CN108291795A - 压电挠曲传感器 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够以较高检测效率对被安装的安装基板的挠曲进行检测的压电挠曲传感器。压电挠曲传感器(1)中，在平面形状为矩形或者正方形的第1压电板(11)的第1主面(11a)，经由第1接合材料层(5)来接合第1封装基板(3)，在第1压电板(11)的第2主面(11b)，经由第2接合材料层(6)来接合第2封装基板(4)。在第1压电板(11)的第1主面(11a)以及第2主面(11b)的一方设置有第2电极(12)，在另一方设置有第1、第2分割电极(13、14)。第1压电板(11)的极化轴方向(P)平行于第1以及第2主面(11a、11b)、并且是沿着矩形或者正方形的任意边的方向。在俯视时，在与第1分割电极(13)和第2分割电极(14)之间的第1电极非形成区域的至少一部分重叠的位置，在第1封装基板(3)设置有在与极化轴方向(P)交叉的方向上延伸的槽(10)。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测基板等的挠曲的压电挠曲传感器。
背景技术
以往，作为检测基板等的挠曲的传感器，例如，已知下述的专利文献1中所述那样的利用d31模式的压电传感器。
专利文献1所述的压电传感器具有双压电构造，该双压电构造具有上层的压电薄膜和下层的压电薄膜。在检测挠曲时，对上层和下层的输出进行测定，例如修正上层的输出。接下来，将被修正的上层的输出与下层的输出相加。由此，由于压电传感器的热电效应而产生的上层的电荷与下层的电荷被抵消。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP昭62-156503号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，在专利文献1所述的压电传感器中，必须设置对上层和下层的输出进行测定的测定器以及对上层或者下层的输出进行修正的修正电路。因此，检测效率不良。
本发明的目的在于，提供一种能够以较高的检测效率对所安装的安装基板的挠曲进行检测的压电挠曲传感器。
-解决课题的手段-
本发明所涉及的压电挠曲传感器具备：压电元件，具有平面形状为矩形或者正方形且具有第1主面及与所述第1主面对置的第2主面的第1压电板、被设置于所述第1压电板的所述第1主面的第1电极、和被设置于所述第1压电板的所述第2主面的第2电极，所述第1压电板的极化轴方向平行于所述第1以及第2主面、并且是沿着所述矩形或者正方形的任意边的方向；第1封装基板，在所述压电元件的第1主面层叠；第2封装基板，在所述压电元件的第2主面层叠；第1接合材料层，将所述第1封装基板与所述第1压电板的所述第1主面接合；和第2接合材料层，将所述第2封装基板与所述第1压电板的所述第2主面接合，所述第1电极以及所述第2电极中的一方具有隔着在与所述极化轴方向交叉的方向上延伸的第1电极非形成区域并沿着所述极化轴方向而被配置的第1以及第2分割电极，所述第1电极以及所述第2电极中的另一方隔着所述第1压电板而与所述第1、第2分割电极以及所述第1电极非形成区域对置，在俯视时，在与所述第1电极非形成区域的至少一部分重叠的位置，在所述第1封装基板设置有在与所述极化轴方向交叉的方向上延伸的槽。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的某个特定的方面，所述第1电极非形成区域在与所述极化轴方向正交的方向上延伸。在该情况下，能够以更高效率检测挠曲。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的其他特定的方面，所述槽在与所述极化轴方向正交的方向上延伸。在该情况下，能够以更高灵敏度对压电挠曲传感器所被安装的安装基板的挠曲进行检测。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的另外特定的方面，所述第1以及第2分割电极被设置于所述第1压电板的所述第1主面。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的又一特定的方面，所述第1以及第2分割电极被设置于所述第1压电板的所述第2主面。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的又一特定的方面，所述槽在所述极化轴方向上位于所述第1封装基板的中央。在该情况下，能够以更高灵敏度对压电挠曲传感器所被安装的安装基板的挠曲进行检测。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的又一特定的方面，所述槽被设置为从所述第1封装基板到所述压电元件。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的又一特定的方面，所述槽到达所述第2封装基板。
在本发明所涉及的压电挠曲传感器的又一特定的方面，具有在所述第1压电板的所述第2主面层叠的第2压电板，所述第2压电板的极化轴方向被设为与所述第1压电板的所述极化轴方向相反的方向，在所述第2压电板的所述第2封装基板侧的面，设置有在所述极化轴方向上隔着第2电极非形成区域而被配置的第3、第4分割电极。在该情况下，能够进一步提高挠曲传感器的灵敏度。
-发明效果-
根据本发明所涉及的压电挠曲传感器，能够提高压电挠曲传感器所被安装的安装基板的挠曲的检测效率。
附图说明
图1是除了外部电极以外的本发明的第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。
图2是表示将本发明的第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
图3(a)以及图3(b)是用于对第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器中使用的第1压电板的第2主面以及第1主面上的第2电极以及第1电极进行说明的各示意性的俯视图以及将第1压电板透视表示的示意性的俯视图。
图4是表示将本发明的第2实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
图5是本发明的第3实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。
图6是表示将本发明的第3实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
图7是本发明的第4实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。
图8是表示将本发明的第4实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
图9是用于对本发明的压电挠曲传感器中的槽的变形例进行说明的第1封装基板的仰视图。
图10是用于对本发明的压电挠曲传感器中的槽的另一变形例进行说明的第1封装基板的仰视图。
具体实施方式
以下，通过参照附图来说明本发明的具体实施方式，从而使本发明清楚明了。
另外，指出本说明书中所述的各实施方式是示例性的，在不同实施方式间，能够进行结构的局部置换或者组合。
图1是除了外部电极以外的本发明的第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。图2是表示将第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
如图1所示，压电挠曲传感器1具有：压电元件2、第1、第2封装基板3、4以及第1、第2接合材料层5、6。压电元件2具有平面形状为矩形或正方形的第1压电板11。在本实施方式中，第1压电板11的平面形状是矩形。第1压电板11包含PZT等的压电陶瓷或者压电单晶。
第1压电板11的极化轴方向P沿着第1压电板11的长度方向。即，极化轴方向P平行于第1主面11a以及第2主面11b，被设为沿着在上述矩形形状的长度方向延伸的边的方向。
另外，压电挠曲传感器1从第1封装基板3侧，被安装于后述的安装基板。因此，将位于下方的封装基板设为第1封装基板3，将第1压电板11中层叠于第1封装基板3的一侧的主面即下表面设为第1主面11a。
如图1以及图3(a)所示，在第1压电板11的第2主面11b上，设置第2电极12。此外，如图3(b)所示，在第1主面11a，设置第1、第2分割电极13、14。通过第1分割电极13以及第2分割电极14，构成与第2电极12对置的第1电极。第2电极12以及第1、第2分割电极13、14包含Cu、Ag、Al、Au等的金属或合金。
第1、第2分割电极13、14被设置为隔着第1压电板11而与第2电极12对置。
此外，如图3(b)所示，第1分割电极13和第2分割电极14在上述极化轴方向P隔着第1电极非形成区域11c而被隔离。所谓第1电极非形成区域11c，是指被第1分割电极13和第2分割电极14夹着的第1压电板11的第1主面11a上的区域。该第1电极非形成区域11c在与上述极化轴方向P交叉的方向、在本实施方式中为正交的方向上延伸。
在图1中，将上述第2电极12的长度方向尺寸、即沿着极化轴方向P的尺寸设为长度，将与极化轴方向P正交的方向的尺寸设为宽度。上述第2电极12的宽度比第1压电板11的宽度窄。即，第2电极12的宽度方向一端以及宽度方向另一端位于比第1压电板11的宽度方向一端以及宽度方向另一端更靠内侧的位置。第1分割电极13以及第2分割电极14的宽度方向一端以及宽度方向另一端在宽度方向上也位于比第1压电板11的第1主面11a的宽度方向一端以及宽度方向另一端更靠内侧的位置。
第2电极12的长度方向一端以及长度方向另一端位于比第1压电板11的长度方向一端以及长度方向另一端更靠内侧的位置。
如图1所示，经由第1接合材料层5，第1封装基板3与压电元件2、即第1压电板11的第1主面11a侧接合。第1封装基板3隔着槽10而被分割为第1分割封装基板3A和第2分割封装基板3B。
第1分割封装基板3A以及第2分割封装基板3B的所述的沿着压电元件2的宽度方向的尺寸与压电元件2相同。
在俯视时，上述槽10在与所述第1电极非形成区域11c的至少一部分重叠的位置，在与极化轴方向P交叉的方向、在本实施方式中为正交的方向上延伸。
上述槽10在所述宽度方向上，到达第1封装基板3的整个宽度。因此，第1封装基板3被分割为第1分割封装基板3A和第2分割封装基板3B。上述第1封装基板3包含氧化铝、钛酸镁等的适当的绝缘性陶瓷。并且，也可以由绝缘性陶瓷以外的半导体陶瓷、压电体陶瓷等形成。
第2封装基板4的平面形状与第1压电板11相等。第2封装基板4也能够由与第1封装基板3相同的材料形成。第2封装基板4通过第2接合材料层6，与第1压电板11的第2主面11b接合。
第1、第2接合材料层5、6包含环氧类粘接剂等的粘接剂。使用的粘接剂并不被特别限定。
参照图2，对压电挠曲传感器1的挠曲检测动作进行说明。在包含上述压电元件2以及第1、第2封装基板3、4的层叠体的长度方向一个端面设置第1外部电极18。第1外部电极18与第1分割电极13电连接。此外，在上述层叠体的长度方向另一个端面设置第2外部电极19。第2外部电极19与第2分割电极14电连接。通过利用第1、第2外部电极18、19来与外部电连接，能够对基于挠曲的输出进行检测。
如图2所示，压电挠曲传感器1被面安装于安装基板15上。更具体而言，隔着接合材料层16、17，压电挠曲传感器1被面安装于安装基板15上。作为接合材料层16、17，能够使用粘接剂、焊料等适当的接合材料。
此外，压电挠曲传感器1的第1封装基板3经由上述接合材料层16、17而与安装基板15中央接合。
在安装基板15，如箭头A1、-A1所示，设为安装基板15挠曲。在该情况下，从槽10的下方起，在长度方向一端侧，在箭头A1所示的方向上伸长，在长度方向另一端侧，安装基板15如箭头-A1所示那样伸长。在产生这种挠曲的情况下，基于上述挠曲的应力经由第1封装基板3而向第1压电板11施加。此时，在安装基板15在箭头A1所示的方向上伸长的部分的上方，第1分割封装基板3A在相同的方向上伸长。因此，在第1分割封装基板3A上的位置，第1压电板11在箭头A2所示的方向上伸长。其结果，作为反作用，在第1压电板11的第2主面11b侧的层部分，在与箭头A2相反的方向、即箭头A4所示的方向上伸长。
另一方面，在第2分割封装基板3B侧，安装基板15在箭头-A1所示的方向上伸长。因此，在位于第2分割封装基板3B上的部分，第1压电板11的第1主面11a侧的层在箭头A3所示的方向上伸长。另一方面，由于其反作用，第2主面11b侧的层在箭头A5所示的方向上伸长。
因此，在第1压电板11，在第1分割封装基板3A的上方的部分和第2分割封装基板3B的上方的部分，产生相反方向的应力。因此，在第1分割电极13，产生正的电荷，在第2分割电极14，产生负的电荷。在第2电极12，在上述箭头A4所示的方向上伸长的部分的上方产生负的电荷，在箭头A5所示的方向上伸长的部分的上方产生正的电荷。因此，在第1压电板11的长度方向一端侧以及另一端侧产生的电位被串联连接。因此，能够从第1分割电极13和第2分割电极14输出与安装基板15的挠曲相应的电位。
并且，由于设置有槽10，因此基于上述安装基板15的挠曲的应力高效地向第1压电板11施加。因此，检测效率被提高，并且能够提高灵敏度。并且，由于通过上述第1以及第2分割电极13、14的输出，能够检测上述挠曲，因此也不需要复杂的修正电路。
图4是表示将本发明的第2实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。在第2实施方式的压电挠曲传感器21中，在第1主面11a设置有第1电极12A。在第2主面11b上，设置有第1以及第2分割电极13、14。因此，第1电极非形成区域11c位于第2主面11b上。
关于其他的结构，第2实施方式的压电挠曲传感器21与第1实施方式所涉及的压电挠曲传感器1相同。
这样，可以在第1主面11a上设置第1电极12A，也可以在第2主面11b侧设置第1以及第2分割电极13、14。
图5是本发明的第3实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。图6是表示将第3实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
在第3实施方式的压电挠曲传感器31中，在第1压电板11上，层叠第2压电板32。第2压电板32包含与第1压电板11相同的压电材料。在第2压电板32中，极化轴方向P1被设为与第1压电板11的极化轴方向P相反的方向。另外，第1压电板11和第2压电板32通过适当的方法而被一体化即可。例如，也可以通过环氧类树脂等的粘接剂，将第1压电板11与第2压电板32贴合。
第2压电板32具有第1压电板11侧的第1主面32a、第2封装基板4侧的第2主面32b。在第2主面32b上，设置第3、第4分割电极33、34。第3、第4分割电极33、34在俯视的情况下被设置于与第1、第2分割电极13、14重叠的位置。因此，在第3、第4分割电极33、34之间设置有第2电极非形成区域32c。
压电挠曲传感器31除了压电元件的构造如上述那样构成以外，被设为与第1实施方式的压电挠曲传感器1相同。
安装基板15与图2的情况同样地设为挠曲。在该情况下，在第1分割封装基板3A的上方，在第1压电板11产生箭头A2所示的方向的应力，在箭头A2方向上伸长。第2压电板32在箭头A4的方向上伸长。另一方面，在第2分割封装基板3B的上方，第1压电板11在箭头A3方向上伸长，在第2压电板32，在箭头A5所示的方向上伸长。
因此，如图6中符号所示，在第1分割电极13，产生正的电荷。在第2分割电极14，产生负的电荷。在第1分割封装基板3A的上方，在作为浮置电极的第2电极12产生负的电荷，在第3分割电极33产生正的电荷。此外，在第2分割封装基板3B的上方，在第1电极12产生正的电荷，在第4分割电极34产生负的电荷。
在本实施方式中，通过第1外部电极18，第1分割电极13与第3分割电极33被电连接。此外，通过第2外部电极19，第2分割电极14与第4分割电极34被电连接。
因此，能够从第1、第2外部电极18、19取出与安装基板15的挠曲相应的输出。在本实施方式中，也设置有槽10，因此能够提高检测效率。进一步地，由于具有将第1、第2压电板11、32层叠的构造，因此能够进一步提高灵敏度。
图7是本发明的第4实施方式所涉及的压电挠曲传感器的分解立体图。图8是表示将第4实施方式所涉及的压电挠曲传感器安装到安装基板上的状态的示意性的正面剖视图。
在第4实施方式的压电挠曲传感器41中，第1压电板11被槽10分割。即，如图8所示，槽10被设置为越过第1封装基板3而延至上方，将第1压电板11分割。这样，槽10也可以越过第1封装基板3，到达第1压电板11侧。此外，如图8中虚线E所示，也可以将槽10设置为到达第2封装基板4。
在压电挠曲传感器41中，由于槽10被如上述那样设置，因此第1压电板11被分割为第1分割压电板11A和第2分割压电板11B。在第1分割压电板11A的第1主面11A1设置第1分割电极13。此外，在第2分割压电板11B的第1主面11B1设置第2分割电极14。在第1分割压电板11A的第2主面11A2上设置第2电极12。第2电极12进一步被设置为经过第2封装基板4的下表面上而到达第2分割压电板11B的第2主面11B2。到达第2主面11B2上的第2电极12隔着第2分割压电板11B而与第2分割电极14对置。
压电挠曲传感器41除了如上述那样被设置为槽10将第1压电板分割以外，与压电挠曲传感器1相同。因此，在本实施方式中，也在安装基板15挠曲的情况下，在各第1、第2分割压电板11A、11B，在箭头A2、A3、A4、A5所示的方向上产生应力。因此，如图示的正以及负的符号所示那样产生电荷。因此，能够从第1、第2分割电极13、14所连接的第1、第2外部电极18、19取出与安装基板15的挠曲相应的输出。特别地，由于槽10被设置为也到达第1压电板11，因此能够提高检测效率，能够进一步提高灵敏度。
另外，在图8中，在如虚线E所示那样将槽10设置为到达第2封装基板4的情况下，第1电极12设为到达槽内，或者在槽外的部分将第1分割压电板11A上的电极部分与第2分割压电板11B上的电极部分电连接即可。
在所述的第1～第4实施方式中，槽10在宽度方向上到达整个宽度以使得将第1封装基板3分割。但是，也可以如图9中仰视图所示，槽10比第1封装基板3的宽度方向尺寸短。即，槽10的一端以及另一端也可以在宽度方向上位于比第1封装基板3的宽度方向一端以及另一端更靠内侧的位置。此外，也可以如图10所示，设置从第1封装基板3的宽度方向一端延伸的槽10A和从宽度方向另一端延伸的槽10B。这样，槽10也可以在宽度方向上不贯通第1封装基板3。
进一步地，槽10也可以在第1封装基板3，被设置到图2中虚线C所示的位置，即，被设置为未到达第1封装基板3的压电元件2侧的主面。即，槽10能够从第1封装基板3的安装基板15侧的主面，形成到远离安装基板的方向上延伸的任意的深度。
-符号说明-
1...压电挠曲传感器
2...压电元件
3...第1封装基板
3A、3B...第1、第2分割封装基板
4...第2封装基板
5...第1接合材料层
6...第2接合材料层
10、10A、10B...槽
11...第1压电板
11a、11b...第1、第2主面
11c...第1电极非形成区域
11A、11B...第1、第2分割压电板
11A1、11B1...第1主面
11A2、11B2...第2主面
12...第2电极
12A...第1电极
13...第1分割电极
14...第2分割电极
15...安装基板
16、17...接合材料层
18、19...第1、第2外部电极
21、31、41...压电挠曲传感器
32...第2压电板
32a、32b...第1、第2主面
32c...第2电极非形成区域
33、34...第3、第4分割电极。
Claims (9)
1.一种压电挠曲传感器，具备：
压电元件，具有平面形状为矩形或者正方形且具有第1主面及与所述第1主面对置的第2主面的第1压电板、被设置于所述第1压电板的所述第1主面的第1电极、和被设置于所述第1压电板的所述第2主面的第2电极，所述第1压电板的极化轴方向平行于所述第1以及第2主面、并且是沿着所述矩形或者正方形的任意边的方向；
第1封装基板，在所述压电元件的第1主面层叠；
第2封装基板，在所述压电元件的第2主面层叠；
第1接合材料层，将所述第1封装基板与所述第1压电板的所述第1主面接合；和
第2接合材料层，将所述第2封装基板与所述第1压电板的所述第2主面接合，
所述第1电极以及所述第2电极中的一方具有隔着在与所述极化轴方向交叉的方向上延伸的第1电极非形成区域并沿着所述极化轴方向而被配置的第1以及第2分割电极，所述第1电极以及所述第2电极中的另一方隔着所述第1压电板而与所述第1、第2分割电极以及所述第1电极非形成区域对置，
在俯视时，在与所述第1电极非形成区域的至少一部分重叠的位置，在所述第1封装基板设置有在与所述极化轴方向交叉的方向上延伸的槽。
2.根据权利要求1所述的压电挠曲传感器，其中，
所述第1电极非形成区域在与所述极化轴方向正交的方向上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的压电挠曲传感器，其中，
所述槽在与所述极化轴方向正交的方向上延伸。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述第1以及第2分割电极被设置于所述第1压电板的所述第1主面。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述第1以及第2分割电极被设置于所述第1压电板的所述第2主面。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述槽在所述极化轴方向上位于所述第1封装基板的中央。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述槽被设置为从所述第1封装基板到所述压电元件。
8.根据权利要求1～6的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述槽到达所述第2封装基板。
9.根据权利要求1～8的任意一项所述的压电挠曲传感器，其中，
所述压电挠曲传感器具有在所述第1压电板的所述第2主面层叠的第2压电板，所述第2压电板的极化轴方向被设为与所述第1压电板的所述极化轴方向相反的方向，在所述第2压电板的所述第2封装基板侧的面，设置有在所述极化轴方向上隔着第2电极非形成区域而被配置的第3、第4分割电极。
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