振動陀螺儀元件及其制造方法技術

振動陀螺儀元件（１）包括壓電基板（３）、上主面電極（２）、下主面電極（４）、以及支承基板（５）。壓電基板（３）設置有內側開放孔（３１）和外側開放孔（３３）。內側開放孔（３１）使Ｘ－Ｙ面上的框狀區域（３Ｂ）的側端面露出至框內。外側開放孔（３３）使框狀區域（３Ｂ）的側端面露出至框外。上主面電極（２）中的驅動檢測電極（２Ａ）與框狀區域（３Ｂ）的上主面相接合，并和下主面電極（４）一起與框狀區域（３Ｂ）在Ｚ軸方向上的位移、和框狀區域（３Ｂ）在與Ｘ－Ｙ面平行的方向上的位移進行機電耦合。支承基板（５）確保框狀區域（３Ｂ）的振動空間，并對壓電基板（３）進行支承。振動空間防止框狀區域（３Ｂ）與支承基板（５）發生干涉，并與內側開放孔（３１）及外側開放孔（３３）連通。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及利用壓電體在與其主面垂直的方向上的變形和壓電體在與其主面平行的方向上的變形、來檢測旋轉的。
技術介紹
檢測旋轉的振動陀螺儀元件利用粘貼有壓電陶瓷的振動板、或者水晶、鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電單晶的振動板等，檢測作用于振動體的科里奧利力。作為振動體的形狀，有音叉形、正方形截面音片形、正三角形截面音片形、圓形音片形、H形等各種形狀(例如，參照非專利文獻1 3以及專利文獻1)。圖1是說明現有例的振動陀螺儀元件的結構的圖。該振動陀螺儀元件101包括振動板104、八個檢測用振動體、以及一個驅動用振動體。各檢測用振動體包括檢測電極102、壓電體板103、以及檢測電極105。驅動用振動體包括驅動電極106、壓電體板107、以及驅動電極108。驅動用振子使振動板104激勵出主面法線方向的彎曲振動。在八個檢測用振子中，對于分別配置在振動陀螺儀元件101的兩根正交的檢測軸(X軸、Y軸)兩側的每一組檢測用振子，利用與以各組所夾持的檢測軸為中心的旋轉的科里奧利力相對應的輸出差，來激勵出輸出信號。期待將這種能檢測出分別繞多根轉軸所進行的旋轉的振動陀螺儀元件用于汽車的導航系統、照相機的手抖校正電路、游戲機的遙控器、移動電話等。在這些用途中，希望振動陀螺儀比以往更加小型化。非專利文獻1 “壓電形振動陀螺儀”，日本音響學會雜志第45卷第5號 pp. 402-408，1989 (「圧電形振動夕Y ^ 口 ^ -一 」，日本音響學會誌45卷5號 pp.402-408，1989)非專利文獻2 “壓電形振動陀螺儀角速度傳感器”，電子信息通信學會論文雜志， Vol. J78-C-I pp. 547-556,1995年2月(「圧電形振動夕Y ^ 口義二一角速度七 > 寸」， 電子情報通信學會論文誌Vol. J78-C-I pp. 547-556，1995年2月)非專利文獻3 “利用鈮酸鋰及鉭酸鋰壓電單晶的電子機械設備”，電子信息通信學會論文雜志，Vol. J87-C No. 2 pp. 216-224，2004年2月(「二才義酸>J f々Λ及t/夕> 夕義酸U f々A圧電単結晶&用電子機構〒< ^」，電子情報通信學會論文誌Vol. J87-C No. 2 pp. 216-224，2004 年 2 月)專利文獻1 日本專利第3218702號公報
技術實現思路
在非專利文獻1 3所記載的音叉形或音片形的振動陀螺儀元件中，每一個振動體只能實現一個檢測軸，為了要實現多個檢測軸，需要多個振動體，從而不適于小型化。特別是，在不僅將電極形成于振動體的表面和背面、還將電極形成于側面的結構中，若將振動體薄型化，則難以在側面形成電極及其布線，因此，限制了振動體的薄型化。在專利文獻4所記載的圓板形的振動陀螺儀元件中，雖然能檢測出繞正交兩軸的旋轉，但由于若將振動板變薄，則會降低振動板的剛性，因此，因振動板的自重而引起較大的彎曲，從而會增大離開最佳振動形態的背離。此外，由于擔心振動板因彎曲而與支承體接觸，因此，需要獲取更大的振動空間余量。因而，限制了薄型化。因而，本專利技術的目的在于提供一種實現適當的振動形態、并能比以往要小型化和薄型化的振動陀螺儀元件。 本專利技術的振動陀螺儀元件包括壓電體、主面電極對、以及支承體。壓電體設置有內側開放部和外側開放部。內側開放部使壓電體主面上的框狀區域的內側面露出。外側開放部使框狀區域的外側面露出。主面電極對與框狀區域的表面的主面和背面的主面相接合， 并與框狀區域在與壓電體主面垂直的方向上的位移、和框狀區域在與壓電體主面平行的方向上的位移進行機電耦合。支承體確保框狀區域的振動空間，并對壓電體進行支承。振動空間防止其他構件與框狀區域發生干涉，并與內側開放部及外側開放部連通。在該結構中，由于在壓電體的框狀區域形成主面電極對以構成振動體，因此，即使省去振動板等以使振動陀螺儀元件的結構小型化，也能使框狀區域振動、并因科里奧利力而產生變形。此外，通過對壓電體設置內側開放部和外側開放部，從而能抑制壓電體的自重，并且，能減弱在框狀區域的邊界上的約束，從而釋放作用于框狀區域的應力。因此，能抑制畸變，使框狀區域具有適當的振動形態，由此，即使將振動體薄型化，也能確保振動陀螺儀元件的檢測精度。此外，由于能降低自重所導致的彎曲，因此，能抑制壓電體與支承體接觸的危險性，減小振動空間。此外，本專利技術是檢測分別繞兩根在與壓電體主面平行的平面內相互正交的轉軸所進行的旋轉的振動陀螺儀元件，該振動陀螺儀元件包括壓電體、多對主面電極對、以及支承體。壓電體是將內側開放部和外側開放部設置成分別以兩根轉軸為對稱軸而呈線對稱形的壓電體。對多對主面電極對進行設置，將其排列成分別以兩根轉軸為對稱軸而呈線對稱，以與框狀區域的表面的主面和背面的主面相接合。即使采用該結構，也能使畸變較小的框狀區域以適當的振動形態進行振動、并因科里奧利力而產生變形，從而能確保檢測精度，同時使振動陀螺儀元件的結構小型。正交的兩根轉軸各自兩側的兩對主面電極對因繞它們之間的轉軸所進行的旋轉而輸出振幅相同、 相位相反的電壓。另一方面，當繞其他轉軸旋轉、或對元件施加沖擊時，從兩對主面電極對輸出振幅相同、相位相同的電壓。因此，通過利用這兩對主面電極對的輸出差，能檢測與繞夾在它們之間的轉軸所進行的旋轉相對應的輸出差，從而能簡化信號處理。優選為壓電體在框狀區域的內側包括內側區域。在此，內側區域由支承體所支承， 并對框狀區域進行支承。在該情況下，壓電體的、在框狀區域的外側的整體也可以是外側開放部。此外，優選為壓電體在框狀區域的外側包括外側區域。在此，外側區域由支承體所支承，并對框狀區域進行支承。在該情況下，壓電體的、在框狀區域的內側的整體也可以是內側開放部，也可以在框狀區域的內側包括成為內側區域的壓電體。像上述結構那樣，通過在框狀區域的內側和外側設置開放部、以抑制因壓電體的自重而導致的彎曲、并對框狀區域進行支承，能使框狀區域具有更適當的振動形態，從而即使將振動體薄型化，也能確保振動陀螺儀元件的檢測精度。優選為將連接內側區域或外側區域、與所述框狀區域的梁部在所述壓電基板上一體形成。由此，僅通過對壓電基板進行圖案形成，就能形成框狀區域并對其進行支承。也可以將梁部設置在偏離轉軸45°的位置上。由此，能抑制梁部約束壓電基板在轉軸上的位移，使框狀區域具有更適當的振動形態，從而即使將振動體薄型化，也能確保振動陀螺儀元件的檢測精度。優選為在梁部與布線之間包括絕緣體。由此，能防止因梁部的位移而檢測出電壓， 從而即使將振動體薄型化，也能確保振動陀螺儀元件的檢測精度。框狀區域也可以是圓形框狀或矩形框狀，壓電體也可以是鈮酸鋰或鉭酸鋰、或者由水晶構成的單晶。通過形成圓形框狀，能提高形狀的對稱性，從而容易將兩根檢測軸之間的振動振幅控制得大小相等。通過形成矩形框狀，能提高安裝效率，能密集地配置驅動用IC 和檢測用IC等。通過采用鈮酸鋰，能增大機電耦合系數和Q值，得到良好的靈敏度特性。通過采用鉭酸鋰，能改善靈敏度與溫度特性的平衡。通過采用水晶，從而溫度特性變得極其優良，溫度穩定性優異。本專利技術是上述振動陀螺儀元件的制造方法，優選包括在支承體上設置成為振動空間的犧牲層的工序；將壓電體接合在支承體及犧牲層上的工序；以及使蝕刻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種振動陀螺儀元件，其特征在于，所述振動陀螺儀元件包括：壓電體，該壓電體設置有使壓電體主面上的框狀區域的內側面露出的內側開放部、和使所述框狀區域的外側面露出的外側開放部；主面電極對，該主面電極對與所述框狀區域在與所述壓電體主面垂直的方向上的位移、和所述框狀區域在與所述壓電體主面平行的方向上的位移進行機電耦合，并與所述框狀區域的表面的主面和背面的主面相接合；以及支承體，該支承體防止其他構件與所述框狀區域發生干涉，并確保與所述內側開放部及所述外側開放部連通的所述框狀區域的振動空間，從而對所述壓電體進行支承。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：米田年麿，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：發明
國別省市：JP