JPH06201505A - 圧電型振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程が簡略であり、低コストで、かつ荷
重体の検知部への固着位置がずれることに起因する指向
性の低下を低減することが可能な圧電型振動センサを得
ること。 【構成】 圧電体３１の両面を荷重体側電極３５ａ，台
座側電極３５ｂで挟み、さらにこの両面を荷重体側支持
板３７ａ，台座側支持板７ｂで挟んで形成された検知部
２１を台座２７上に積層し、さらに検知部２１の上に荷
重体２９を積層してなる圧電型振動センサにおいて、上
記検知部２１の荷重体に凸部４１を形成し、荷重体側支
持板３７ａに上記凸部４１に嵌合する凹部４３を形成し
た圧電型振動センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体を用いた圧電型
振動センサに係わり、製造工程が簡略であり、低コスト
で、かつ荷重体の検知部への固着位置がずれることに起
因する指向性の低下を低減することが可能な圧電型振動
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の圧電型振動センサの例を
示すものである。この圧電型振動センサは、検知部２１
と、この検知部２１が積層される十分な剛性を有する台
座２７と、上記検知部２１の上に積層される荷重体２９
とから概略構成されている。

【０００３】検知部２１は、圧電体３１の両面に金属箔
からなる荷重体側電極３５ａ，台座側電極３５ｂを固着
し、さらにこの両面を十分な剛性を有する荷重体側支持
板３７ａ，台座側支持板３７ｂを固着してなるものであ
る。圧電体３１は圧電性を有する材料からなるものであ
る。圧電性を有する材料としては、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、チタン酸バリウム
などの無機圧電物質や、ポリフッ化ビニリデンなどの強
誘電性高分子などが用いられる。このような圧電型振動
センサでは、圧電体３１の膜面に直交し、荷重体２９の
中心を通る軸Ｇ方向の振動を検知することができる。

【０００４】ところで、圧電体３１を上述の無機圧電物
質から構成する場合の検知部２１を作製する方法の例と
しては、無機圧電物質の粉体を押し固めて板状や円筒状
に焼成し、この焼成体を圧電体３１とし、ついで、この
圧電体３１の両面に導電性接着剤を用いて荷重体側電極
３５ａ，台座側電極３５ｂを貼り合わせ、さらにこの両
面をエポキシ系接着剤を用いて荷重体側支持板３７ａ、
台座側支持板３７ｂを貼り合わせて、検知部２１を一個
ずつ作製していた。一方、圧電体３１を上述の強誘電性
高分子から構成する場合の検知部２１を作製する方法の
例としては、強誘電性高分子シートの両面に金属箔を貼
り合わせ、さらにこの両面に十分な剛性を有する材料を
貼り合わせた後、これをダイシングソーなどの切断手段
によってチップ状に切断して、検知部２１を一括して大
量に作製していた。そして、上述のようにして作製され
た検知部２１を用いて圧電型振動センサを製造するに
は、検知部２１を台座２７上に固定した後、さらにこの
検知部２１の上に荷重体２９を固着していた。ここで検
知部２１と荷重体２９とを固着する際は、検知部２１の
対称中心である軸Ｇに荷重体２９の対称中心である軸Ｇ
が一致するように積層し、固着していた。

【０００５】しかしながら、このような圧電型振動セン
サにおいては、圧電体３１の全面に均一に応力が加われ
ば良好な特性を示すが、荷重体２９の検知部２１への固
着位置がずれると、圧電体３１に加わる応力の不均一が
生じ指向性が不良となってしまう。圧縮型の圧電型振動
センサの場合、振動を検知する軸Ｇ方向と直交する方向
に振動が加わっても、荷重体２９の検知部２１への固着
位置が正確な位置であれば、圧縮と引張の応力の双方に
よる電荷が同一面上でキャンセルされ、出力にならな
い。ところが、荷重体２９の検知部２１への固着位置が
ずれていると、支点が中心になくなるため、電荷が完全
にキャンセルされず、その結果、軸Ｇ方向以外の軸方向
でも出力を発生することになり、指向性が低下してしま
うという問題があった。

【０００６】このような問題を防止するには、圧電型振
動センサの製造時に荷重体２９を検知部２１に積層する
際に正確な位置に固着することが必要となる。精密なロ
ボット等を使用して荷重体２９を検知部２１上の正確な
位置に積層することが考えられているが、即硬化しない
タイプの接着剤が用いられていると、次工程に移行する
間に位置がずれる恐れがあり、常に押圧するような治具
等が必要になり、製造工程が煩雑になるとともにコスト
がかかるという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】よって、この発明にお
ける課題は、製造工程が簡略であり、低コストで、かつ
荷重体の検知部への固着位置がずれることに起因する指
向性の低下を低減することが可能な圧電型振動センサを
得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電型振動セン
サは、検知部の支持板および荷重体のいずれか一方に凸
部を形成し、他方にこの凸部に嵌合する凹部を形成した
ことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の圧電型振動センサの第一の実
施例を示す。この実施例の圧電型振動センサが図３に示
した従来の圧電型振動センサと異なるところは、荷重体
２９に凸部４１が設けられ、荷重体側支持板３７ａに上
記凸部４１に嵌合する凹部４３が設けられている点であ
る。尚、従来例と同一構成部分には、同一符号を付して
説明を簡略化する。

【００１０】上記凸部４１は、荷重体２９を作製する際
に一部分を凸状に成形したもの、または、荷重体２９と
は別に作製したものを荷重体２９に固着したものであっ
てもよいが、後者の場合には荷重体２９と凸部４１とが
強固に固着され、全体として剛体とみなしうるものであ
ることが必要であり、それぞれが振動を受けて別の変位
を起こすものであってはならない。

【００１１】この凸部４１の材質は、慣性質量部として
機能する剛体からなるものであれば、荷重体２９と同じ
材質であっても異なる材質であってもよいが、荷重体２
９と異なる材質の場合には、振動を受けた時に荷重体２
９とは別の変位を起こすものであってはならない。

【００１２】この凸部４１の形状としては、この凸部４
１が設けられた荷重体２９を軸Ｇと直交する無数の平面
で断面した時にすべての断面について感知軸Ｇを対称軸
とする線対称である条件を満たすものである必要があ
り、例えば、円錐形状、円錐台形状、円柱形状、円環形
状などが挙げられる。

【００１３】このような凸部４１が設けられる位置は、
この凸部４１の中心を通る軸が荷重体２９の対称中心で
ある軸Ｇと一致する位置に設けられる。

【００１４】上記凹部４３は、荷重体側支持板３７ａに
設けられており、この荷重体側支持板２７ａを作製する
際に一部分を凹状に形成したもの、または荷重体側支持
板２７ａを作製した後、一部分を凹状に切り欠いて作製
されたものであってもよい。

【００１５】この凹部４３の形状としては、上記凸部４
３が嵌合する形状であり、かつ、この凹部４３が設けら
れた荷重体側支持板３７ａを軸Ｇと直交する無数の平面
で断面した時にすべての断面について感知軸Ｇを対称軸
とする線対称である条件を満たすものである必要があ
り、例えば、逆円錐形状（円錐の底面を開口面とした形
状）、逆円錐台形状（円錐台の底面を開口面とした形
状）、円柱形状、円環形状などが挙げられる。

【００１６】このような凹部４３が設けられる位置は、
この凹部４３の中心を通る軸が荷重体側支持板３７ａの
対称中心である軸Ｇと一致する位置に設けられる。

【００１７】第一の実施例の圧電型振動センサは、荷重
体２９に凸部４１が設けられ、荷重体側支持板３７ａに
上記凸部４１に嵌合する凹部４３が設けらたものである
ので、荷重体２９を検知部２１上に積層する際に、上記
凸部４１を上記凹部４３に嵌合させるだけで容易に位置
決めでき、さらに重力が上からかかっていれば（重力が
正確に真上からかかっていなくても）、次工程に移行す
る間に荷重体２９がずれることもないので、荷重体２９
を、これの対称中心である軸Ｇと検知部２１の対称中心
である軸Ｇとが一致するように検知部２１上に正確に固
着することができる。従って、荷重体２９の検知部２１
上への固着位置がずれることに起因する指向性の低下が
少ない圧電型振動センサが得られるので、品質が向上
し、指向性に関する歩留まりが向上する。また、精密な
ロボットや押圧する治具等を用いる必要もないので、製
造工程を簡略化でき、かつ低コストが実現できる。

【００１８】この第一の実施例においては、荷重体２９
に凸部４１が一個設けられ、荷重体側支持板３７ａに凹
部４３が一個設けられている例について説明したが、凸
部４１および凹部４３をそれぞれ複数個ずつ設けてもよ
い。荷重体２９に凸部４１を複数個設ける場合の位置
は、この凸部４１が設けられた荷重体２９を軸Ｇと直交
する無数の平面で断面した時にすべての断面について感
知軸Ｇを対称軸とする線対称である条件を満たす位置で
あればよい。一方、荷重体側支持板３７ａに凹部４３を
複数個設ける場合の位置は、この凹部４３が設けられた
荷重体側支持板３７ａを軸Ｇと直交する無数の平面で断
面した時にすべての断面について感知軸Ｇを対称軸とす
る線対称である条件を満たす位置であればよい。

【００１９】この実施例における圧電体３１としては、
無機圧電物質、強誘電性高分子、あるいはこれらの混合
物のどれであっても同様になし得る。

【００２０】つぎに、本発明の圧電型振動センサの第二
の実施例を図２に示す。図１に示した第一の実施例の圧
電型振動センサでは、荷重体２９に凸部４１が設けら
れ、荷重体側支持板３７ａに上記凸部４１に嵌合する凹
部４３が設けられていたが、この第二の実施例では荷重
体側支持板３７ａに凸部４５が設けられ、荷重体２９に
上記凸部４５に嵌合する凹部４７が設けられている。

【００２１】上記凸部４５は、荷重体側支持板３７ａを
作製する際に一部分を凸状に成形したもの、または、荷
重体側支持板３７ａとは別に作製したものを荷重体側支
持板３７に固着したものであってもよいが、後者の場合
には荷重体側支持板３７ａと凸部４５とが強固に固着さ
れ、全体として剛体とみなしうるものであることが必要
である。この凸部４５は、剛体からなるものであれば、
荷重体側支持板３７ａと同じ材質であっても異なる材質
であってもよい。

【００２２】この凸部４５の形状としては、この凸部４
５が設けられた荷重体側支持板３７ａを軸Ｇと直交する
無数の平面で断面した時にすべての断面について感知軸
Ｇを対称軸とする線対称である条件を満たすものである
必要があり、例えば、円錐形状、円錐台形状、円柱形
状、円環形状などが挙げられる。

【００２３】このような凸部４５が設けられる位置は、
この中心を通る軸が荷重体側支持板３７ａの対称中心で
ある軸Ｇと一致する位置に設けられる。

【００２４】上記凹部４７は、荷重体２９に設けられて
おり、この荷重体２９を作製する際に一部分を凹状に形
成したもの、または荷重体２９を作製した後、一部分を
凹状に切り欠いて作製されたものであってもよい。

【００２５】この凹部４７の形状としては、上記凸部４
５が嵌合する形状であり、かつ、この凹部４７が設けら
れた荷重体２９を軸Ｇと直交する無数の平面で断面した
時にすべての断面について感知軸Ｇを対称軸とする線対
称である条件を満たすものである必要があり、例えば、
逆円錐形状（円錐の底面を開口面とした形状）、逆円錐
台形状（円錐台の底面を開口面とした形状）、円柱形
状、円環形状などが挙げられる。

【００２６】このような凹部４７が設けられる位置は、
この中心を通る軸が荷重体２９の対称中心である軸Ｇと
一致する位置に設けられる。

【００２７】第二の実施例の圧電型振動センサは、荷重
体側支持板３７ａに凸部４５が設けられ、荷重体２９に
上記凸部４５に嵌合する凹部４７が設けられたものであ
るので、荷重体２９を検知部２１上に積層する際に、上
記凸部４５を上記凹部４７に嵌合させるだけで容易に位
置決めでき、上述の第一の実施例と同様の効果がある。
この第二の実施例においては、荷重体側支持板３７ａに
凸部４５が一個設けられ、荷重体２９に凹部４７が一個
設けられている例について説明したが、凸部４５および
凹部４７をそれぞれ複数個ずつ設けてもよい。荷重体側
支持板３７ａに凸部４５を複数個設ける場合の位置は、
この凸部４５が設けられた荷重体側支持板３７ａを軸Ｇ
と直交する無数の平面で断面した時にすべての断面につ
いて感知軸Ｇを対称軸とする線対称である条件を満たす
位置であればよい。一方、荷重体２９に凹部４７を複数
個設ける場合の位置は、この凹部４７が設けられた荷重
体２９を軸Ｇと直交する無数の平面で断面した時にすべ
ての断面について感知軸Ｇを対称軸とする線対称である
条件を満たす位置であればよい。

【００２８】以下、具体例を示す。 （実施例１）まず、厚さ０．５ｍｍ、一辺１５ｍｍの正
方形状のチタン酸ジルコン酸鉛製板の両面に、実用硬化
時間６時間のエポキシ系接着剤を用いて、厚さ３０μ
ｍ、一辺１５ｍｍの正方形状の銅箔を貼着した。さら
に、この両面に厚さ１．５ｍｍ、一辺１５ｍｍの正方形
状のガラスエポキシ板を先に用いたものと同様のエポキ
シ系接着剤を用いて貼着した。ここでのガラスエポキシ
板としては、予め一部分を凹状に形成した、深さ０．２
ｍｍ、開口部の径０．２ｍｍ、円錐形状の凹部４３が設
けられているものを使用した。この後、ダイシングソー
を用いて切断し一辺５ｍｍの正方形状の検知部２１を作
製した。得られた検知部２１の荷重体側支持板３７ａに
は、凹部４３が、これの中心を通る軸が荷重体側支持板
３７ａの対称中心である軸Ｇと一致する位置に設けられ
ていた。

【００２９】ついで、この検知部２１の台座側支持板３
７ｂに先に用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布
した後、この台座側支持板３７ｂを、厚さ５ｍｍ、一辺
１ｃｍの正方形状のアルミブロック製台座２７上に固着
した。ついで、検知部２１の荷重体側支持板３７ａに先
に用いたものと同様のエポキシ系接着剤を塗布し、この
上に質量１ｇ、厚さ２ｍｍ、一辺６ｍｍの正方形状荷重
体２９を積層し、水平状態で接着剤を硬化させて図１と
同様の圧電型振動センサを得た。ここでの荷重体２９と
しては、この荷重体２９を作製する際に一部分を凸状に
形成した、上記凹部４３に嵌合する形状の凸部４１が設
けられているものを用いた。この凸部４１はこれの中心
を通る軸が荷重体２９の対称中心である軸Ｇと一致する
位置に設けられていた。荷重体２９と荷重体側支持板３
７ａとの固着には、ＸＹロボットを使用して荷重体２９
を荷重体側支持板３７ａに載せて凸部４１と凹部４３を
嵌合させ、荷重体２９を押し付けた後は、特に圧力を加
えなかった。これを実施例１の圧電型振動センサとし
た。

【００３０】そして、６時間経過後、荷重体側電極３５
ａおよび台座側電極３５ｂとインピーダンス交換回路と
を電気的に接続し、実施例１の圧電型振動センサに軸Ｇ
方向および他軸方向に８０Ｈｚ、１Ｇの振動を加えた時
の両者の比をとって、指向性を評価した。その結果を下
記表１に示す。

【００３１】（実施例２）検知部２１の荷重体側支持板
３７ａに実用硬化時間６時間のエポキシ系接着剤を塗布
し、この上に荷重体２９を積層して接着剤を硬化させる
際に、５゜傾けて硬化させた以外は実施例１と同様にし
て圧電型振動センサを得た。これを実施例２の圧電型振
動センサとした。そして、実施例１と同様にして、実施
例２の圧電型振動センサの指向性を評価した。その結果
を下記表１に示す

【００３２】（実施例３）検知部２１の荷重体側支持板
３７ａに実用硬化時間６時間のエポキシ系接着剤を塗布
し、この上に荷重体２９を積層して接着剤を硬化させる
際に、１０゜傾けて硬化させた以外は実施例１と同様に
して圧電型振動センサを得た。これを実施例３の圧電型
振動センサとした。そして、実施例１と同様にして、実
施例３の圧電型振動センサの指向性を評価した。その結
果を下記表１に示す

【００３３】（比較例１）荷重体２９に凸部４１、荷重
体側支持板３７ａに凹部４３を設けない以外は実施例１
と同様にして圧電型振動センサを得た。これを比較例１
の圧電型振動センサとした。そして、実施例１と同様に
して、比較例１の圧電型振動センサの指向性を評価し
た。その結果を下記表１に示す。

【００３４】（比較例２）荷重体２９に凸部４１、荷重
体側支持板３７ａに凹部４３を設けない以外は実施例２
と同様にして圧電型振動センサを得た。これを比較例２
の圧電型振動センサとした。そして、実施例１と同様に
して、比較例２の圧電型振動センサの指向性を評価し
た。その結果を下記表１に示す。

【００３５】（比較例３）荷重体２９に凸部４１、荷重
体側支持板３７ａに凹部４３を設けない以外は実施例３
と同様にして圧電型振動センサを得た。これを比較例３
の圧電型振動センサとした。そして、実施例１と同様に
して、比較例３の圧電型振動センサの指向性を評価し
た。その結果を下記表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１に示した結果から明らかなように、実
施例１〜３の圧電型振動センサは、比較例１〜３の圧電
型振動センサに比べて指向性の高いものであることが判
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧電型振動
センサは、検知部の支持板および荷重体のいずれか一方
に凸部を形成し、他方に上記凸部に嵌合する凹部を形成
したものであるので、荷重体を検知部上に積層する際
に、上記凸部を上記凹部に嵌合させるだけで容易に位置
決めでき、さらに重力が上からかかっていれば、次工程
に移行する間に荷重体がずれることもないので、荷重体
を検知部上に正確に固着することができる。従って、荷
重体の検知部上への固着位置がずれることに起因する指
向性の低下が少ない圧電型振動センサが得られるので、
品質が向上し、指向性に関する歩留まりが向上する。ま
た、精密なロボットや押圧する治具等を用いる必要もな
いので、製造工程を簡略化でき、かつ低コストが実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一の実施例の圧電型振動センサを示した縦
断面図である。

【図２】 第二の実施例の圧電型振動センサを示した縦
断面図である。

【図３】 従来の圧電型振動センサを示した縦断面図で
ある。

【符号の説明】

２１・・・検知部、２７・・・台座、２９・・・荷重体、３１・・・
圧電体、３５ａ・・・荷重体体側電極、３５ｂ・・・台座側電
極、３７ａ・・・荷重体側支持板、３７ｂ・・・台座側支持
板、Ｇ・・・軸、４１・・・凸部、４３・・・凹部、４５・・・凸
部、４７・・・凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の両面を電極で挟み、さらにこの
   両面を支持板で挟んで形成された検知部を台座上に積層
   し、さらに検知部の上に荷重体を積層してなる圧電型振
   動センサにおいて、 上記検知部の支持板および上記荷重体のいずれか一方に
   凸部を形成し、他方に上記凸部に嵌合する凹部を形成し
   たことを特徴とする圧電型振動センサ。