专利名称：振动片、振子和应用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及陀螺仪振子中的振动片、振子和具备该振子的电子装置。
背景技术：
一般来说，在用压电材料形成了陀螺仪振子中的振动片的情况下，采取了在振动片上设置驱动电极和检测电极、利用驱动电极使振动片进行弯曲振动、用检测电极检测因在振动片中产生了旋转时在该振动片中被激励的科里奥利力引起的变形的方法。
例如，在专利文献1中，公开了在Z轴方向上具有厚度的H型的振动片中，音叉臂在Y轴方向上延伸、在XY平面上配置音叉以检测Y轴旋转的角速度的振动片。关于该振动片中的电极的结构，在驱动臂(激励枝)的相向的XY平面上设置了驱动电极，在作为检测臂(拾取枝)的侧面的相向的YZ平面上设置了检测电极。为了检测在检测臂中发生的变形，在检测臂的侧面中在厚度方向上分割检测电极来构成该检测电极。
专利文献1特开平7-55479号公报(图1至图3)对于上述的振动片来说，利用光刻法对压电材料的单晶进行加工，高精度地形成了H型形状的外形和电极。但是，根据以下的原因，不能高精度地形成检测臂的侧面的检测电极。即，除了利用外形刻蚀刻蚀了检测臂的侧面外，由于存在因压电材料的结晶轴方向引起的各向异性，故已被刻蚀的平面不是平坦的。此外，为了在厚度方向上分割检测电极，必须倾斜地射入光进行曝光，与垂直地对平面进行曝光的情况相比，曝光精度变差。这样，难以在检测臂的侧面上高精度地形成电极，使生产率下降了。
再者，对于检测电极的尺寸精度与变形的检测灵敏度来说，是有关联的，如果检测电极的尺寸精度差，则存在使变形的检测灵敏度下降的问题。因此，作为陀螺仪振子的振动片，存在使角速度的检测能力下降的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供在生产率方面优越的、能高精度地检测角速度的振动片。此外，作为另一目的，提供能高精度地检测角速度的振子和具备上述振子的电子装置。
为了解决上述课题，本发明的振动片是一种由在Z轴方向上具有厚度的压电材料构成的振动片，其特征在于具备棒状的多个臂部，沿成为上述振动片的旋转的旋转轴的Y轴方向延伸；以及棒状的梁，在与上述臂部的延伸方向大致垂直的X轴方向上延伸，在XY平面上与上述臂部连接，在与上述臂部的XY平面相向的面上和与YZ平面相向的面上设置了使上述臂部在XY平面上进行弯曲振动用的驱动电极，在与上述梁的XY平面相向的面上设置了检测上述梁的变形用的检测电极，其中，上述变形是受到因以上述振动片的Y轴为旋转轴的旋转而在上述臂部中激励的科里奥利力的作用而产生的。
按照该结构，可在平坦的XY平面上形成检测电极，可容易地得到尺寸精度良好的检测电极。根据这一点，可得到在生产率方面优越的、角速度的检测灵敏度良好的振动片。
作为本发明的振动片的材料的压电材料，希望是石英。
此外，作为本发明的振动片的材料的压电材料，可以是磷酸镓(GaPO4)。
这样，通过利用石英或磷酸镓作为构成振动片的压电材料，可得到稳定的振动，可高精度地检测角速度。
此外，本发明的振动片的特征在于在上述梁的XY平面的一个面上具备成为对的至少一对检测电极，在上述梁的XY平面的另一个面上具备成为对的至少一对检测电极。
这样，通过在梁的表面背面上分别在同一平面上设置至少一对检测电极，可检测作为对于振动片的Y轴旋转的干扰的加速度。
此外，本发明的振动片的特征在于在上述梁的位于二个上述臂部之间的部分上具备上述检测电极。
这样，通过在位于受到科里奥利力的作用而较大地发生梁的变形的二个臂部之间的部分上具备检测电极，可高精度地检测变形，可得到角速度的检测能力优越的振动片。
此外，本发明的振动片的特征在于利用光刻形成了上述振动片的形状和上述驱动电极、上述检测电极。
这样，通过利用光刻形成振动片的外形形状和驱动电极、检测电极，可良好地形成外形和电极的尺寸精度，可得到角速度的检测灵敏度优越的振动片。
此外，本发明的振子的特征在于具备上述振动片。
这样，振子具备上述的振动片，可得到在生产率方面优越的、角速度的检测灵敏度良好的振动片。
此外，本发明的电子装置的特征在于具备上述振子。
这样，电子装置具备在角速度的检测灵敏度方面优越的振子，可提供特性优越的电子装置。
图1是示出本实施方式的振动片的形状的立体图。
图2是示出在振动片的一个面上配置了的电极的结构的俯视图。
图3是示出在图2的背面上配置了的电极的结构的俯视图。
图4(a)是示出振动片的在驱动模式下的工作的立体图，(b)是示出振动片的在检测模式下的工作的立体图。
图5是示出在驱动模式和检测模式下的电场图形的图，(a)是在驱动模式下的沿图2中的A-A切断线的剖面图，(b)是在驱动模式下的沿图2中的B-B切断线的剖面图，(c)是在检测模式下的沿图2中的C-C切断线或D-D切断线的剖面图。
图6是示出在振动片中产生了加速度的状态的立体图。
图7是示出产生了加速度的状态的梁中的电场图形的图，(a)是沿图2中的C-C切断线的剖面图，(b)是沿图2中的D-D切断线的剖面图。
图8是示出在变形例的振动片的一个面上配置了的电极的结构的俯视图。
图9是示出在变形例中的图8的背面上配置了的电极的结构的俯视图。
图10是示出在另一变形例中的振动片形状的俯视图。
图11是示出本实施方式的振子的结构的剖面图。
图12是示出本实施方式的电子装置的结构的结构图。
具体实施例方式
以下，按照
本发明的实施方式。
(第1实施方式)图1是示出本实施方式的振动片的形状的立体图。首先，说明本实施方式的振动片的形状。
振动片10使用作为压电材料的石英的大致Z板，利用光刻形成了外形形状。在振动片10中具有棒状的2个臂部1a、1b，臂部1a、1b沿Y轴方向以既定的长度延伸。而且，臂部1a、1b与相对于该臂部1a、1b的延伸方向大致垂直地延伸的棒状的梁2进行了连接。此外，形成了臂下端部1c、1d，使得臂部1a、1b的各自的一端从梁2突出。
梁2由位于臂部1a、1b之间的检测梁部2a和位于臂部1a、1b的外侧的连接梁部2b、2c构成。在梁2的连接梁部2b的端部上连接了第1连接部3，在连接梁部2c的端部上连接了第2连接部4。此外，在梁2的检测梁部2a的中央部上连接了第3连接部8。而且，第1连接部3、第2连接部4、第3连接部8连接到基台5上。此外，以上的振动片10的各部在Z轴方向(厚度方向)上具有同一厚度。
再有，作为振动片10的材料，也可用压电材料的磷酸镓(GaPO4)。
图2是示出在振动片10的一个面(表面)上配置了的电极的结构的俯视图，图3是示出在图2的背面上配置了的电极的结构的俯视图。
在臂部1a的XY平面的中央部形成了驱动电极20，从臂部1a的XY平面的端部到YZ平面形成了另一个驱动电极21。
驱动电极20从臂部1a的臂下端部1c通过XZ平面连结到背面的驱动电极20上。这样，在沿臂部1a的A-A切断线的剖面中，将驱动电极20形成为与臂部1a的XY平面相向，将驱动电极21形成为与YZ平面相向。
此外，在振动片10的背面的臂部1a上形成了的驱动电极20上连接了引导电极22，通过第1连接部3到达基台5的端部。而且，从基台5的端部通过XZ平面连结到在基台5的表面上设置了的驱动电极焊区24上。再者，从该驱动电极焊区24经过基台5的端部通过XZ平面连结到背面，连结到从臂部1b的XY平面的端部到YZ平面形成了的驱动电极20上。
在臂部1a上设置了的另一个驱动电极21通过引导电极23连接到在基台5上设置了的驱动电极焊区25上。而且，从驱动电极焊区25通过引导电极23连结到在臂部1b的XY平面的中央部设置了的驱动电极21上。再者，驱动电极21从臂部1b的臂下端部1d通过XZ平面连结到背面的驱动电极21上。这样，在沿臂部1b的C-C切断线的剖面中，将驱动电极21形成为与臂部1b的XY平面相向，将驱动电极20形成为与YZ平面相向。
如以上所述，驱动电极20和驱动电极21为不同的极，被构成为一对驱动电极。
再有，从各自的臂部1a、1b的XY平面的端部到YZ平面形成了的驱动电极至少处在YZ平面上即可，在后述的驱动模式下在臂部1a、1b中可激励X轴方向的弯曲振动。
此外，在振动片10的一个面(表面)的XY平面上形成了一对检测电极30、31。检测电极30被设置在接近于检测梁部2a的棱线的部分上，连接了引导电极32。引导电极32通过第3连接部8连接到在基台5上设置了的检测电极焊区34上。此外，检测电极31被设置在接近于检测梁部2a的另一条棱线的部分上，连接了引导电极33。而且，引导电极33通过第3连接部8连接到在基台5上设置了的检测电极焊区35上。这样，检测电极30、31成为一对，可检测在表面的检测梁部2a上发生的变形。
再者，在振动片10的另一个面(背面)的XY平面上与上述同样地形成了一对检测电极40、41。检测电极40被设置在接近于检测梁部2a的棱线的部分上，连接了引导电极42。引导电极42通过第3连接部8，从基台5的端部经由XZ平面连结到在基台5的表面上形成了的检测电极焊区44上。此外，检测电极41被设置在接近于检测梁部2a的另一条棱线的部分上，连接了引导电极43。而且，引导电极43通过第3连接部8，从基台5的端部经由XZ平面连结到在基台5的表面上形成了的检测电极焊区45上。这样，检测电极40、41成为一对，可检测在背面的检测梁部2a上发生的变形。
再有，将驱动电极焊区24、25和检测电极焊区34、35、44、45设置成用引线键合或导电性粘结剂等的连接方法连接到另外设置了的布线上。
利用光刻以高尺寸精度形成了在以上的振动片10中配置了的电极，使用了Au作为电极的材料。
其次，说明以上的结构中的振动片的驱动模式和检测模式的工作。
图4是说明振动片的工作的立体图，图4(a)是示出在驱动模式下的工作的立体图，图4(b)是示出在检测模式下的工作的立体图。
图5是示出压电材料内的电场图形的图，图5(a)是在驱动模式下的沿图2中的A-A切断线的剖面图，该图(b)是在驱动模式下的沿图2中的B-B切断线的剖面图，该图(c)是在检测模式下的沿图2中的C-C切断线或D-D切断线的剖面图。
在振动片10的驱动模式下，如图4(a)中所示，臂部1a、1b在XY平面内进行弯曲振动。关于臂部1a的电极结构，在臂部1a的XY平面的中央部形成了相向的驱动电极20，从臂部1a的XY平面的端部起到YZ平面形成了另一个相向的驱动电极21。此外，在另一个臂部1b中也配置了驱动电极20和驱动电极21。在臂部1b中，将驱动电极构成为弯曲振动与臂部1a的弯曲振动反相。据此，如图5(a)、(b)中所示，例如，如果对驱动电极20施加正的电压，对另一个驱动电极21施加负的电压，则以从驱动电极20朝向驱动电极21的方式产生电场。这样，以臂部1a、1b的中心为边界，在右侧的一半部分和左侧的一半部分中电场的方向相反，如果一方产生伸展的变形，则另一方产生缩小的变形，臂部1a、1b弯曲。而且，如果对驱动电极20和驱动电极21交替地施加电压，则臂部1a、1b可进行弯曲振动。
这样，对于臂部1a和臂部1b来说，由于将驱动电极构成为相互以反相的方式振动，故以臂部1a、1b的前端接近或远离的方式进行弯曲振动。
其次，对于振动片的检测模式进行说明。在振动片10以上述的驱动模式进行弯曲振动的期间内，如果产生以Y轴为旋转轴的旋转，则在臂部1a、1b中在用图4(b)的实线箭头示出的Z轴方向上交替地激励用实线箭头示出的科里奥利力F和用虚线箭头示出的科里奥利力F。而且受到在臂部1a、1b中被激励了的科里奥利力的作用，在梁2中产生因扭曲引起的剪切变形。
如图5(c)中所示，在梁2的检测梁部2a中的XY平面上配置了一对检测电极30、31，在背面的XY平面上配置了一对检测电极40、41。如果在检测梁部2a中产生扭曲，则在沿图2中的C-C切断线和D-D切断线的剖面上产生同样的电场。关于电场的产生图形，例如从检测电极30至检测电极31产生电场，在另一方，从检测电极40至检测电极41产生电场。
从检测电极30、31和检测电极40、41作为电压取出在该检测梁部2a的表面和背面上发生了的变形并进行差分放大，通过用运算电路进行处理，可检测角速度的方向、大小。
再有，关于检测电极的配置，在本实施方式中在检测梁部2a上进行了设置，但在连接梁部2b、2c中也发生了变形，即使至少在连接梁部2b、2c的某一个上设置检测电极，也可检测梁2的变形，可进行角速度的检测。
其次，说明振动片10的Y轴旋转中的对于角速度的检测作为外部扰动的Z轴方向的加速度的检测。
图6是示出对振动片施加了Z轴方向的加速度时的状态的立体图。图7是示出对振动片施加了Z轴方向的加速度时的压电材料内的电场图形的图，图7(a)是沿图2中的C-C切断线的剖面图，该图(b)是沿图2中的D-D切断线的剖面图。
如果对振动片10施加沿Z轴方向的加速度Fa，则如图6中所示，臂部1a、1b在Z轴方向上以同相的关系发生变形，在梁2中产生扭曲。此时，在检测梁部2a的沿图2中的C-C切断线的剖面上例如从检测电极30至检测电极31产生电场，从检测电极41至检测电极40产生电场。另一方面，此时在检测梁部2a的沿图2中的D-D切断线的剖面上例如从检测电极31至检测电极30产生电场，从检测电极40至检测电极41产生电场。
这样，由于在检测梁部2a中产生的电场与检测角速度的检测模式中的电场的产生的图形不同，故可识别产生了加速度的模式，可进行与角速度的区别。
如以上所述，本实施方式的振动片10在厚度方向上不分割检测电极30、31、40、41，可在XY平面上形成，可容易地得到尺寸精度良好的检测电极30、31、40、41。此外，因为可进行振动片10的Y轴旋转中的相对于角速度的检测作为干扰的Z轴方向的加速度的检测，故可分离角速度和加速度。据此，可得到在生产率方面优越的、角速度的检测灵敏度良好的振动片10。
(变形例1)以下，说明检测电极的配置的变形例。
图8是示出在振动片的一个面(表面)上配置了的电极的结构的俯视图，图9是示出在图8的背面上配置了的电极的结构的俯视图。由于就振动片的外形形状和驱动电极、进而是振动片的工作来说与上述中已说明的振动片是同样的，故附以相同的符号而省略其说明。
在振动片100的表面的检测梁部2a的XY平面上设置了二对检测电极。检测电极101、103在表面的XY平面上构成一对检测电极，用检测电极102、104构成了另一对检测电极。检测电极101、103分别连接到引导电极105、107上，通过第3连接部8，连接到在基台5上设置了的检测电极焊区109、111上。同样，检测电极102、104分别连接到引导电极106、108上，通过第3连接部8，连接到在基台5上设置了的检测电极焊区110、112上。
此外，在振动片100背面的检测梁部2a的XY平面上与上述同样地设置了二对检测电极。用检测电极121、123构成了一对检测电极，用检测电极122、124构成了另一对检测电极。检测电极121、123分别连接到引导电极125、127上，通过第3连接部8，从基台5的端部经由XZ平面，连结到在基台5的表面上形成了的检测电极焊区129、131上。同样，检测电极122、124分别连接到引导电极126、128上，通过第3连接部8，从基台5的端部经由XZ平面，连结到在基台5的表面上形成了的检测电极焊区130、132上。
这样，在梁2的检测梁部2a中，通过在表面上设置二对检测电极、在背面上设置二对检测电极，可使由检测梁部2a的形状或电极的尺寸误差产生的变形的检测误差平均化，可更加高精度地检测检测梁部2a的变形。据此，可更加高精度地进行角速度的检测。
(变形例2)其次，说明对振动片的形状进行了变形的情况的变形例。
图10是在振动片中具备3个臂部的振动片的俯视图。在振动片200中，具有棒状的3个臂部201a、201b、201c，臂部201a、201b、201c沿Y轴方向以既定的长度延伸。而且，臂部201a、201b、201c与棒状的梁202连接，而棒状的梁202与该臂部201a、201b、201c的延伸方向大致垂直地(沿X轴方向)延伸。此外，形成了臂下端部201d、201e、201f，使得臂部201a、201b、201c的各自的一端从梁202突出。
梁202由位于臂部201a、201b之间的检测梁部202a、位于臂部201b、201c之间的检测梁部202b和位于臂部201a、201c的外侧的连接梁部202c、202d构成。
在梁202的连接梁部202c的端部上连接了第1连接部203，在连接梁部202d的端部上连接了第2连接部204。此外，梁202的检测梁部202a和202b的中央部连接了第3连接部205和第4连接部206。而且，将第1连接部203、第2连接部204、第3连接部205和第4连接部206连接到基台205上。此外，以上的振动片200的各部在Z轴方向(厚度方向)上具有同一厚度。
在臂部201a、201b、201c上分别配置了与上述的驱动电极同样的驱动电极(未图示)，在驱动模式下相邻的臂部沿X轴方向分别以反相的关系进行弯曲振动。
此外，在检测梁部202a和202b的2个部位上分别配置了与上述的检测电极同样的检测电极(未图示)。在Y轴旋转中的检测模式下，臂部201a、201b、201c沿Z轴方向以相互反相的关系弯曲。因此，在检测梁部202a、202b中产生变形，通过用检测电极检测该变形，可识别角速度的大小、方向。
(第2实施方式)图11是示出本发明的实施方式的振子的剖面图。
振子50由振动片10、电路元件52、容纳容器51和盖体53构成。用陶瓷等形成的容纳容器51的一面开放，设置了凹部。通过用导电性粘结剂将振动片10粘结到该凹部上，将振动片10固定在容纳容器51上并与在容纳容器51上形成了的布线(未图示)进行了电连接。此外，在容纳容器51的凹部的底面上设置了驱动振动片10的驱动电路或包含将已检测的变形作为角速度信号进行运算处理的运算电路的电路元件52。利用引线键合将电路元件52连接到在容纳容器上形成了的布线上。然后，用盖体53密封了容纳容器51的上表面，将内部保持为真空气氛。
这样，振子50具备上述的振动片10，可得到在生产率方面优越的、角速度的检测灵敏度良好的振子50。
(第3实施方式)其次，说明与本发明有关的电子装置的实施方式。
图12是示出电子装置的结构的结构图。在电子装置60中具备包含在上述的实施方式中已说明的各自的振动片的振子50。
作为使用了实施方式的振子的电子装置，可举出有必要检测其姿态的变化的移动电话机、数码相机和导航系统那样的电子装置。
在这样的电子装置中，具备在角速度的检测灵敏度方面优越的上述振子，可提供特性优越的电子装置。
权利要求
1.一种由在Z轴方向上具有厚度的压电材料构成的振动片，其特征在于具备棒状的多个臂部，沿成为上述振动片的旋转的旋转轴的Y轴方向延伸；以及棒状的梁，在与上述臂部的延伸方向大致垂直的X轴方向上延伸，在XY平面上与上述臂部连接，在与上述臂部的XY平面相向的面上和与YZ平面相向的面上设置了使上述臂部在XY平面上进行弯曲振动用的驱动电极，在与上述梁的XY平面相向的面上设置了检测上述梁的变形用的检测电极，其中，上述变形是受到因以上述振动片的Y轴为旋转轴的旋转而在上述臂部中激励起的科里奥利力的作用而产生的。
2.如权利要求1中所述的振动片，其特征在于上述压电材料是石英。
3.如权利要求1中所述的振动片，其特征在于上述压电材料是磷酸镓(GaPO4)。
4.如权利要求1至3的任意一项中所述的振动片，其特征在于在上述梁的XY平面的一个面上具备成为对的至少一对检测电极，在上述梁的XY平面的另一个面上具备成为对的至少一对检测电极。
5.如权利要求1至4的任意一项中所述的振动片，其特征在于在上述梁的位于二个上述臂部之间的部分上具备上述检测电极。
6.如权利要求1至5的任意一项中所述的振动片，其特征在于利用光刻形成了上述振动片的形状和上述驱动电极、上述检测电极。
7.一种振子，其特征在于具备权利要求1至6的任意一项中所述的振动片。
8.一种应用装置，其特征在于具备权利要求7中所述的振子。
全文摘要
振动片、振子和应用装置。本发明的课题是提供在生产率方面优越的、能高精度地检测角速度的振动片。在由Z轴方向上具有厚度的压电材料构成的振动片(10)中，具备沿成为振动片(10)的旋转的旋转轴的Y轴方向延伸的棒状的臂部(1a、1b)；以及在与臂部(1a、1b)的延伸的方向垂直的X轴方向上延伸的、在XY平面上与臂部(1a、1b)连接的棒状的梁(2)，在与臂部(1a、1b)的XY平面相向的面上和与YZ平面相向的面上设置使臂部(1a、1b)在XY平面上进行弯曲振动的驱动电极(20、21)，在与梁(2)的XY平面相向的面上设置了检测梁(2)的变形用的检测电极(30、31、40、41)，其中，上述变形是受到因以振动片(10)的Y轴为旋转轴的旋转而在臂部(1a、1b)中激励起的科里奥利力的作用而产生的。
文档编号G01P9/04GK1737498SQ20051009056
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月17日 优先权日2004年8月19日
发明者江口诚 申请人:精工爱普生株式会社