JPH0989923A

JPH0989923A - 圧電形加速度センサ

Info

Publication number: JPH0989923A
Application number: JP7246280A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kurosawa; ▲たか▼弘黒沢
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JP3038692B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の圧電形加速度センサにあっては充分な
強度で板状圧電素子を片持ち支持することが難しい。【解決手段】絶縁部材からなる柱状のベース３２の側
面に形成した溝３２ｂ，３２ｃに、矩形板状の圧電素子
３３，３４のそれぞれ一端を、ベース３２の高さ方向と
矩形板状の圧電素子３３，３４の長さ方向を一致させて
嵌め込み接着剤で固定し、圧電素子３３，３４をベース
３２によって片持ち保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板状圧電素子を片持ち保
持した圧電形加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、板状圧電素子を用いた圧電形加速
度センサに係る発明として、実公平６−２１２０号公報
「圧電式振動センサ」に開示されるものが知られてい
る。この先行技術は、両面に電極を設けて分極を行い、
分極軸を貼り合せて短冊状圧電バイモルフ振動子とし、
この短冊状圧電バイモルフ振動子を、金属製管に封入さ
れているステムの２本のリード線の先端に半田または導
電性接着剤で電気的に接続固定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記センサは、振動子
の一端を半田または導電性接着剤で固定しただけのリー
ド線のみで固定しているため、リード線にねじり方向や
曲げ方向の応力が作用すると外れてしまうおそれがあ
る。また、端部がしっかり固定されていないため、高い
周波数領域での応答を得ることができない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願の第１発明に係る圧電形加速度センサは、絶縁材
からなる柱状ベースの側面に長さ方向の溝を形成し、こ
の溝に前記板状圧電素子の一端を嵌め込んで固定した。

【０００５】また、本願の第２発明に係る圧電形加速度
センサは、絶縁材からなる柱状ベースの側面に軸方向に
沿い且つ端面から見た切り込み角度が互いに異なる溝を
２本形成し、この２本の溝のそれぞれに板状圧電素子の
一端を嵌め込んで固定した。

【０００６】ここで、前記ベースについては例えばセラ
ミック素材を用い、板状圧電素子としては耐熱形とし、
接着材を用いる場合には耐熱性接着剤とし、更にバイモ
ルフ振動子の場合には先端に導電性折曲片を取付けるよ
うにしてもよい。

【０００７】このように、矩形板状の圧電素子の一端
を、絶縁部材からなる柱状のベースの側面に切込んで形
成した溝に、ベースの高さ方向と矩形状の圧電素子の長
さ方向とを一致させて嵌め込み、接着剤で固定したの
で、簡易な構造によって方向精度を損うことなく板状圧
電素子を保持可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る加速度セ
ンサの外観を示す斜視図であり、加速度センサ１は加速
度センサ本体１０とプロテクトチューブ５０とからな
る。

【０００９】加速度センサ本体１０は、耐熱金属、例え
ばインコネルからなる円筒状のケーブル保持部材１１の
両端に円筒状のカバー１２，１３を配設し、それぞれの
カバー１２，１３の先端に円筒状のガイド部１４，１５
をそれぞれ備える。

【００１０】プロテクトチューブ５０は、加速度センサ
本体１０からケーブル保持部材１１のケーブル孔１１ｂ
を介して導出されるＭＩケーブル１７，１８の周囲を被
覆し、ＭＩケーブル１７，１８を外力に起因する損傷を
防止するためのものである（図２参照）。

【００１１】なお、上記ＭＩケーブルは、金属製のシー
ス（チューブ）内に、金属導線を挿通し、導線とシース
間に鉱物質絶縁物、例えばＭｇＯ（酸化マグネシウム）
等の粉末を詰め固めた耐熱高絶縁を有するケーブルであ
り、高温雰囲気中で使用するケーブル部材（リード線）
として好適なものである。

【００１２】図２は本発明に係る加速度センサの断面図
であり、ケーブル保持部材１１の一端はケーブル孔１１
ｂを介して複数（ここでは２本）のＭＩケーブル１７，
１８を並列に挿通しており、ケーブル孔１１ｂの端部周
縁はＭＩケーブル１７，１８の外周に蝋付け１９、例え
ば銀蝋付けによって気密に固着されている。ここで、１
７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂはＭＩケーブル１７，１
８の芯線であり、例えばステンレス線が使用される。

【００１３】また、ケーブル保持部材１１の他端は分配
部材２２および位置決め部材３１をそれぞれ内部および
端部に耐熱性接着剤で固定し、ケーブル１７，１８の端
末を分配部材２２で区画される空間Ｓ内に密閉してお
り、この空間Ｓから両部材２２，３１にそれぞれ形成し
た４つの芯線孔（図では、２つづつの芯線孔２２ａ，２
２ｂおよび３１ａ，３１ｂが見える）を介して２本のＭ
Ｉケーブル１７，１８のそれぞれの芯線１７ａ，１７ｂ
および１８ａ，１８ｂをカバー１２内に配置される振動
検知部３０へ導出し、それらの先端をベース３２によっ
て片持ち保持されている圧電素子３３、３４に接続して
いる。

【００１４】図３は振動検知部の分解斜視図であり、振
動検知部３０はベース位置決め部材３１、ベース３２お
よび圧電素子３３、３４を備え、ベース位置決め部材３
１は、その中央且つ芯線孔３１ａ〜３１ｄと平行に所定
直径および深さの嵌合穴３１ｅを形成している。

【００１５】ベース３２はセラミックで丸棒形状に形成
されるとともに一端の中央に前記嵌合穴３１ｅに差込み
可能な小径部３２ａを突出形成している。このベース３
２はその側面に所定の幅を有する第１の溝３２ｂと、こ
の第１の溝３２ｂの切込み方向と直交する切込み方向を
有するとともに第１の溝３２ｂと略々同一の幅を有する
第２の溝３２ｃがそれぞれ高さ方向に形成されている。
尚、溝３２ｂ，３２ｃは必ずしも直交させなくともよく
端面から見た切り込み角度が互いに異なっていればよ
い。

【００１６】圧電素子３３，３４は曲げ応力に応じた電
圧を発生させる耐熱性を備えた矩形板状のバイモルフ振
動子（厚さは溝の幅より若干薄い）を用い、この実施例
では２枚のバイモルフ振動子を用いる。なお、圧電素子
３３，３４は矩形板状のバイモルフ振動子に限るもので
はなく、例えば矩形板状のユニモルフ型の圧電素子を用
いてもよいことは勿論である。

【００１７】図４は上記圧電素子をベースに取付けた状
態を示す斜視図であり、２枚の圧電素子（バイモルフ振
動子）３３，３４を、ベース３２側面から第１の溝３２
ｂおよび第２の溝３２ｃにそれぞれの一端を嵌め込み、
適宜の治具を用いてベース３２の長さ（軸）方向と圧電
素子３３，３４の長さ方向を一致させ、その後接着剤を
溝３２ｂ，３２ｃに注入して硬化させて、ベース３２に
よって片持ち保持する。この接着剤としては、無機物か
らなる高温用の水溶性接着剤、例えば、スミセラム−Ｓ
（登録商標）を使用することができる。上記の構成を採
用することによって、圧電素子３３，３４をベース３２
に強固に保持することができ、従ってそれぞれの圧電阻
止の厚み方向の加速度成分、すなわち２方向の加速度成
分を安定に検出できる。

【００１８】図５は他の実施例に係る圧電素子をベース
に取付けた状態を示す斜視図であり、圧電素子が１枚、
例えば圧電素子３３だけの場合である。この実施例によ
れば、前記実施例と同様に圧電素子３３をベース３２に
強固に保持できるとともにより簡単な構造の振動検知部
を構成できる。

【００１９】図６はバイモルフ振動子（圧電素子）の拡
大分解斜視図であり、圧電素子３３，３４は、同じ構成
のものであるので、以下に圧電素子３３のみについて説
明する。圧電素子３３は、例えば両面に電極ｅｌｔ１，
ｅｌｔ２およびｅｌｔ３，ｅｌｔ４がそれぞれ形成され
た２枚の圧電セラミック３３ａ，３３ｂを揃えて貼り合
わせて構成され、それぞれの一方の電極ｅｌｔ１および
ｅｌｔ３に芯線１７ａ，１７ｂの先端を蝋付けまたは導
電性接着剤により接続固定している。

【００２０】そして、この圧電素子３３は電極ｅｌｔ
１，ｅｌｔ２およびｅｌｔ３，ｅｌｔ４に対して垂直な
方向から応力が印加されて屈曲すると上下にある圧電セ
ラミック３３ａ，３３ｂが圧縮もしくは引っ張り応力を
受けて印加応力と比例する電圧を発生する。

【００２１】３５は導電性部材からなる断面コ字状の折
曲片であり、この折曲片３５を２枚の圧電素子３３ａ，
３３ｂの自由端に嵌め込み、導電性接着剤で接着固定
し、電極ｅｌｔ１と電極ｅｌｔ４間に電路を形成する
（従来はリード線等により電路を形成していた）と共
に、重垂の機能を果たす。したがってこの構成はバイモ
ルフ振動子の厚み方向の両端面ｅｌｔ１，ｅｌｔ４を短
絡する電路部材と、重垂を兼用することができ、別途電
路部材を必要としないという利点を有する。

【００２２】このように、上記圧電素子３３は自由端に
大型の重錘を配置していないが、これはこの圧電素子３
３が幅に比べて長さが十分長いので、重錘を設けなくと
も所定の感度を得ることができるからであり、より高い
感度を求めるときは折曲片３５を大型化して重錘として
機能するようにすればよい。この際、加速度感度は重錘
の質量に応じて高くなるが、共振点が低くなって測定帯
域が狭くなることを考慮する必要がある。

【００２３】なお、上記実施例においては、高温下で使
用される加速度センサであることを考慮し、各部材を高
温に耐え得る素材から構成したが、常温で使用する加速
度センサに対しては、例えば絶縁材料としてエンジニア
リング・プラスティック材料を使用してもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
絶縁部材からなる柱状のベースの側面に形成した溝に、
ベースの長さ方向に沿って板状圧電素子を嵌め込んで固
定しているので、簡易な構造によって矩形板状の圧電素
子の方向精度を損わせずに剛固に保持でき、高い周波数
領域への応答も可能となる。

【００２６】また、２枚の圧電素子を備える場合には、
この２枚の圧電素子のそれぞれの一端を、ベースの側面
に形成した第１の溝と、この第１の溝の切込み方向と端
面から見た切り込み角度が異なる第２の溝に嵌め込んで
固定したので、それぞれの圧電素子の厚み方向の加速度
成分、すなわち２方向の加速度成分を高い周波数領域に
おいても安定に検出できる。

【００２７】また、ベースをセラミック素材とし、板状
の圧電素子を耐熱形とし、さらに接着材を耐熱性接着剤
とすることで、耐熱性に優れた片持ち構造が得られる。

【００２８】また、板状圧電素子をバイモルフ振動子と
し、このバイモルフ圧電素子の自由端に、導電性部材か
らなる断面コ字状の折曲片を被着することで、バイモル
フ振動子の厚み方向の端面を短絡する電路部材と、重垂
を兼用することができ、別途電路部材を必要とせず、こ
の分製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加速度センサの外観を示す斜視図

【図２】本発明に係る加速度センサの断面図

【図３】振動検知部の分解斜視図

【図４】圧電素子をベースに取付けた状態を示す斜視図

【図５】他の実施例に係る圧電素子をベースに取付けた
状態を示す斜視図

【図６】バイモルフ振動子の拡大分解斜視図

【符号の説明】

１…加速度センサ、１０…加速度センサ本体、１１…ケ
ーブル保持部材、１２，１３…カバー、１４，１５…ガ
イド部、１７，１８…ＭＩケーブル、１９…蝋付け、２
２…分配部材、３０…振動検知部、３１…位置決め部
材、３２…ベース、３２ｂ，３２ｃ…溝、３３，３４…
圧電素子、５０…プロテクトチューブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片持ち保持された板状圧電素子に曲げ応
力を加え、この曲げ応力に応じた電圧を発生させる圧電
形加速度センサにおいて、この圧電形加速度センサは絶
縁材からなる柱状ベースの側面に長さ方向の溝を形成
し、この溝に前記板状圧電素子の一端を嵌め込んで固定
したことを特徴とする圧電形加速度センサ。
【請求項２】片持ち保持された板状圧電素子に曲げ応
力を加え、この曲げ応力に応じた電圧を発生させる圧電
形加速度センサにおいて、この圧電形加速度センサは絶
縁材からなる柱状ベースの側面に軸方向に沿い且つ端面
から見た切り込み角度が互いに異なる溝を２本形成し、
この２本の溝のそれぞれに板状圧電素子の一端を嵌め込
んで固定したことを特徴とする圧電形加速度センサ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の圧電形
加速度センサにおいて、前記ベースはセラミック素材か
らなり、また板状圧電素子は耐熱形であり、さらに板状
圧電素子は耐熱性接着剤にて溝に固定されていることを
特徴とする圧電形加速度センサ。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の圧電形
加速度センサにおいて、前記板状圧電素子はバイモルフ
振動子であることを特徴とする圧電形加速度センサ。
【請求項５】請求項４に記載の圧電形加速度センサに
おいて、前記バイモルフ圧電素子の他端には、導電性部
材からなる断面コ字状の折曲片が固定されていることを
特徴とする圧電形加速度センサ。