JPH08201421A - 片持ち式衝撃センサ - Google Patents
片持ち式衝撃センサInfo
- Publication number
- JPH08201421A JPH08201421A JP7029995A JP2999595A JPH08201421A JP H08201421 A JPH08201421 A JP H08201421A JP 7029995 A JP7029995 A JP 7029995A JP 2999595 A JP2999595 A JP 2999595A JP H08201421 A JPH08201421 A JP H08201421A
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- Japan
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- impact sensor
- piezoelectric ceramic
- sensor
- bimorph
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低周波域において、周波数特性を向上させた
高感度の衝撃センサを提供すること。 【構成】 Ｎｉメッキを施して、外部電極８及び内部電
極９を設けた長方形で板状の圧電セラミック５を２枚は
り合わせたバイモルフ構造素子２を、上蓋６を有する液
晶ポリマーのケース１の凹部１０の一端の支持部４に取
り付けた片持ち式の衝撃センサであって、前記バイモル
フ構造素子２が固定されていない側の板面上に半田等の
重り１２を設けたものである。
高感度の衝撃センサを提供すること。 【構成】 Ｎｉメッキを施して、外部電極８及び内部電
極９を設けた長方形で板状の圧電セラミック５を２枚は
り合わせたバイモルフ構造素子２を、上蓋６を有する液
晶ポリマーのケース１の凹部１０の一端の支持部４に取
り付けた片持ち式の衝撃センサであって、前記バイモル
フ構造素子２が固定されていない側の板面上に半田等の
重り１２を設けたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミックを片持
ち構造にした衝撃センサに関するもので、特に低周波の
振動に対する衝撃センサに関するものである。
ち構造にした衝撃センサに関するもので、特に低周波の
振動に対する衝撃センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、衝撃、振動等の検知用センサとし
て種々の原理に基づく衝撃センサが用いられている。中
でも圧電セラミックを利用したものは構造が簡単で、小
型、軽量化でき、かつ堅牢であるので広く用いられてい
る。
て種々の原理に基づく衝撃センサが用いられている。中
でも圧電セラミックを利用したものは構造が簡単で、小
型、軽量化でき、かつ堅牢であるので広く用いられてい
る。
【０００３】ところで、圧電セラミックを利用した衝撃
センサは、圧電セラミックに外力を加えて歪みを生じさ
せることにより電荷が発生し、この電荷の量が外力の大
きさに比例するということを利用したものである。この
場合の歪みの生じ方の違いによって、圧縮形、剪断形、
曲げ形の三つの型式に大別される。一般的に低周波用の
衝撃センサとしては曲げ形のものが多用されている。こ
の曲げ形の衝撃センサは圧電セラミックからなる素子の
曲げによって電荷を生ずるというもので、２枚の圧電セ
ラミックからなる素子をはり合わせ長方形状又は円盤状
に形成したユニモルフ構造又はバイモルフ構造にしたも
のである。
センサは、圧電セラミックに外力を加えて歪みを生じさ
せることにより電荷が発生し、この電荷の量が外力の大
きさに比例するということを利用したものである。この
場合の歪みの生じ方の違いによって、圧縮形、剪断形、
曲げ形の三つの型式に大別される。一般的に低周波用の
衝撃センサとしては曲げ形のものが多用されている。こ
の曲げ形の衝撃センサは圧電セラミックからなる素子の
曲げによって電荷を生ずるというもので、２枚の圧電セ
ラミックからなる素子をはり合わせ長方形状又は円盤状
に形成したユニモルフ構造又はバイモルフ構造にしたも
のである。
【０００４】例えば、従来の衝撃センサは、図２に示す
ように、上蓋６を有するケース１と、長方形で板状の圧
電セラミック５を２枚はり合わせたバイモルフ構造素子
２とからなり、前記圧電セラミックの一端を、前記ケー
ス１に形成された支持部４に接着剤等で固定して片持ち
構造としたものである。
ように、上蓋６を有するケース１と、長方形で板状の圧
電セラミック５を２枚はり合わせたバイモルフ構造素子
２とからなり、前記圧電セラミックの一端を、前記ケー
ス１に形成された支持部４に接着剤等で固定して片持ち
構造としたものである。
【０００５】前述の衝撃センサに、例えば、衝撃により
長方形で板状の圧電セラミックスの板面に対して直交す
る方向に外力が加わると、圧電セラミックが片持ち梁の
支持部を支点として厚さ方向に振れる。この外力による
変位が生じ、前記変位によって発生する電荷の量を検知
することによりセンサとする。
長方形で板状の圧電セラミックスの板面に対して直交す
る方向に外力が加わると、圧電セラミックが片持ち梁の
支持部を支点として厚さ方向に振れる。この外力による
変位が生じ、前記変位によって発生する電荷の量を検知
することによりセンサとする。
【０００６】この時の感度は、圧電セラミックの長さ、
幅、厚み等の寸法によって決定され、その周波数特性
は、その静電容量と増幅回路のインピーダンスによって
決められる。
幅、厚み等の寸法によって決定され、その周波数特性
は、その静電容量と増幅回路のインピーダンスによって
決められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】低周波域において、上
記衝撃センサを得るには、圧電セラミックの寸法を大き
くとればよいが、短小軽薄の要請があり、大きさに制約
がある。一方、寸法を小さくし、増幅回路のインピーダ
ンスを高くすると、Ｓ／Ｎ比が劣化するため、低周波域
で高感度の衝撃センサが得られないという問題があっ
た。
記衝撃センサを得るには、圧電セラミックの寸法を大き
くとればよいが、短小軽薄の要請があり、大きさに制約
がある。一方、寸法を小さくし、増幅回路のインピーダ
ンスを高くすると、Ｓ／Ｎ比が劣化するため、低周波域
で高感度の衝撃センサが得られないという問題があっ
た。
【０００８】本発明の目的は、これらの欠点を除去する
ため、片持ち式の圧電セラミックの先端の部分に半田等
により重量を付加し、圧電セラミックの寸法を大きくせ
ず、低周波数域での周波数特性を向上させた高感度の衝
撃センサを提供することにある。
ため、片持ち式の圧電セラミックの先端の部分に半田等
により重量を付加し、圧電セラミックの寸法を大きくせ
ず、低周波数域での周波数特性を向上させた高感度の衝
撃センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、板状のバイモ
ルフ構造素子を用いた片持ち構造の衝撃センサにおい
て、前記バイモルフ構造素子の固定しない側の板面上に
重りを付加したことを特徴とする衝撃センサである。
ルフ構造素子を用いた片持ち構造の衝撃センサにおい
て、前記バイモルフ構造素子の固定しない側の板面上に
重りを付加したことを特徴とする衝撃センサである。
【００１０】
【作用】衝撃センサに加わる外力とそれに応じて生ずる
電荷量との関係は、次のようになる。外部電極間に電圧
をかけて分極処理をした場合、圧電セラミックの応力と
電極面との単位面積当りの電荷量との関係は、ｑ＝ｄｘ
で表される。ここで、ｘ＝圧電セラミックの応力、ｑ＝
電極面の単位面積当りの電荷量、ｄ＝圧電歪定数であ
る。このとき、Ｑ＝発生電荷量、Ｓ＝電極面積とする
と、ｑ＝Ｑ／Ｓが成立する。また、Ｆ＝外力とすると、
ｘ＝Ｆ／Ｓである。従って、Ｑ＝ｄＦとなる。
電荷量との関係は、次のようになる。外部電極間に電圧
をかけて分極処理をした場合、圧電セラミックの応力と
電極面との単位面積当りの電荷量との関係は、ｑ＝ｄｘ
で表される。ここで、ｘ＝圧電セラミックの応力、ｑ＝
電極面の単位面積当りの電荷量、ｄ＝圧電歪定数であ
る。このとき、Ｑ＝発生電荷量、Ｓ＝電極面積とする
と、ｑ＝Ｑ／Ｓが成立する。また、Ｆ＝外力とすると、
ｘ＝Ｆ／Ｓである。従って、Ｑ＝ｄＦとなる。
【００１１】以上、述べたように、衝撃センサの発生電
荷量は、外力に比例する。
荷量は、外力に比例する。
【００１２】長方形で板状の前記圧電セラミックの長手
方向の先端に半田等で重量を付加しているので、前記重
量を付加しない場合より、加速度等の外力を厚さ方向に
大きく受ける。従って、センサの発生電荷量Ｑが、前記
重量を付加されない場合よりも大きくなる。このため、
発生電荷量を増大できるので、センサの感度を上げるこ
とができることになる。
方向の先端に半田等で重量を付加しているので、前記重
量を付加しない場合より、加速度等の外力を厚さ方向に
大きく受ける。従って、センサの発生電荷量Ｑが、前記
重量を付加されない場合よりも大きくなる。このため、
発生電荷量を増大できるので、センサの感度を上げるこ
とができることになる。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例について、図面を用いて説明
する。
する。
【００１４】図１は、本発明の実施例である衝撃センサ
の各々の構成部品及びその出力電圧の周波数特性の説明
図である。図１（ａ）は本発明の衝撃センサに用いられ
る圧電セラミックの斜視図、図１（ｂ）は本発明の衝撃
センサに用いられ、圧電セラミックの先端に半田等の重
りを付加したバイモルフ構造素子を示す斜視図、図１
（ｃ）は本発明の衝撃センサの組立斜視図、図１（ｄ）
は本発明の衝撃センサの金属端子を示す図１（ｃ）のＡ
−Ａ断面図、図１（ｅ）は本発明の衝撃センサの斜視
図、図１（ｆ）は本発明及び従来の衝撃センサの周波数
と出力電圧との関係を示す周波数特性のグラフである。
の各々の構成部品及びその出力電圧の周波数特性の説明
図である。図１（ａ）は本発明の衝撃センサに用いられ
る圧電セラミックの斜視図、図１（ｂ）は本発明の衝撃
センサに用いられ、圧電セラミックの先端に半田等の重
りを付加したバイモルフ構造素子を示す斜視図、図１
（ｃ）は本発明の衝撃センサの組立斜視図、図１（ｄ）
は本発明の衝撃センサの金属端子を示す図１（ｃ）のＡ
−Ａ断面図、図１（ｅ）は本発明の衝撃センサの斜視
図、図１（ｆ）は本発明及び従来の衝撃センサの周波数
と出力電圧との関係を示す周波数特性のグラフである。
【００１５】本発明の衝撃センサでは、図１（ａ）に示
すように、長さ１８ｍｍ、幅３．５ｍｍ、厚さ０．３５
ｍｍの長方形で板状の圧電セラミック５の厚さ方向に、
厚さ２〜３μｍのＮｉメッキからなる外部電極８及び内
部電極９を施し、接着剤７でこれらをはり合わせてバイ
モルフ構造素子２としたものを受動素子として用いる。
すように、長さ１８ｍｍ、幅３．５ｍｍ、厚さ０．３５
ｍｍの長方形で板状の圧電セラミック５の厚さ方向に、
厚さ２〜３μｍのＮｉメッキからなる外部電極８及び内
部電極９を施し、接着剤７でこれらをはり合わせてバイ
モルフ構造素子２としたものを受動素子として用いる。
【００１６】図１（ｂ）に示すように、バイモルフ構造
素子２の一端を固定用架台１３の端部に取り付ける。こ
の際、前記架台１３に固定した根元の近傍に、取り出し
のための出力端子３を設けるタイプもある。ここで述べ
る衝撃センサは、基板実装用の金属端子を設けているの
で、図１（ｂ）に示す出力端子３は不要である。その
後、前記バイモルフ構造素子２の固定していない外側端
面に直径１．５ｍｍ程度の半田の重り１２を取り付け
た。
素子２の一端を固定用架台１３の端部に取り付ける。こ
の際、前記架台１３に固定した根元の近傍に、取り出し
のための出力端子３を設けるタイプもある。ここで述べ
る衝撃センサは、基板実装用の金属端子を設けているの
で、図１（ｂ）に示す出力端子３は不要である。その
後、前記バイモルフ構造素子２の固定していない外側端
面に直径１．５ｍｍ程度の半田の重り１２を取り付け
た。
【００１７】図１（ｃ）に示すように、本発明の衝撃セ
ンサに用いるケース１は、液晶ポリマーからなる長さ２
４ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体のブロックにバ
イモルフ構造素子の支持部４を設けた長さ２０ｍｍ、幅
３．５ｍｍ、高さ３．７ｍｍの凹部１０を有する。
ンサに用いるケース１は、液晶ポリマーからなる長さ２
４ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体のブロックにバ
イモルフ構造素子の支持部４を設けた長さ２０ｍｍ、幅
３．５ｍｍ、高さ３．７ｍｍの凹部１０を有する。
【００１８】その後、前記バイモルフ構造素子２をケー
ス１の前記凹部１０に取り付ける。この際、バイモルフ
構造素子２の一端を支持部４にきつく密着し、かつ固定
する。
ス１の前記凹部１０に取り付ける。この際、バイモルフ
構造素子２の一端を支持部４にきつく密着し、かつ固定
する。
【００１９】図１（ｄ）に、図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図
を示す。図１（ｄ）に示すように、ケース１に設けられ
た金属端子１１は、ケース１の底面を通り支持部４の内
側の面に平らになるように露出していて、バイモルフ構
造素子２を支持部４に取り付けた際に、バイモルフ構造
素子２の外部電極８に密着し接続するようになってい
る。
を示す。図１（ｄ）に示すように、ケース１に設けられ
た金属端子１１は、ケース１の底面を通り支持部４の内
側の面に平らになるように露出していて、バイモルフ構
造素子２を支持部４に取り付けた際に、バイモルフ構造
素子２の外部電極８に密着し接続するようになってい
る。
【００２０】更に、図１（ｃ）に示すような液晶ポリマ
ーからなる長さ２４ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの
上蓋６を用意し、前記ケース１にかぶせる。
ーからなる長さ２４ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの
上蓋６を用意し、前記ケース１にかぶせる。
【００２１】以上、述べたように、ケース１と、上蓋６
と、外部電極と内部電極を施した圧電セラミックのバイ
モルフ構造素子２を組み立てて、図１（ｅ）に示すよう
な表面実装型の衝撃センサが完成する。
と、外部電極と内部電極を施した圧電セラミックのバイ
モルフ構造素子２を組み立てて、図１（ｅ）に示すよう
な表面実装型の衝撃センサが完成する。
【００２２】この衝撃センサにバイモルフ構造素子の厚
さ方向に加振機で振動を加えて、出力電圧を測定した。
さ方向に加振機で振動を加えて、出力電圧を測定した。
【００２３】また、前述の実施例と同様に、Ｎｉメッキ
の電極を施した前記長方形で板状の圧電セラミックから
なる、重りを付けないバイモルフ構造素子を、前記ケー
スの凹部に支持部を介して取り付け、上蓋をかぶせて接
着剤で固定し、従来品の比較例としての試料を作製し
た。この従来品にバイモルフ構造素子の厚さ方向に加振
機で振動を加えて出力電圧を測定した。
の電極を施した前記長方形で板状の圧電セラミックから
なる、重りを付けないバイモルフ構造素子を、前記ケー
スの凹部に支持部を介して取り付け、上蓋をかぶせて接
着剤で固定し、従来品の比較例としての試料を作製し
た。この従来品にバイモルフ構造素子の厚さ方向に加振
機で振動を加えて出力電圧を測定した。
【００２４】その結果を図１（ｆ）に示す。
【００２５】本発明の実施例では、５０Ｈｚ〜５ＫＨｚ
の周波数特性が、図１（ｆ）に示すＢのグラフのように
なり、７００Ｈｚ・５Ｇで、約１Ｖｐｐの出力電圧が得
られた。
の周波数特性が、図１（ｆ）に示すＢのグラフのように
なり、７００Ｈｚ・５Ｇで、約１Ｖｐｐの出力電圧が得
られた。
【００２６】従来品の比較例では、５０Ｈｚ〜５ＫＨｚ
の周波数特性が、図１（ｆ）に示すＣのグラフのように
なり、７００Ｈｚ・５Ｇで、約５１０ｍＶｐｐの出力電
圧しか得られなかった。
の周波数特性が、図１（ｆ）に示すＣのグラフのように
なり、７００Ｈｚ・５Ｇで、約５１０ｍＶｐｐの出力電
圧しか得られなかった。
【００２７】
【発明の効果】以上、述べたように、従来品に比べて本
発明品では、出力電圧として約２倍程度となった。従っ
て、本発明によれば、低周波域において周波数特性を向
上させた、高感度の衝撃センサを供することができた。
発明品では、出力電圧として約２倍程度となった。従っ
て、本発明によれば、低周波域において周波数特性を向
上させた、高感度の衝撃センサを供することができた。
【図１】本発明の実施例である衝撃センサの各々の構成
部品、及びその出力電圧の周波数特性を示す説明図。図
１（ａ）は本発明の衝撃センサに用いられる圧電セラミ
ックの斜視図。図１（ｂ）は本発明の衝撃センサに用い
られ、圧電セラミックの先端に半田等の重りを付加した
バイモルフ構造素子の斜視図。図１（ｃ）は本発明の衝
撃センサの組立斜視図。図１（ｄ）は本発明の衝撃セン
サの金属端子を示す図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図。図１
（ｅ）は本発明の衝撃センサの斜視図。図１（ｆ）は本
発明及び従来の衝撃センサの周波数と出力電圧との関係
を示す周波数特性のグラフ。
部品、及びその出力電圧の周波数特性を示す説明図。図
１（ａ）は本発明の衝撃センサに用いられる圧電セラミ
ックの斜視図。図１（ｂ）は本発明の衝撃センサに用い
られ、圧電セラミックの先端に半田等の重りを付加した
バイモルフ構造素子の斜視図。図１（ｃ）は本発明の衝
撃センサの組立斜視図。図１（ｄ）は本発明の衝撃セン
サの金属端子を示す図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図。図１
（ｅ）は本発明の衝撃センサの斜視図。図１（ｆ）は本
発明及び従来の衝撃センサの周波数と出力電圧との関係
を示す周波数特性のグラフ。
【図２】従来の衝撃センサを示す斜視図。
１ ケース ２ バイモルフ構造素子 ３ 出力端子 ４ 支持部 ５ 圧電セラミック ６ 上蓋 ７ 接着剤 ８ 外部電極 ９ 内部電極 １０ 凹部 １１ 金属端子 １２ 重り １３ （固定用）架台 Ｂ 実施例（本発明品） Ｃ 比較例（従来品）
Claims (1)
- 【請求項１】 板状のバイモルフ構造素子を用いた片持
ち構造の衝撃センサにおいて、前記バイモルフ構造素子
の固定しない側の板面上に重りを付加したことを特徴と
する衝撃センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7029995A JPH08201421A (ja) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | 片持ち式衝撃センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7029995A JPH08201421A (ja) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | 片持ち式衝撃センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201421A true JPH08201421A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=12291526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7029995A Pending JPH08201421A (ja) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | 片持ち式衝撃センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08201421A (ja) |
-
1995
- 1995-01-25 JP JP7029995A patent/JPH08201421A/ja active Pending
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