を印加するよう
にされている。

【００２９】そして、上記のように構成された振動ジャ
イロ１は平行平板構造体２の下端が図示しない台等に固
定された状態で、図２に示すように、平行平板構造体２
において一対の圧電素子４の同一方向側に位置する側面
に対し電極膜８を介して交流電源Ｂ１乃至Ｂ４にて交番
電圧を印加する。すると、プラス電位側に印加された方
のＰＺＴ薄膜７は圧縮され、マイナス電位に印加された
側のＰＺＴ薄膜７は引き伸ばされる。そして、交番電圧
による極性の変化によって、圧電素子４のＰＺＴ薄膜７
は、圧縮、引き伸ばしが交互に繰り返され、この結果、
平行平板構造体２は、Ｘ、反Ｘ方向に駆動され、上部に
位置する平行平板構造体３は同方向に振動する。

【００３０】そして、この振動状態で、振動ジャイロ１
にＺ軸回りの回転が加わったときに、平行平板構造体３
において一方の側面側のＰＺＴ薄膜７は、圧縮（歪み）
され、他方の側面側（一方の側面とは１８０度反対側の
側面）が引き伸ばされる（歪み）。この結果、そのとき
に生ずる電圧を検出することにより、振動ジャイロ１に
働いたコリオリの力を検知することが可能となる。

【００３１】そして、平行平板構造体３の圧電素子４
は、バイモルフ構造となっているためこの実施形態では
ユニモルフのものと比較して、２倍の電圧を得ることが
できる。

【００３２】次に、上記振動ジャイロ１の製造方法を図
３乃至図１０を参照して説明する。図３は、基材６Ａを
示している。チタンからなる基材６Ａは、厚みが均等に
形成された平板状をなしており、前記基材６の複数個分
の面積を有している。まず、この基材６Ａを酸等で、ク
リーニングし、予め、一端側（図１において、基端とな
る側）を合成樹脂、又は、スパッタリングや真空蒸着等
の物理的成膜法にてチタン以外の金属等にて、被覆して
マスクＭを形成し、次に水熱法で、ＰＺＴ薄膜７を両面
に形成する。

【００３３】この水熱法は２つの段階からなっている。（第１段階）基材６Ａ、原材料としてのオキシ塩化ジル
コニウム（ＺｒＯＣ₂・８Ｈ₂Ｏ）と硝酸塩（Ｐｂ（Ｎ
Ｏ₃）₂）の水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液をテフロ
ン瓶（図示しない）に投入し、攪拌する。なお、ＰＺＴ
薄膜７の圧電性は、ＰＺＴ薄膜７におけるチタン酸鉛，
ジルコン酸鉛の構成組成比によって決まるため、後にで
きあがるＰＺＴ薄膜７の圧電性に応じてオキシ塩化ジル
コニウムと硝酸塩とのモル比を決めればよい。

【００３４】次に、図示しない圧力容器内において、基
材６Ａを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（Ｚｒ
ＯＣ₂・８Ｈ₂Ｏ）、硝酸塩（Ｐｂ（ＮＯ₃）₂）の水
溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・
加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶液
の蒸気圧よる加圧のことである。温度条件は１５０℃
で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３０
０ｒｐｍで行う。

【００３５】この結果、過飽和状態で、基材６Ａの平板
状の両側面にＰＺＴの種子結晶（核）が形成される。上
記時間の経過後、基材６Ａを圧力容器から取り出し、水
洗・乾燥する。

【００３６】（第２段階）次に、種子結晶が核付けされ
た基材６Ａ、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム
（ＺｒＯＣ₂・８Ｈ₂Ｏ）と硝酸塩（Ｐｂ（Ｎ
Ｏ₃）₂）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）及び
ＫＯＨ（４Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入
し、攪拌する。なお、ＰＺＴ薄膜７の圧電性は、ＰＺＴ
におけるチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によっ
て決まるため、後にできあがるＰＺＴの圧電性に応じて
オキシ塩化ジルコニウムと硝酸塩とのモル比を決めれば
よい。

【００３７】次に、図示しない圧力容器内において、基
材６Ａを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（Ｚｒ
ＯＣ₂・８Ｈ₂Ｏ）、硝酸塩（Ｐｂ（ＮＯ₃）₂）の水
溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）及びＫＯＨ（４Ｎ）
溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここでい
う加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧よる加圧のことで
ある。温度条件は１２０℃で、４８時間この状態を継続
する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。

【００３８】この結果、過飽和状態で、基材６Ａの平板
状の両側面にＰＺＴ薄膜７が所定厚み（この実施形態で
は数十μｍ）で形成される（図４参照）。上記時間の経
過後、基材６Ａを圧力容器から取り出し、水洗・乾燥す
る。この後、マスクＭを除去する。

【００３９】次に、図５に示すように、ＰＺＴ薄膜７を
含む、基材６Ａの両側面に電極膜８をスパッタリングや
真空蒸着等の物理的成膜法により形成する。そして、基
材６Ａに対して複数個分（この実施形態では３個分）の
圧電素子４が取れるようにその表裏両面をそれぞれパタ
ーニングし、不必要な電極膜８の部分を除去する（図６
及び図７参照）。なお、パターニングした後の電極膜８
は、反対側側面の電極膜８と相対し、同一面積を有して
いる。

【００４０】続いて、図８に示すようにＰＺＴ薄膜７、
電極膜８を備えた一対の基材６Ａを互いに相対させ、そ
の両端間において、合成樹脂からなる角柱状の絶縁スペ
ーサ５を介して互いに固着し、平行平板構造体２Ａ（３
Ａ）とする。この平行平板構造体２Ａ（３Ａ）は、単一
の平行平板構造体が互いに連結された構成となってい
る。なお、絶縁スペーサ５は、硬化時に剛性の高い接着
剤にて基材６Ａを固着する（図９参照）。

【００４１】次に、図９の平行平板構造体２Ａ（３Ａ）
を電極薄膜８間に設けた点線箇所Ｌにて切断し、単一の
平行平板構造体２（３）に分離する（図１０参照）。な
お、この切断は、放電加工、或いはレーザカットにて行
う。

【００４２】そして、上記のように分離された平行平板
構造体２（３）をその電極膜８が形成された面が互いに
直交するように配置し、その上端面、及び下端面が接着
剤にて接着固定する（図１参照）。

【００４３】さて、本実施形態によると、次のような作
用効果を奏する。（１）本実施形態では、基材６の両側面に形成された
ＰＺＴ薄膜７は、数十μｍとして薄く形成しているた
め、ＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体としての圧電素子４
を、小型化することができる。その結果、振動ジャイロ
１として小型化できる。

【００４４】（２）本実施形態では、一対のバイモル
フ構造体からなる圧電素子４を互いに相対させ、平行平
板構造としているため、捩じれに対して強くすることが
できる。従って、振動駆動用の平行平板構造体２は、正
確に振動することができ、検出用の平行平板構造体３
は、正確に変位できるため、ノイズに強いものとなる。

【００４５】図１４（ａ）は、単一のバイモルフ構造体
１０が振動する場合を示し、図１４（ｂ）は、同じく単
一のバイモルフ構造体１０が振動しているときであっ
て、上方から見た場合における、バイモルフ構造体１０
の上端の変位位置を示している。図１４（ｂ）の中央位
置Ｐ１は変位前の位置、Ｐ２は、中央位置Ｐ１から一方
に変位した場合の位置、Ｐ３は中央位置Ｐ１から、Ｐ２
とは反対側の他方の位置に変位した場合の位置を示して
いる。この場合、単一のバイモルフ構造体１０は平板状
に形成されているため、振動方向以外の力が加わると、
図１４（ｂ）のＰ２，Ｐ３に示すように捩じられてしま
う問題がある。なお、図１４（ｂ）において、二点鎖線
は、捩じれが加わらなかった場合のバイモルフ構造体１
０の変位位置である。

【００４６】図１５（ａ）は、本実施形態の平行平板構
造体２（３）が振動する場合を示し、図１５（ｂ）は、
同じく平行平板構造体２（３）が振動しているときであ
って、上方から見た場合における平行平板構造体２
（３）の上端の変位位置を示している。図１５（ｂ）
の中央位置Ｐ１は変位前の位置、Ｐ２は、中央位置Ｐ１
から一方に変位した場合の位置、Ｐ３は中央位置Ｐ１か
ら、Ｐ２とは反対側の他方の位置に変位した場合の位置
を示している。この場合、平行平板構造体２（３）は、
振動方向以外の力が加わっても、剛性があるため、捩じ
れに強く、図１５（ｂ）のＰ２，Ｐ３に示すように捩じ
られてしまうことはない。

【００４７】、なお、図１４及び図１５はともに、説明
の便宜上、電極膜、ＰＺＴ薄膜は省略して図示してい
る。（３）本実施形態では、水熱法により、複数個分の基
材６の面積を有する基材６Ａの両側面にＰＺＴ薄膜７を
形成し、その後、基材６Ａの両側面に対して、電極膜８
を形成した。この結果、一度に複数個の基材６に対して
ＰＺＴ薄膜７及び電極膜８を形成できるため、従来と異
なり、一度に多くのバイモルフ構造体を形成することが
できる。その結果、ＰＺＴ薄膜バイモルフ構造を備えた
振動ジャイロを容易に製造することができる。

【００４８】（４）本実施形態では、水熱法により、
基材６Ａの両側面にＰＺＴ薄膜７を形成し、その後、前
記ＰＺＴ薄膜７を形成した基材６Ａの両側面に対して、
それぞれ複数の電極膜８を形成し、互いに隣接した電極
８膜間を切断すると、複数のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造
体を得ることができる。その結果、同一工程（水熱法に
よる工程）で得られた振動駆動用の平行平板構造体２、
検出用の平行平板構造体３との組合せで構成される振動
ジャイロ１は、検出感度等の品質を一定に、すなわち、
均質なものとすることができる。

【００４９】（５）本実施形態の振動ジャイロ１はバ
イモルフ構造体を備えているため、モノモルフに比較し
て同じ変位であれば、２倍の電圧を得ることができ、検
出感度を上げることができる。

【００５０】（６）振動駆動用の平行平板構造体２
は、絶縁スペーサ５を上記（１）式のコリオリの力Ｆｃ
の質量ｍとして使用できる。従って、基材６の質量に関
係なく、絶縁スペーサ５の質量を適宜変更することによ
り振動ジャイロ１のｍを調整することが可能である。そ
のことによって、振動ジャイロ１の検出感度を上げるこ
とも可能である。

【００５１】本発明の実施形態は、上記実施形態以外に
次のように変更することも可能である。（１）前記実施形態では、絶縁スペーサ５としたが、
圧電素子４間において、短絡の虞がないように形成した
場合には、金属製スペーサのように非絶縁性のスペーサ
にて構成してもよい。この場合、圧電素子４に対する固
着は溶接等により行う。

【００５２】（２）前記実施形態では、電極膜８をア
ルミニウムで形成したが、Ａｕ（金）にて形成してもよ
く、又、他の金属にて形成してもよい。（３）前記実施形態では、電極膜８、ＰＺＴ薄膜７、
基材６の厚みをそれぞれ所定数値としたが、上記数値に
限定されるものではなく、必要に応じて、上記以外の数
値としてもよい。

【００５３】（４）前記実施形態では、水熱法で、３
個のバイモルフ構造体が１度に得られるように説明した
が、この個数には限定されるものではなく、２個、或い
は４個以上のものを一度に形成するようにしてもよい。
なお、勿論１個のバイモルフ構造体を製造することも可
能である。

【００５４】（５）前記実施形態では、音片型の振動
ジャイロ１に具体化したが、図１１に示すようにも音叉
型の振動ジャイロ１１に具体化してもよい。この場合、
前記実施形態での振動ジャイロ１を一対、連結部として
の連結板１２の両端に立設固定するだけで、音叉型の振
動ジャイロ１１が形成できる。この場合、図１１に示す
ように一対のの振動ジャイロ１は互いに同方向に向くよ
うに配置する。

【００５５】音叉型の振動ジャイロ１１では、Ｚ軸の回
りで加速度が加わった場合、連結板１２の両端に配置し
た両振動ジャイロ１からの検出電圧値を加算すると、加
速度に関わる分は、互いに相殺することができ、加速度
分を除去できる。なお、Ｚ軸は、連結板１２の中心を直
交するように通過する軸のことである。

【００５６】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される
技術的思想をその効果とともに以下に挙げる。（１）請求項３又は請求項４において、ＰＺＴ薄膜を
形成する工程の前に、予めチタン基材の所定部分には、
マスクを施したＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体の製造方
法。こうすることにより、マスクされた部分には、ＰＺ
Ｔ薄膜を形成できないようにすることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、容易に多数のバイモルフ構造を得ることがで
き、かつ小型のバイモルフ構造体にすることができる。
又、均質な検出感度を備え、かつ、捩じれに強いＰＺＴ
薄膜バイモルフ構造を備えた振動ジャイロにすることが
できる。

【００５８】請求項２の発明によれば、容易に多数のバ
イモルフ構造を得ることができ、かつ小型のバイモルフ
構造体にすることができる。又、均質な検出感度を備
え、かつ、捩じれに強いＰＺＴ薄膜バイモルフ構造を備
えた音叉型振動ジャイロにすることができる。

【００５９】請求項３乃至請求項４の発明によれば、一
度に多数のかつ均質な検出感度等を備えたＰＺＴ薄膜
バイモルフ構造を備えた振動ジャイロを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動ジャイロの斜視図。

【図２】振動ジャイロの要部である平行平板構造体の断
面図。

【図３】基材の断面図。

【図４】ＰＺＴ薄膜にて被覆した状態の基材の断面図。

【図５】電極膜を形成した基材の断面図。

【図６】電極膜をパターンニングして形成された圧電素
子の断面図。

【図７】同じく圧電素子の斜視図。

【図８】平行平板構造体の組付け方法を示す分解斜視
図。

【図９】平行平板構造体を組付けた状態の斜視図。

【図１０】ＰＺＴ薄膜バイモルフ形の平行平板構造体の
斜視図。

【図１１】音叉型振動ジャイロの斜視図。

【図１２】従来の振動ジャイロの斜視図。

【図１３】従来の振動ジャイロの斜視図。

【図１４】（ａ）は単一のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体
の作用を示す斜視図、（ｂ）は同じく説明図。

【図１５】（ａ）は平行平板構造体の作用を示す斜視
図、（ｂ）は同じく説明図。

【符号の説明】

１…振動ジャイロ、２，３…平行平板構造体（第１及び
第２の平行平板構造体を構成する）、４…圧電素子、５
…絶縁スペーサ、６，６Ａ…基材、７…ＰＺＴ薄膜、８
…電極膜。

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【手続補正書】

【提出日】平成９年７月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】次に、図示しない圧力容器内において、基
材６Ａを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（Ｚｒ
ＯＣｌ ₂・８Ｈ₂Ｏ）、硝酸塩（Ｐｂ（ＮＯ₃）₂）の
水溶液、及びＫＯＨ（８Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱
・加圧する。なお、ここでいう加圧とは、加熱された溶
液の蒸気圧による加圧のことである。温度条件は１５０
℃で、４８時間この状態を継続する。なお、攪拌は、３
００ｒｐｍで行う。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】（第２段階）次に、種子結晶が核付けされ
た基材６Ａ、原材料としてのオキシ塩化ジルコニウム
（ＺｒＯＣｌ ₂・８Ｈ₂Ｏ）と硝酸塩（Ｐｂ（ＮＯ₃）
₂）の水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）及びＫＯＨ
（４Ｎ）溶液をテフロン瓶（図示しない）に投入し、攪
拌する。なお、ＰＺＴ薄膜７の圧電性は、ＰＺＴにおけ
るチタン酸鉛，ジルコン酸鉛の構成組成比によって決ま
るため、後にできあがるＰＺＴの圧電性に応じてオキシ
塩化ジルコニウムと硝酸塩とのモル比を決めればよい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】次に、図示しない圧力容器内において、基
材６Ａを上方に配置し、オキシ塩化ジルコニウム（Ｚｒ
ＯＣｌ ₂・８Ｈ₂Ｏ）、硝酸塩（Ｐｂ（ＮＯ₃）₂）の
水溶液、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）及びＫＯＨ（４
Ｎ）溶液を攪拌しながら、加熱・加圧する。なお、ここ
でいう加圧とは、加熱された溶液の蒸気圧による加圧の
ことである。温度条件は１２０℃で、４８時間この状態
を継続する。なお、攪拌は、３００ｒｐｍで行う。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新井史人名古屋市千種区青柳町６丁目５番地の１メイツ千種青柳501 (72)発明者糸魚川貢一愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番地株式会社東海理化電機製作所内 (72)発明者岩田仁愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番地株式会社東海理化電機製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン基材の第１の側面と、同第１の側
面とは１８０度反対側に位置する第２の側面とにＰＺＴ
薄膜が形成され、前記ＰＺＴ薄膜上に電極がそれぞれ設
けられた一対のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体が互いにス
ペーサを介して、平行に連結された第１の平行平板構造
体と、前記第１の平行平板構造体と同構成を備えた第２の平行
平板構造体とを備え、前記第１の平行平板構造体と、第２の平行平板構造体と
が直列に一体に連結されるとともに、一方の平行平板構
造体におけるチタン基材の第１の側面と、他方の平行平
板構造体におけるチタン基材の第１の側面とは直交する
ように配置されたことを特徴とするＰＺＴ薄膜バイモル
フ構造を備えた振動ジャイロ。
【請求項２】請求項１に記載の振動ジャイロが連結部
の両端にそれぞれ立設されたことを特徴とする音叉型振
動ジャイロ。
【請求項３】水熱法により、チタン基材の第１の側面
と、第１の側面とは１８０度反対側に位置する第２の側
面とにＰＺＴ薄膜を形成する工程と、前記ＰＺＴ薄膜上に対して、それぞれ電極を形成する工
程と、互いに隣接した電極間を切断して複数のＰＺＴ薄膜バイ
モルフ構造体を得る工程と、スペーサを介して一対のＰＺＴ薄膜バイモルフ構造体を
平行平板状に配置して連結固定し、平行平板構造体を得
る工程と、一対の前記平行平板構造体を直列に連結し、一方の平行
平板構造体におけるチタン基材の第１の側面と、他方の
平行平板構造体におけるチタン基材の第１の側面とは直
交するように配置して一体化する工程とを含むことを特
徴とする振動ジャイロの製造方法。
【請求項４】前記水熱法は、硝酸鉛溶液、オキシ塩化ジルコニウムを鉱化剤とともに
攪拌し、加圧及び加熱して、チタン基材の第１及び第２
の側面上に種子結晶を得る工程と、前記種子結晶を得た基材に対して、硝酸鉛溶液、オキシ
塩化ジルコニウム、四塩化チタンの溶液を鉱化剤ととも
に攪拌し、加熱及び加圧して、チタン基材の第１及び第
２の側面のそれぞれに対してＰＺＴの結晶成長を行い、
チタン基材の第１及び第２の側面上にＰＺＴ薄膜を形成
する工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の振
動ジャイロの製造方法。