JPH0256619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は振動物体における弾性振動を検出する
のに適した共振型振動センサ、特に所定の周波数
について検出感度の優れた共振型振動センサに関
するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、振動物体における弾性振動を検出するセ
ンサとして、振動物体の固有振動数に共振周波数
を合わせた屈曲振動モードの片持ちはり構造の矩
形状バイモルフ圧電振動子や、円板の面撓みモー
ドを利用した周辺支持固定の円板状バイモルフ圧
電振動子が広く知られている。矩形あるいは円板
状の素子は、その形状が単純なため、精度よく作
製することができ、振動モードの解析および取扱
いが容易であるという利点を有している。

しかしながら、共振周波数を安定化するために
は、圧電振動子の固定条件を安定化しなければな
らないのであるが、機械的に、あるいは温度変化
をはじめとする種々の要因により発生する応力に
より、金属などからなる支持部材で支持固定して
いる部分にずれが生じ、安定な固定条件を得るこ
とはむずかしい。また、製造工程においても、部
品の寸法誤差あるいは組立誤差によつて所定の共
振周波数にばらつきを生じる。したがつて、所定
の共振周波数に合わせるための調整が必要とな
る。そのため、矩形状バイモルフ圧電振動子の場
合には、振動部分の長さを切削などの方法により
適宜調整することが行われている。また、円板状
バイモルフ圧電振動子の場合には、支持部材を交
換するなどの方法によつて調整しなければならな
い。このようにいずれの圧電振動子についても、
その共振周波数の調整は、複雑で相当面倒なこと
である。さらに、支持部材のしめ付け強さで圧電
振動子の固定条件が変わり、それが強すぎた場合
には素子の破損を招くことになり、作業がむずか
しい。

発明の目的 本発明は従来の共振型振動センサが有していた
欠点を解決せんとするものであり、振動物体にお
いて安定に弾性振動を検出する、貼り合わせ圧電
振動子中にスリツトを設けることにより、所定周
波数に共振を有する片持ち梁構造の屈曲振動モー
ド振動子を局在的に形成し、前記貼合わせ圧電素
子の周辺部を支持固定した構造の振動センサを提
供することを目的としている。

実施例の説明 以下本発明の実施例について、図面を用いて説
明する。

第１図は本発明にかかる振動センサの一実施例
を示すもので、同図ａは上面図、同図ｂは縦断面
図、同図ｃは底面図である。

第１図ｂに示すように、円板状圧電素子１，２
が十分に薄い電極１a′，２a′で接着され、電気的
に接続されて、貼合わせ圧電素子が構成されてお
り、さらにレーザ加工機などによりコ字状または
Ｕ字状のスリツト３がその中央部分に形成されて
いる。そして、圧電素子１の電極１a′と反対側の
面のスリツト３で囲まれた部分には上面電極１ａ
が同図ａに示すように設けられており、また圧電
素子２の電極２a′と反対側の面にはスリツト３で
囲まれた部分から周縁まで同図ｃに示すように下
面電極２ａが設けられている。

このような貼合わせ圧電素子のスリツト３の周
辺から外周までの部分を利用して支持すれば、ス
リツト３で囲まれた部分が屈曲振動モードのいわ
ゆる片持ちはり型振動子として機能する。振動に
よつて発生する出力電圧は、前記貼合わせ圧電素
子の上下面電極１ａ，２ａ間にあらわれ、それに
接続されているリード線４，４′により取り出さ
れる。

共振周波数Frは、振動部の板厚をＴ、スリツ
ト３で囲まれた部分の長手方向の長さをｌとすれ
ば、Ｔ／l²によりほぼ定まるので、そのいずれか
または両方の値を選ぶことによつて、所定の周波
数に設定できる。

よつて本実施例の特徴は、貼合せ圧電振動子に
スリツトを設けることにより、片持ち梁構造の屈
曲振動モード振動子を局在的に形成しているた
め、前記貼合わせ圧電素子の支持固定する部分の
変化に対して屈曲振動子の共振周波数変化は少な
く、安定である。したがつて、機械的あるいは温
度変化などにより発生する応力によつて支持部材
で支持している部分がずれるといつた変化に対し
て、屈曲振動子の共振周波数は安定なものとな
る。また、支持部材の取り付け位置を厳密に定め
る必要がなく、組立てが簡単である。さらに、貼
合せ圧電振動子に、片持ち梁構造の屈曲モード振
動子を局在的に形成しているため、従来の片持ち
はり型振動子のような凸部がなく、取扱不注意に
よる素子の破損を防止できるという特徴を有して
いる。また屈曲振動子の共振周波数調整は、レー
ザ加工機による振動部のトリミングで簡単に行う
ことができ、従来のような部分研摩といつた方法
と異なり、生産性に富んでいる。

第２図ａ，ｃは、それぞれ前述の実施例の振動
子を使用した振動センサの構成部品斜視図と断面
図である。図において、７は貼合わせ圧電素子の
金属製片側支持部材で、振動物体に取り付けるた
めのねじ部８を有する。５は他方の支持部材で、
締付け部材６によつて貼合わせ圧電素子中の屈曲
振動子の周辺に締付け、支持固定を行なう。貼合
わせ圧電素子の底面電極２ａが支持部材７で支持
固定されているため、支持部材７とは電気的にも
接続され、屈曲振動子の出力電圧取り出し用の一
端子として支持部材７が使われる。前記貼合わせ
圧電素子の上面電極１ａからは、リード線４を通
じて他端子を取り出している。

第３図は、他の実施例を示す。これは、圧電素
子１，２からなる貼合わせ圧電素子中に２個の屈
曲振動モードの屈曲振動子を局在させたものであ
る。なお、同図ａは上面図、同図ｂは断面図、同
図ｃは下面図である。スリツトの形状でほぼ共振
周波数が決まるので、２個以上の屈曲振動子を局
在させることももちろん可能である。局在させた
屈曲振動子の共振周波数を同一あるいは異ならせ
ることにより所定周波数での検出感度の増大、あ
るいは相関等がより優れたものとなる。又、共振
周波数を安定化することにより、共振周波数より
十分低い周波数帯域で使う非共振タイプの振動セ
ンサも安定な精度の良いものとなる。

発明の効果 以上の説明からも明らかなように、本発明は、
貼合わせ圧電素子中に、片持ち梁構造の屈曲振動
モード振動子を局在的に形成しているため、その
周辺固定条件が従来のバイモルフ型振動子の周辺
固定条件に比べてより確実に満足させられ、屈曲
振動子の共振周波数が安定となる特徴を有する。
また、複数個の片持ち梁構造の屈曲振動子を、貼
合わせ圧電素子に局在的に形成させることができ
るため、複数個の共振周波数を等しくしたり互い
に異なる共振周波数に選択したりすることができ
るという特徴も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例の振動センサの要
部上面図、同図ｂはその断面図、同図ｃはその底
面図、第２図ａはこの実施例を示す分解斜視図、
同図ｂは断面図である。第３図ａは本発明の他の
実施例の振動センサの要部上面図、同図ｂはその
断面図、同図ｃはその底面図である。 １，２……板状圧電素子、３……スリツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚さ方向に分極軸を有する２枚の板状圧電素
   子を貼合わせて貼合わせ圧電素子を構成し、前記
   貼合わせ圧電素子にスリツトを設けることにより
   所定周波数に共振を有する片持ち梁構造の屈曲振
   動モード振動子を局在的に形成し、前記貼合わせ
   圧電素子の周辺部を支持固定したことを特徴とす
   る振動センサ。 ２ 貼合わせ圧電素子に形成した屈曲振動モード
   振動子が複数個であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の振動センサ。