JPH0587577A

JPH0587577A - 角速度センサ用圧電素子

Info

Publication number: JPH0587577A
Application number: JP3276707A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kachi; 地敏晃加; Akira Ando; 藤陽安; Toshihiko Kikko; 高敏彦橘; Yasunobu Yoneda; 田康信米
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【目的】雰囲気温度が変化しても角速度センサの特性
が変動しにくく、かつ機械的強度が大きい角速度センサ
用圧電素子を得る。【構成】角速度センサ用圧電素子１０は、圧電体基板
１２を含む。圧電体基板１２は、その厚み方向の一端か
ら中央部までが緻密層１４で形成され、厚み方向の他端
から中央部までが緻密層１６と多孔質層１８とで形成さ
れる。そして、圧電体基板１４の断面における多孔質層
１８の占有面積率は、５〜３０％となるように設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は角速度センサ用圧電素
子に関し、特にたとえば、振動ジャイロなどの角速度セ
ンサに使用される角速度センサ用圧電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はこの発明の背景となる従来の角速
度センサ用圧電素子を用いた角速度センサを示す図解図
である。角速度センサ１は、たとえばエリンバなどの機
械的な振動を生じる材料で形成される振動体２を含む。
振動体２は、たとえば３角柱状に形成され、その側面に
は３つの角速度センサ用圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃが接
着される。これらの角速度センサ用圧電素子３ａ〜３ｃ
としては、たとえば圧電セラミックの両面に電極を形成
したものがある。

【０００３】この角速度センサ１を使用する場合、たと
えば角速度センサ用圧電素子３ａ，３ｂと角速度センサ
用圧電素子３ｃとの間に発振回路出力源が接続される。
この発振回路出力源からの出力信号によって、振動体２
は角速度センサ用圧電素子３ｃの形成された面に直交す
る方向に屈曲振動する。この角速度センサ１の軸を中心
として回転すると、角速度センサ用圧電素子３ａ，３ｂ
に出力電圧が発生する。この角速度センサ用圧電素子３
ａ，３ｂからの出力電圧の差を測定することにより、角
速度センサ１に加わった回転角速度が測定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな角速度センサ用圧電素子を使用すると、圧電素子と
振動体との間の熱膨張係数の差により、雰囲気温度の変
化によって角速度センサ用圧電素子に反りや歪みが生じ
る。そのため、回転角速度に応じた電圧以外の電圧が発
生してしまい、角速度センサの特性にばらつきが生じや
すい。

【０００５】このような問題を解決できるものとして、
たとえば特開平２−５１９０８号公報に示されているよ
うに、少なくとも２層の気孔率の異なる圧電セラミック
を積層した圧電素子がある。このような圧電素子を用い
れば、気孔が存在することによって圧電素子と振動体と
の間の熱膨張係数の差が緩和され、圧電素子の反りや歪
みが少なくなる。ところが、気孔を有する圧電素子を用
いると、機械的強度が小さくなり、組み立ての際に割れ
が生じたりして、作業性が悪い。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、雰
囲気温度が変化しても角速度センサの特性が変動しにく
く、かつ機械的強度が大きい角速度センサ用圧電素子を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、圧電体基板
と、圧電体基板の両面に形成される電極とを含む角速度
センサ用圧電素子であって、圧電体基板の厚み方向の一
端から中央部までが緻密層で形成され、圧電体基板の厚
み方向の他端から中央部までが緻密層と多孔質層とで形
成され、圧電体基板の断面における多孔質層の占有面積
率が５〜３０％である、角速度センサ用圧電素子であ
る。

【０００８】

【作用】多孔質層によって、角速度センサ用圧電素子と
振動体との間の熱膨張係数の差が緩和される。さらに、
圧電体基板の厚み方向の半分以上を緻密層で占めている
ため、圧電体基板の多孔質層が補強される。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、雰囲気温度が変化し
ても、特性の変動が少ない角速度センサを得ることがで
きる。しかも、角速度センサ用圧電素子が緻密層によっ
て補強されているため、機械的強度が大きい。そのた
め、角速度センサを組み立てるときに割れなどが発生し
にくくなり、作業性が向上する。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の角速度センサ用圧電素子の
一例を示す断面図である。角速度センサ用圧電素子１０
は、圧電体基板１２を含む。この圧電体基板１２では、
その厚み方向の一端から中央部までが、緻密層１４で形
成される。さらに、圧電体基板１２の他端から中央部ま
では、緻密層１６と多孔質層１８とで形成される。この
実施例では、多孔質層１８は、２つの緻密層１４，１６
に挟まれている。緻密層１４，１６としては、気孔率２
％以下の圧電体が使用される。また、多孔質層１８とし
ては、気孔率５〜１０％の圧電体が使用される。圧電体
基板１２の厚み方向における多孔質層１８の占有面積率
は、圧電体基板１２全体の５〜３０％に設定される。さ
らに、圧電体基板１２の両面には、電極２０，２２が形
成される。

【００１２】（実施例１）チタン酸ジルコン酸鉛系圧電
セラミック粉末に、メチルセルロース・バインダを４重
量％，可塑剤としてグリセリンを３重量％，純水を１０
重量％混合し、３本ロールで混練を行った。そののち、
真空押出装置により、０．２ｍｍの第１のグリーンシー
トを押出成形し、フィルム・ドライヤで乾燥させてロー
ルに巻き取った。

【００１３】次に、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミ
ック粉末に、上述と同種同量のバインダ，グリセリン，
純水を加えたのち、不溶性セルロースを３重量％混合
し、３本ロールで混練を行った。そして、第１のグリー
ンシートと同様にして、厚み０．２ｍｍの第２のグリー
ンシートを押出成形してロールに巻き取った。

【００１４】得られた第１および第２のグリーンシート
を、積層装置のロール間において圧着，積層し、積層シ
ートを得た。なお、積層に際しては、予め各グリーンシ
ートの表面に水を塗布しておいた。また、積層装置のロ
ール間には、１０ｋｇ／ｃｍ²の圧力が加わるようにし
て、両セラミックグリーンシートを圧着した。得られた
積層グリーンシートを３０ｍｍ角に打ち抜き、アルミナ
製の匣に収納し、１１６０℃の温度で２時間焼成した。
得られた焼結体の表面に銀ペーストを塗布し、８００℃
の温度で０．５時間焼き付けて、電極を形成した。さら
に、３ｋＶ／ｍｍの直流電界により分極を施し、１５０
℃で０．５時間枯化して、角速度センサ用圧電素子を得
た。

【００１５】得られた角速度センサ用圧電素子を、図２
に示すように、正３角柱状の振動体２４に接着した。こ
の場合、多孔質層１８のある側の電極２０に接着剤をつ
け、角速度センサ用圧電素子１０を振動体２４に貼着し
た。このようにして、角速度センサ２６を得た。この角
速度センサ２６の特性を調べるために、図３に示すよう
に、角速度センサ用圧電素子１０ａ，１０ｂと角速度セ
ンサ用圧電素子１０ｃとの間に、発振回路出力源３０を
接続した。そして、発振回路出力源３０からの信号によ
って、振動体２４を振動させた。この場合、振動体２４
は、圧電素子１０ｃが接着された面に直交する方向に屈
曲振動する。そして、振動体２４の軸を中心として回転
させ、差動回路３２を用いて、角速度センサ用圧電素子
１０ａ，１０ｂの出力電圧の差を測定した。ここでは、
圧電体基板１２の断面における多孔質層１８の占有面積
率の異なる角速度センサ用圧電素子を用いた角速度セン
サについて、雰囲気温度を変化させて出力電圧変化率を
調べた。また、これらの角速度センサ用圧電素子の抗折
強度を測定した。

【００１６】（実施例２）チタン酸ジルコン酸鉛系圧電
セラミック粉末に、メチルセルロース・バインダを４重
量％，可塑剤としてグリセリンを３重量％，水を１０重
量％混合し、混練した。そののち、真空押出機で０．３
ｍｍのグリーンシートを押出成形し、乾燥させた後ロー
ルに巻回した。他方、メチルセルロース５重量％水溶液
に、水不溶性のセルロースを一定重量混練し、シート接
着剤とした。水不溶性セルロースを混合したのは、焼結
体中に気孔率の高い層を形成するためである。

【００１７】上述のセラミックグリーンシートを２枚準
備し、シート接着剤を各グリーンシートの表面にスキー
ジ印刷などによって塗布し、加圧ローラを用いて１ｔｏ
ｎ／ｃｍ²の圧力で加圧，圧着することにより、積層シ
ートを得た。得られた積層シートを３０ｍｍ角に切り抜
き、アルミナ製の匣を用いて、１１６０℃の温度で２時
間焼成し、厚み５００μｍで中央に２０〜３０μｍ厚の
ポーラス層が形成された焼結体を得た。この焼結体の表
面に銀ペーストを塗布し、７６０℃の温度で３０分間焼
き付け、電極を形成した。次に、３ｋＶ／ｍｍの直流電
界により、３０分間厚み方向に分極処理し、１５０℃で
３０分間枯化して角速度センサ用圧電素子を得た。得ら
れた角速度センサ用圧電素子を用いて角速度センサをつ
くり、実施例１と同様にして、出力電圧変化率および抗
折強度を測定した。

【００１８】実施例１および実施例２で得られた結果を
表１に示す。表１からわかるように、多孔質層の占有面
積が５〜３０％の範囲で、出力電圧変化率が小さく、か
つ抗折強度が大きいことがわかる。

【００１９】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す角速度センサ用圧電素子を用いた角
速度センサの一例を示す図解図である。

【図３】図２に示す角速度センサの測定回路を示すブロ
ック図である。

【図４】この発明の背景となる従来の角速度センサの一
例を示す図解図である。

【符号の説明】

１０角速度センサ用圧電素子１２圧電体基板１４緻密層１６緻密層１８多孔質層２０電極２２電極

フロントページの続き (72)発明者米田康信京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体基板と、前記圧電体基板の両面に
形成される電極とを含む角速度センサ用圧電素子であっ
て、前記圧電体基板の厚み方向の一端から中央部までが緻密
層で形成され、前記圧電体基板の厚み方向の他端から中央部までが緻密
層と多孔質層とで形成され、前記圧電体基板の断面における前記多孔質層の占有面積
率が５〜３０％である、角速度センサ用圧電素子。