JPH0682131B2 - 振動加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電材料の電気−機械変換特性を利用し、物体
の振動やそれによって生じる加速度を検出する振動加速
度センサに関するものである。

従来の技術 従来、振動物体における弾性振動を検出する圧電型振動
加速度センサとして、圧電素子の厚さ方向の圧縮、引っ
張り力を利用した縦効果型とせんだん力を利用したせん
だん効果型が一般的であるが、振動物体の固有振動数に
共振周波数を合わせ特定周波数成分のみを検出する、あ
るいは所定周波数領域の振動成分を検出し、低周波にお
ける感度向上を図った場合には横効果型、すなわち屈曲
振動モードを利用した片持ち梁型構造の振動子が広く知
られている。片持ち梁型構造を取る振動加速度センサの
場合、振動子の一端固定という固定条件の実現が難しい
が、特開昭59−70923号公報に示されているような振動
検出部分である片持ち梁型構造の屈曲振動子を円板等の
板状貼り合わせ圧電素子中に切り込みを設けて作りこ
み、前記屈曲振動子はその一端において貼り合わせ板状
圧電素子と一体であり屈曲振動子の周囲を固定支持する
ことにより、固定条件の安定化が図られているものがあ
る。

発明が解決しようとする課題 このような従来の圧電型振動加速度センサでは、加速度
のような機械力を検出すると同時に、周囲の温度変化に
対し電荷を発生する。圧電材料がもつ焦電効果によるも
ので、電荷発生は次式で与えられる。

dQ/dt＝ｋ・dT/dt （１） ここでＱは電荷、Ｔは温度、ｔは時間、そしてｋは比例
定数を表す。即ち、この電荷の発生は検出すべき加速度
によって発生した電荷と区別することが不可能であり、
加速度の検出に大きな誤差をもたらす。圧電材料を２枚
貼り合わせた構造の加速度センサは分極軸方向が互いに
逆となるよう貼り合わせ、上下面を信号取り出し電極と
する直列型、及び分極軸方向を揃え、上下面電極の導通
をとり貼り合わせ面電極と共に信号取り出し電極とした
並列型では、理論的には前記発生電荷を打ち消しあうこ
とができるが、従来の加速度センサでは圧電材料への熱
の伝わり方が不均一で、かつ加速度検出部分である屈曲
振動モード振動子からの信号取り出し部分等による非対
称な電極により、過酷な温度条件下では焦電による発生
電荷を相殺しきれず出力信号が現れ、高精度な加速度セ
ンサを供給できなかった。

そこで、本発明は温度変化により生じる出力信号を低減
させ、高精度な振動加速度センサを提供することを目的
とする。

課題を解決するための手段 請求項１の本発明は、板状貼り合わせ圧電素子中に構成
した屈曲振動子を有する振動検出ユニットと、前記振動
検出ユニットの上下面に取り付けられた熱伝導の悪い樹
脂等からなる薄板と、前記薄板上に構成した信号処理回
路からなるセンサ基本ユニットを、振動検出物体への取
り付け用筐体に固定し、前記センサ基本ユニットの周囲
を熱伝導の悪い樹脂でモールドした構造によって、上記
目的を達成するものである。

作用 請求項１の本発明において、屈曲振動モード振動子を有
する板状貼り合わせ圧電素子の周囲上下面を金属等の固
定部材により固定された振動検出ユニットでは、周囲か
らの熱は固定部材を通り貼り合わせ圧電素子を通して屈
曲振動モード振動子に対してほぼ均一に伝達されるので
場所による温度勾配が低減され、さらに、振動検出ユニ
ットの上下面に熱伝導の悪い樹脂等からなる薄板を取り
付け、周囲を樹脂でモールドしてあることから前記振動
検出ユニットまでの熱伝達に遅れが生じセンサ出力に与
える影響を少なくすることができる。

実施例 以下に、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に
説明する。

第１図は、本発明の振動加速度センサの一実施例を示す
センサ断面図、第２図は、その分解斜視図、第３図は、
そのセンサの振動検出ユニットを示す分解斜視図であ
る。第３図に示すように、厚さ方向に分極軸を有し、上
下面それぞれに対称形となる電極を形成した板状圧電素
子1a、1bを貼り合わせた構造の貼り合わせ圧電素子１
に、レーザ加工等によって“コ”の字状の切り抜き10
（スリット）を形成し、スリット10で囲まれた部分は片
持ち梁型構造の屈曲振動モード振動子11となる。板状圧
電素子1a、1bの分極軸方向が互いに逆となるごとく貼り
合わせた直列型の場合、屈曲振動モード振動子11の上下
面電極が出力取り出し用電極となる。板状圧電素子1a、
1bの分極軸方向を揃えて貼り合わせた並列型の場合は、
屈曲振動モード振動子11の上下面電極の導通を図り、貼
り合わせ面電極と共に出力取り出し用電極となる。振動
検出ユニット３は、屈曲振動子11を形成した貼り合わせ
圧電素子１を、屈曲振動子11の周囲を固定するため熱伝
導率の大きな金属等からなり屈曲振動子11の変位部分に
溝12a、12bを有する固定部材2a、2bで挟み込み、接着等
により固定したものである。このような構造を取ること
により、周囲からの熱は固定部材を通して伝達されるの
で加速度検出部分である屈曲振動子11へは周囲の固定部
分からほぼ均一に伝達され、場所による温度勾配を低減
させている。さらに、振動検出ユニット３の上下面に、
インピーダンス変換回路、フィルタアンプ回路等の信号
処理回路５を構成しているプリント基板等の熱伝導の悪
い樹脂薄板4a、4bを取り付けセンサ基本ユニット６を構
成し、金属等からなる振動検出物体への取り付け用筐体
８へ固定されている。振動検出物体からの熱変化は、筐
体８を通して伝達されるが、熱伝導の悪いプリント基板
4bを介するため振動検出ユニット３まで伝わるのに時間
遅れを生じ焦電による信号成分がより低周波になるとと
もに前記（１）式で示した温度の時間変化分が小さくな
るので信号が減衰され、センサ信号への影響を低減でき
る。センサカバー９とセンサ基本ユニット６の空間を樹
脂モールド７することにより、さらにセンサ信号への影
響を低減できる。このように、温度変化により生じる出
力信号を低減させ、加速度を高精度に検出できる。

第４図は、本発明に係る振動加速度センサの他の実施例
を示す貼り合わせ圧電素子部分の斜視図である。板状圧
電素子1a、1bを熱膨張係数が同等或は近傍のコバール或
は42％Ni−Fe等の金属薄板13を挟んで貼り合わせた構造
の貼り合わせ圧電素子１を用いることにより、落下等の
衝撃に対し強くすることができる。

固定部材2a、2bに設けた溝12a、12bの深さを、屈曲振動
子11の許容加速度時の変位量にすることにより、許容加
速度以上の入力に対し屈曲振動子は変位できないので屈
曲振動子11を保護することになり、落下等の衝撃に対し
強くすることができる。

発明の効果 本発明によれば、振動検出ユニットの上下面に熱伝導の
悪い樹脂等からなる薄板を取り付け、周囲を樹脂でモー
ルドしてあることから前記振動検出ユニットまでの熱伝
達に遅れが生じセンサ出力に与える影響を少なくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の振動加速度センサを示す断
面図、第２図はその分解斜視図、第３図はその振動加速
度センサの振動検出ユニットを示す分解斜視図、第４図
は同振動加速度センサの他の実施例を示す斜視図であ
る。 １…貼り合わせ圧電素子、1a、1b…板状圧電素子、2a,2
b…固定部材、３…振動検出ユニット、4a、4b…プリン
ト基板、５…信号処理回路、６…センサ基本ユニット、
７…樹脂モールド、８…筐体、11…屈曲振動モード振動
子、13…金属薄板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚さ方向に分極軸を有し、上下面に電極を
   有する板状の圧電屈曲振動子を具備した振動検出ユニッ
   トと、前記振動検出ユニットの上下面に取り付けられ
   た、熱伝導の悪い樹脂等からなる薄板と、前記薄板上に
   構成した信号処理回路とを備えたセンサ基本ユニット
   を、振動検出物体への取り付け用筺体に固定し、前記セ
   ンサ基本ユニットの周囲を熱伝導の悪い樹脂でモールド
   した振動加速度センサ。
2. 【請求項２】振動検出ユニットが、圧電屈曲振動子２枚
   を貼り合わせ、前記貼り合わせた圧電屈曲振動子に切り
   抜きを設けることにより形成された屈曲振動モード振動
   子と、前記屈曲振動モード振動子の周囲を熱伝導率の大
   きな材料で挟持固定する固定部材を備えたことを特徴と
   する請求項１記載の振動加速度センサ。
3. 【請求項３】屈曲振動モード振動子が、厚さ方向に分極
   軸を有する板状圧電素子２枚を前記圧電素子と膨張係数
   が同等あるいは近傍の金属薄板を挟んで貼り合わせた構
   造であることを特徴とする請求項２記載の振動加速度セ
   ンサ。
4. 【請求項４】屈曲振動モード振動子の周囲を挟持固定す
   る固定部材の屈曲振動モード振動子変位部分に、許容最
   大加速度で生じる屈曲振動モード振動子の変位量と同等
   の深さを持つ溝を設けたことを特徴とする請求項２記載
   の振動加速度センサ。