JP2007040879A

JP2007040879A - 圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法

Info

Publication number: JP2007040879A
Application number: JP2005226639A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Fujiwara; 茂美藤原
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】分極処理の際の圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極冶具のプローブ端子との接触の位置ずれ、分極不足やリークが発生しにくい圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法を提供すること。
【解決手段】複数の帯状電極がワイヤーと導電性の接着材で固設された圧電セラミックス振動子を各ワイヤーに圧電セラミックス振動子の帯状電極幅以上の面積を持つパッド７に装着して、駆動電極とアース電極間、検出電極とアース電極間に高電界を印加して、圧電セラミックス振動子からなる圧電振動ジャイロ用振動子を空気中で分極処理を施すこと。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電振動ジャイロに関し、特に圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に関する。

圧電セラミックス材料の応用分野は単結晶や薄膜材料と共通の応用分野が多い。セラミックス材料は価格が安いので、セラミックス材料で必要性能が得られる場合は、単結晶や薄膜材料に代えて用いられてきた。しかし、焼結されたままのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ)などの圧電セラミックス材料は、微結晶内の軸方向はまったく乱雑で、微結晶がいくつかの強誘電分域に分かれているので、圧電性をもたない。圧電性にするために、各々の圧電材料のもつ抗電界以上の直流電荷を各々の圧電材料に印加して、自発分極の向きをそろえ、極性を与える分極処理をする。なお、一般的に高電界を印加するほど、分極の飽和状態に近づき、ばらつきが少なくなる。また、キュリー温度に近いほどその効果が得られやすい。しかしながら、印加できる電界は、その端子間の絶縁抵抗または絶縁破壊条件で決定され、温度は液槽又は気槽の試料条件、環境条件で決定される。

従来の円柱状の圧電セラミックス振動子の分極方法では、円柱状の圧電セラミックス振動子単体の状態で、油中に浸漬させ、各帯状電極に板バネやコンタクトピン等を機械的に接触させることで、電気的な接続を確保し、各端子間に高電圧を印加する分極処理を行う。

従来の円柱状の圧電セラミックス振動子は、電極面積を確保しやすように、駆動、検出、アース用の複数の帯状電極を円柱状圧電セラミックスの長さ方向と垂直な方向に、電極を形成している。このような円柱状の圧電セラミックス振動子に関する電極の分極方法は、特許文献１に開示されている。

特開平９−３２１３６３号公報

圧電振動ジャイロの小型化に伴い、圧電振動ジャイロ用振動子も小さく細径化が要求されるようになった。その細径化に伴い、直径の小さい圧電振動ジャイロ用振動子に電極を精度よく形成する技術が重要になる。圧電振動ジャイロ用振動子の形状が小さくなるにつれて、圧電振動ジャイロ用振動子の円周も小さくなり、電極の面積も小さくなる。圧電振動ジャイロ用振動子に抗電界以上の直流高電圧を印加して分極処理を行う場合には、圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極治具のプローブ端子間で接触させて、電圧を印加する。細径化に伴い圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成される電極面積が小さく、電極面が円周なので、圧電振動ジャイロ用振動子の電極と分極冶具の板バネやコンタクトピンが接触しない、接触が不安定になる等の接触に関する問題が発生し、分極が不十分になるという問題点があった。

また、特許文献１の円柱状の圧電セラミックス振動子は、電極面積を確保しやすいように、駆動、検出、アース用の複数の帯状電極を円柱状圧電セラミックスの長さ方向と垂直な方向に、電極を形成しているので、圧電振動ジャイロ用振動子の細径化の要求に対して十分でなく、その分極方法も分極治具のプローブ端子と円柱状圧電セラミックスの圧電振動ジャイロ用振動子の電極パターンとの位置ずれがしやすい構造なので、リークが発生しやすいという問題点があった。

圧電振動ジャイロ用振動子の細径化に伴い、圧電振動ジャイロ用振動子の形成される電極面積も小さくなる。その結果、分極治具に圧電振動ジャイロ用振動子をセッティングする際に生じる振動で、圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極冶具のプローブ端子の接触により、位置ずれが生じる。また、油中の温度上昇に伴い分極冶具の熱膨張によるわずかな変形によっても位置ずれが生じる。更に、油中の温度上昇による流体の流れの変動や油の劣化に伴い発生する気泡による振動の発生により、圧電振動ジャイロ用振動子の位置ずれが生じ、印加電圧がリークする。

圧電振動ジャイロ用振動子の支持および圧電振動ジャイロ用振動子の入出力用電極からのリード端子の役割をするワイヤーと圧電振動ジャイロ用振動子の表面に形成された電極とを導電性接着剤で接着する必要がある。圧電振動ジャイロ用振動子の振動を効率よく伝える極細のワイヤーと圧電振動ジャイロ用振動子の細径化により、電極とワイヤーの接着面積が小さくなる。また、油中で分極処理により、圧電振動ジャイロ用振動子表面に油の残渣が付着し、導電性接着剤の剥離強度の低下を招くという問題点があった。

油中での分極処理は、油洗浄工程で溶剤による洗浄を行う。その溶剤との反応により、水酸化イオン（ＯＨ^-）残渣が生じ、導電性接着剤と圧電振動ジャイロ用振動子支持やリード線の役割をするワイヤー表面に酸化による酸化膜が形成され、導通がとれなくなるという問題点が発生した。

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、分極処理の際の圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極冶具のプローブ端子との接触の位置ずれ、分極不足やリークが発生しにくい圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、駆動、検出、アース用の複数の帯状電極を円柱状圧電セラミックスの長さ方向と平行で、前記円柱状圧電セラミックスの外周面上の円周を６等分する位置で、前記円柱状圧電セラミックスの長さ方向の側面に形成し、前記アース電極は、駆動端子と検出端子の間に配置され、前記円柱状圧電セラミックスの長さ方向の端部は円周方向に電極が形成され、各前記アース電極が電気的に接続される圧電セラミックス振動子と前記圧電セラミックス振動子の支持と前記複数の帯状電極との電気的接続を兼ねる金属体からなるワイヤーを備える樹脂ホルダーで構成される圧電振動ジャイロの分極治具を用いた圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法において、前記複数の帯状電極は前記ワイヤーと導電性の接着材で固設された圧電セラミックス振動子を各前記ワイヤーに前記圧電セラミックス振動子の帯状電極幅以上の面積を持つパッドに装着して分極する圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法である。

上記目的を達成するための第２の発明は、前記圧電セラミックス振動子を前記パッドに装着して、駆動電極とアース電極間、検出電極とアース電極間に高電界を印加して、前記圧電セラミックス振動子に分極処理を施す圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法である。

上記目的を達成するための第３の発明は、前記圧電セラミックス振動子を前記パッドに装着して、空気中で分極処理を施す圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法である。

本発明によれば、複数の帯状電極がワイヤーと導電性の接着材で固設された圧電セラミックス振動子を各ワイヤーに圧電セラミックス振動子の帯状電極幅以上の面積を持つパッドに装着して、駆動電極とアース電極間、検出電極とアース電極間に高電界を印加して、圧電セラミックス振動子からなる圧電振動ジャイロ用振動子を空気中で分極処理を施すことで、従来の油洗浄工程を含まない工程なので、洗浄に起因する振動が発生しないので、分極治具のプローブ端子と振動子パターンとの位置ずれが発生しないので、その位置精度が向上する。また、水酸化イオン(ＯＨ^-)の残渣は低減され、導電性接着剤との剥離強度低下や、振動子表面の酸化による酸化膜が形成されにくくなるので、導通不良の問題を解決できる。上述した効果に加えて、帯状電極幅以上の面積を持つパッドに圧電セラミックス振動子からなる圧電振動ジャイロ用振動子を装着して、分極することで、十分な接触面積を確保することができ、分極処理の際の圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極冶具とプローブ端子の接触の位置ずれ、分極不足やリークが発生しにくい圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法の提供が可能になる。

本発明を実施するための最良の形態に係る圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法を以下に図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる円柱状の圧電セラミックス材料を示す斜視図である。図２は、本発明の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる振動子を構成する円柱状の圧電セラミックス材料にワイヤーを接着した状態を示す斜視図である。図３は、圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具の圧電振動ジャイロ用振動子の固定部を示す断面図である。図４は、圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具に圧電振動ジャイロ用振動子を固定した状態を示す断面図である。図５は、図４の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具に圧電振動ジャイロ用振動子を固定した状態を拡大した断面図である。図６は、図５のワイヤーの装着を示したＡ−Ａ’部の断面図である。図６（ａ）は、上から見た断面図で、図６（ｂ）は横からみた断面図である。

図１に示すように、円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子に電極２が形成されている。円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子にワイヤー４を接着した様子が図２に示されている。円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子に電極２が形成され、ワイヤー４を導電性接着剤３で接着している。各ワイヤーは、駆動電極、検出電極とアース電極のワイヤーで、ワイヤー４を構成している。ワイヤー４は、図３に示した分極治具用のパッド７と同一の金属体で形成され、樹脂ホルダー６にインサート成形される。図３では、本発明の分極方法による分極状態で、円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子セラミック振動子１、ワイヤー４、治具の受け側５の樹脂ホルダー６からなる固定部に固定する。固定する際には、分極治具用のパッド７が樹脂ホルダー６の端子部に十分に接触するように固定される。

この電極２とワイヤー４の接着精度は、導電性接着材の塗布工程での位置精度により確定する。この位置精度は、円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子に形成された電極２を、画像認識装置を用いて、精度よくワイヤー４を接着することで確保できる。

図４には、分極治具８が示され、図３で示した治具の受け側５と、＋端子と−端子と接触するプローブの固定された治具１０の間にスペーサ９を入れてネジ１１で固定している。ネジ１１で固定することで、油中の分極においても、流体の振動などの影響を受けて位置ずれがおこりにくいようにしている。更に、円柱状の圧電セラミックス振動子１からなる圧電振動ジャイロ用振動子またワイヤー４など金属は、２００℃前後でも酸化や変形しない金属を使用して、位置ずれがおこりにくいようにしている。

図５には、本発明の分極方法に用いる分極治具８のプローブの固定部された治具１０の拡大図が示されている。この円柱状の圧電セラミックス振動子１、ワイヤー４、樹脂ホルダー６をフープ状に構成されたものに＋端子、−端子を治具１０で固定されたコンタクト用ピン１２で接触させる。また、分極処理中は２００度前後の高温になるので、熱膨張などによる変形によって電極２とコンタクト用ピン１２の位置ずれが生じ、分極が不十分にならないように、熱変形のしにくい材質のコンタクト用ピン固定治具１３を使用し、分極治具８に固定する。本発明の最良の形態では、分極処理中の温度よりも高い温度であることから、融点が３２０度前後のテフロン（登録商標）を用いて分極処理中に熱変形しないようにしている。

図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、４カ所にコンタクト用ピン１２を差し込むコンタクト用ピンの固定用の穴１４を設けている。この穴にコンタクト用ピン１２を差し込み固定する。その結果、流体の振動などの影響を受けた位置ずれがおこりにくいので、リークや他のピンとの接触を防止できる。

更に、恒温槽を使用して空中分極処理をおこない、油中の分極方法で分極処理をおこなった場合と、空中分極処理の場合とで、圧電性に優位差がないことを確認した。

以上に示したように、本発明により、従来の油洗浄工程を含まない工程なので、洗浄に起因する振動が発生しないので、分極治具のプローブ端子と振動子パターンとの位置ずれが発生しないので、その位置精度を向上でき、水酸化イオン（ＯＨ^-）の残渣は低減され、導電性接着剤との剥離強度低下や、振動子表面の酸化による酸化膜が形成されにくくなるので、導通不良の問題を解決できる。上述した効果に加えて、帯状電極幅以上の面積を持つパッドに圧電セラミックス振動子からなる圧電振動ジャイロ用振動子を装着して、分極することで、十分な接触面積を確保することができ、分極処理の際の圧電振動ジャイロ用振動子表面に形成された電極と分極冶具とプローブ端子の接触の位置ずれ、分極不足やリークが発生しにくい圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法の提供が可能になる。

本発明の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる円柱状の圧電セラミックス材料を示す斜視図。本発明の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる振動子を構成する円柱状の圧電セラミックス材料にワイヤーを接着した状態を示す斜視図。圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具の圧電振動ジャイロ用振動子の固定部を示す断面図。圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具に圧電振動ジャイロ用振動子を固定した状態を示す断面図。図４の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法に使われる分極治具に圧電振動ジャイロ用振動子を固定した状態を拡大した断面図。図５のワイヤーの装着を示したＡ−Ａ’部の断面図。図６（ａ）は、上からみた断面図、図６（ｂ）は横からみた断面図。

符号の説明

１圧電セラミックス振動子
２電極
３導電性接着剤
４ワイヤー
５治具の受け側
６樹脂ホルダー
７パッド
８分極治具
９スペーサ
１０治具
１１ネジ
１２コンタクト用ピン
１３コンタクト用ピン固定治具
１４コンタクト用ピンの固定用の穴

Claims

駆動、検出、アース用の複数の帯状電極を円柱状圧電セラミックスの長さ方向と平行で、前記円柱状圧電セラミックスの外周面上の円周を６等分する位置で、前記円柱状圧電セラミックスの長さ方向の側面に形成し、前記アース電極は、駆動端子と検出端子の間に配置され、前記円柱状圧電セラミックスの長さ方向の端部は円周方向に電極が形成され、各前記アース電極が電気的に接続される圧電セラミックス振動子と前記圧電セラミックス振動子の支持と前記複数の帯状電極との電気的接続を兼ねる金属体からなるワイヤーを備える樹脂ホルダーで構成される圧電振動ジャイロの分極治具を用いた圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法において、前記複数の帯状電極は前記ワイヤーと導電性の接着材で固設された圧電セラミックス振動子を各前記ワイヤーに前記圧電セラミックス振動子の帯状電極幅以上の面積を持つパッドに装着して分極することを特徴とする圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法。
前記圧電セラミックス振動子を前記パッドに装着して、駆動電極とアース電極間、検出電極とアース電極間に高電界を印加して、前記圧電セラミックス振動子に分極処理を施すことを特徴とする請求項１記載の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法。
前記圧電セラミックス振動子を前記パッドに装着して、空気中で分極処理を施すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電振動ジャイロ用振動子の分極方法。