JP2023169365A

JP2023169365A - vibration sensor

Info

Publication number: JP2023169365A
Application number: JP2023161573A
Authority: JP
Inventors: 益人齋藤; Masato Saito
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2023-09-25
Publication date: 2023-11-29
Also published as: JP2020159895A

Abstract

To provide a vibration sensor which hardly causes noise even when the support member of a piezoelectric element is strained.SOLUTION: A vibration sensor 10 comprises a base 20, a pole 30 and a vibrator 40. The pole 30 includes a large-diameter part 32 fixed to the base 20 and extending upward and a small-diameter part 36 extending upward from the large-diameter part 32. A support face 34 is formed between the large-diameter part 32 and the small-diameter part 36. The vibrator 40 includes a piezoelectric element 42 and a support plate 44 for supporting the piezoelectric element 42. Each of the piezoelectric element 42 and the support plate 44 has a disk shape with center holes 422, 442 formed therein. The inner circumferential part 424 of the piezoelectric element 42 and the inner circumferential part 444 of the support plate 44 are pressed against a support face 34.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、圧電素子を使用した振動センサに関する。 The present invention relates to a vibration sensor using a piezoelectric element.

例えば、特許文献１には、圧電素子を使用した加速度センサ（振動センサ）が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an acceleration sensor (vibration sensor) using a piezoelectric element.

図１０を参照すると、特許文献１の振動センサ９０は、圧電素子からなる圧電振動子９２と、金属板９４と、ケース９８２と、基板９８４とを備えている。基板９８４は、上下方向においてケース９８２内部の底面９８８の上に固定されており、これにより、ケース９８２と共に支持部材９８を構成している。金属板９４は、上下方向と直交する所定方向に沿って延びるようにして支持部材９８に取り付けられている。詳しくは、金属板９４の所定方向における両端部は、基板９８４の上に固定されている。一方、金属板９４の所定方向における中間部は、底面９８８から上方に離れて位置しており、底面９８８に沿って延びている。圧電振動子９２は、金属板９４の所定方向における中間部に固定されている。即ち、圧電振動子９２は、支持部材９８によって、両持ち梁状に支持されている。 Referring to FIG. 10, the vibration sensor 90 of Patent Document 1 includes a piezoelectric vibrator 92 made of a piezoelectric element, a metal plate 94, a case 982, and a substrate 984. The substrate 984 is fixed on a bottom surface 988 inside the case 982 in the vertical direction, thereby forming a support member 98 together with the case 982. The metal plate 94 is attached to the support member 98 so as to extend along a predetermined direction orthogonal to the vertical direction. Specifically, both ends of the metal plate 94 in a predetermined direction are fixed onto a substrate 984. On the other hand, the intermediate portion of the metal plate 94 in a predetermined direction is located away from the bottom surface 988 and extends along the bottom surface 988. The piezoelectric vibrator 92 is fixed to the intermediate portion of the metal plate 94 in a predetermined direction. In other words, the piezoelectric vibrator 92 is supported by the support member 98 in the form of a double-sided beam.

圧電振動子９２には、電極９２４が設けられている。圧電振動子９２は、支持部材９８に加速度が加えられたとき、加速度の上下方向の成分に応じて上下方向に振動して撓み、金属板９４と電極９２４との間に撓みに応じた電圧が生じる。金属板９４と電極９２４との間に生じた電圧を測定することで、支持部材９８に加えられた加速度を検出できる。 The piezoelectric vibrator 92 is provided with an electrode 924. When acceleration is applied to the support member 98, the piezoelectric vibrator 92 vibrates and deflects in the vertical direction according to the vertical component of the acceleration, and a voltage corresponding to the deflection is generated between the metal plate 94 and the electrode 924. arise. By measuring the voltage generated between the metal plate 94 and the electrode 924, the acceleration applied to the support member 98 can be detected.

国際公開第２０１１／０４３２１９号International Publication No. 2011/043219

特許文献１の支持構造によれば、支持部材９８が上下方向と直交する水平方向の両側に引っ張られたような場合、支持部材９８が歪み、これにより、金属板９４が上下方向に撓むおそれがある。この場合、金属板９４と電極９２４との間に加速度に起因しないノイズ電圧が生じ、正しい加速度が検出できない。即ち、特許文献１の振動センサによれば、圧電素子の支持部材の歪に起因して測定電圧にノイズが生じるおそれがある。 According to the support structure of Patent Document 1, when the support member 98 is pulled on both sides in the horizontal direction perpendicular to the vertical direction, the support member 98 is distorted, and as a result, the metal plate 94 may be bent in the vertical direction. There is. In this case, a noise voltage that is not caused by acceleration is generated between the metal plate 94 and the electrode 924, and accurate acceleration cannot be detected. That is, according to the vibration sensor of Patent Document 1, noise may occur in the measured voltage due to distortion of the support member of the piezoelectric element.

そこで、本発明は、圧電素子の支持部材が歪んでもノイズが生じ難い振動センサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration sensor that does not easily generate noise even when a support member for a piezoelectric element is distorted.

本発明は、第１の振動センサとして、
ベースと、ポールと、振動子とを備えた振動センサであって、
前記ポールは、大径部と、小径部と、支持面とを有しており、
前記大径部は、前記ベースに固定されており、且つ、前記ベースから上下方向において上方に延びており、
前記小径部は、前記大径部の上端から上方に延びており、
前記上下方向と直交する水平面において、前記小径部は、前記大径部の内側に位置しており、
前記支持面は、前記大径部の上面であり、前記水平面において、前記大径部の外周と前記小径部の外周との間に位置しており、
前記振動子は、圧電素子と、支持板とを備えており、
前記圧電素子及び前記支持板の夫々は、前記水平面において、中心孔が形成された円形状を有しており、
前記圧電素子は、前記支持板に支持されており、
前記小径部は、前記圧電素子の前記中心孔及び前記支持板の前記中心孔を前記上下方向に貫通しており、
前記圧電素子の前記水平方向における内周部及び前記支持板の前記水平方向における内周部は、前記支持面に向かって押し付けられている
振動センサを提供する。 The present invention provides, as a first vibration sensor,
A vibration sensor comprising a base, a pole, and a vibrator,
The pole has a large diameter portion, a small diameter portion, and a support surface,
The large diameter portion is fixed to the base and extends upward in the vertical direction from the base,
The small diameter portion extends upward from the upper end of the large diameter portion,
In a horizontal plane perpendicular to the vertical direction, the small diameter portion is located inside the large diameter portion,
The support surface is an upper surface of the large diameter portion, and is located between the outer periphery of the large diameter portion and the outer periphery of the small diameter portion in the horizontal plane,
The vibrator includes a piezoelectric element and a support plate,
Each of the piezoelectric element and the support plate has a circular shape with a center hole formed in the horizontal plane,
The piezoelectric element is supported by the support plate,
The small diameter portion passes through the center hole of the piezoelectric element and the center hole of the support plate in the vertical direction,
The inner peripheral portion of the piezoelectric element in the horizontal direction and the inner peripheral portion of the support plate in the horizontal direction provide a vibration sensor that is pressed toward the support surface.

また、本発明は、第２の振動センサとして、第１の振動センサであって、
前記振動センサは、ナットを備えており、
前記小径部には、少なくとも部分的にネジが形成されており、
前記ナットは、前記小径部にねじ込まれており、
前記圧電素子の前記内周部及び前記支持板の前記内周部は、前記ナットと前記支持面との間に挟み込まれている
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides a first vibration sensor as a second vibration sensor,
The vibration sensor includes a nut,
The small diameter portion is at least partially threaded;
The nut is screwed into the small diameter portion,
The inner periphery of the piezoelectric element and the inner periphery of the support plate provide a vibration sensor sandwiched between the nut and the support surface.

また、本発明は、第３の振動センサとして、第１又は第２の振動センサであって、
前記振動センサは、非共振型センサである
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides a first or second vibration sensor as the third vibration sensor,
The vibration sensor provides a vibration sensor that is a non-resonant type sensor.

また、本発明は、第４の振動センサとして、第１から第３までのいずれかの振動センサであって、
前記支持面と前記ベースとの間の前記上下方向における距離は、前記圧電素子の前記水平面における外径の０．２５倍以上かつ２倍以内である
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides any one of the first to third vibration sensors as the fourth vibration sensor,
A vibration sensor is provided in which the distance between the support surface and the base in the vertical direction is at least 0.25 times and within twice the outer diameter of the piezoelectric element in the horizontal plane.

また、本発明は、第５の振動センサとして、第１から第４までのいずれかの振動センサであって、
前記大径部は、円柱形状を有している
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides any one of the first to fourth vibration sensors as the fifth vibration sensor,
The large diameter portion provides a vibration sensor having a cylindrical shape.

また、本発明は、第６の振動センサとして、第５の振動センサであって、
前記圧電素子の前記水平面における外径は、前記大径部の前記水平面における外径よりも大きく、且つ、前記大径部の前記外径の５倍以内である
振動センサを提供する。 The present invention also provides a fifth vibration sensor as a sixth vibration sensor, comprising:
A vibration sensor is provided in which an outer diameter of the piezoelectric element in the horizontal plane is larger than an outer diameter of the large diameter portion in the horizontal plane, and is within five times the outer diameter of the large diameter portion.

また、本発明は、第７の振動センサとして、第５又は第６の振動センサであって、
前記ナットの下端面は、前記水平面において環形状を有しており、
前記ナットの前記下端面の前記水平面における外径は、前記大径部の前記水平面における外径と等しい
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides a fifth or sixth vibration sensor as the seventh vibration sensor,
The lower end surface of the nut has an annular shape in the horizontal plane,
The outer diameter of the lower end surface of the nut in the horizontal plane provides a vibration sensor that is equal to the outer diameter of the large diameter portion in the horizontal plane.

また、本発明は、第８の振動センサとして、第１から第７までのいずれかの振動センサであって、
前記小径部は、円柱形状を有している
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides, as an eighth vibration sensor, any one of the first to seventh vibration sensors,
The small diameter portion provides a vibration sensor having a cylindrical shape.

また、本発明は、第９の振動センサとして、第１から第８までのいずれかの振動センサであって、
前記振動子は、ユニモルフ型圧電振動子である
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides any one of the first to eighth vibration sensors as the ninth vibration sensor,
The vibrator provides a vibration sensor that is a unimorph piezoelectric vibrator.

また、本発明は、第１０の振動センサとして、第１から第８までのいずれかの振動センサであって、
前記振動子は、バイモルフ型圧電振動子である
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides any one of the first to eighth vibration sensors as the tenth vibration sensor,
The vibrator provides a vibration sensor that is a bimorph piezoelectric vibrator.

また、本発明は、第１１の振動センサとして、第１から第１０までのいずれかの振動センサであって、
前記振動子は、錘を備えている
振動センサを提供する。 Further, the present invention provides, as the eleventh vibration sensor, any one of the first to tenth vibration sensors,
The vibrator provides a vibration sensor including a weight.

また、本発明は、第１の測定機器として、第１から第１１までのいずれかの振動センサを備えた測定機器を提供する。 Further, the present invention provides a measuring device including any one of the first to eleventh vibration sensors as the first measuring device.

本発明によれば、圧電素子を備えた振動子は、ベースに固定されて上方に延びるポールの支持面によって支持されており、ベースの歪が振動子に伝わり難い。加えて、本発明の振動子は、中心孔が形成された円板形状を有しており、振動子の内周部は、支持面に向かって押し付けられている。この構造によれば、ベースの歪に起因して、圧電素子が水平面と平行な第１水平方向において引っ張られたとしても、圧電素子は、水平面と平行且つ第１水平方向と直交する第２水平方向において圧縮される。この結果、ベースの歪に起因して生じうるノイズが相殺される。以上のように、本発明によれば、圧電素子の支持部材（ベース及びポール）が歪んでもノイズが生じ難い振動センサを提供できる。 According to the present invention, the vibrator including the piezoelectric element is supported by the support surface of the pole fixed to the base and extending upward, so that distortion of the base is hardly transmitted to the vibrator. In addition, the vibrator of the present invention has a disk shape with a center hole, and the inner peripheral portion of the vibrator is pressed toward the support surface. According to this structure, even if the piezoelectric element is pulled in the first horizontal direction parallel to the horizontal plane due to distortion of the base, the piezoelectric element is pulled in the second horizontal direction parallel to the horizontal plane and perpendicular to the first horizontal direction. compressed in the direction. As a result, noise that may be caused by bass distortion is canceled out. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a vibration sensor that hardly generates noise even if the supporting member (base and pole) of the piezoelectric element is distorted.

本発明の実施の形態による振動センサを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a vibration sensor according to an embodiment of the present invention. 図１の振動センサを示す上面図である。ポールの隠れた大径部及びナットの隠れた下面の輪郭を破線で描画している。2 is a top view showing the vibration sensor of FIG. 1. FIG. The outline of the hidden large diameter part of the pole and the hidden lower surface of the nut are drawn with broken lines. 図２の振動センサをＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って示す断面図である。ベースとポールとの間の境界、ポールの大径部と小径部との間の境界、及び、ポールの小径部と上端部との間の境界を破線で描画している。FIG. 3 is a sectional view showing the vibration sensor of FIG. 2 along line III-III. The boundaries between the base and the pole, the boundaries between the large diameter part and the small diameter part of the pole, and the boundaries between the small diameter part and the upper end of the pole are drawn with broken lines. 図１の振動センサを示す分解斜視図である。圧電素子の内周部と外周部との間の輪郭を破線で描画している。FIG. 2 is an exploded perspective view showing the vibration sensor of FIG. 1. FIG. The outline between the inner circumference and the outer circumference of the piezoelectric element is drawn with a broken line. 図５（Ａ）は、本実施の形態の振動センサの振動子の振動による撓みを模式的に示す図である。図５（Ｂ）は、比較例の振動センサの振動子の振動による撓みを模式的に示す図である。FIG. 5A is a diagram schematically showing the deflection due to vibration of the vibrator of the vibration sensor of this embodiment. FIG. 5(B) is a diagram schematically showing the deflection due to vibration of the vibrator of the vibration sensor of the comparative example. 図１の振動センサの変形例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a modification of the vibration sensor of FIG. 1; 図１の振動センサの別の変形例を備えた測定機器を部分的に示す一部切り欠き斜視図である。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view partially showing a measuring instrument including another modification of the vibration sensor of FIG. 1; 図７の測定機器の第１実施例による測定結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing measurement results by a first example of the measuring device of FIG. 7; 図７の測定機器の第２実施例による測定結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing measurement results by a second example of the measuring device of FIG. 7; 特許文献１の加速度センサを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the acceleration sensor of Patent Document 1.

図１を参照すると、本発明の実施の形態による振動センサ１０は、金属製の支持部材１２と、振動子４０と、ナット５０とを備えている。振動子４０は、ナット５０によって支持部材１２に押し付けられつつ、支持部材１２に支持されている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、振動子４０が支持部材１２に支持されている限り、ナット５０は、必要に応じて設ければよい。一方、振動センサ１０は、上述した部材に加えて、更に別の部材を備えていてもよい。 Referring to FIG. 1, a vibration sensor 10 according to an embodiment of the present invention includes a metal support member 12, a vibrator 40, and a nut 50. The vibrator 40 is supported by the support member 12 while being pressed against the support member 12 by a nut 50 . However, the present invention is not limited to this. For example, as long as the vibrator 40 is supported by the support member 12, the nut 50 may be provided as necessary. On the other hand, the vibration sensor 10 may further include another member in addition to the above-mentioned members.

本実施の形態による振動センサ１０は、測定装置８０（図７参照）のような電子機器の部品として使用可能である。振動センサ１０を搭載した電子機器に振動や衝撃が加わると、電子機器に加速度が生じ、これにより、振動センサ１０の振動子４０が撓む。振動センサ１０は、振動子４０の撓みを電圧に変換して出力するベンディング型のセンサである。振動センサ１０が出力した電圧を測定することで、電子機器に生じた加速度を検出でき、これにより加えられた振動や衝撃を検出できる。 The vibration sensor 10 according to this embodiment can be used as a component of an electronic device such as a measuring device 80 (see FIG. 7). When vibration or shock is applied to an electronic device equipped with the vibration sensor 10, acceleration is generated in the electronic device, which causes the vibrator 40 of the vibration sensor 10 to bend. The vibration sensor 10 is a bending type sensor that converts the deflection of the vibrator 40 into voltage and outputs it. By measuring the voltage output by the vibration sensor 10, it is possible to detect the acceleration generated in the electronic device, and thereby the vibrations and shocks applied thereto can be detected.

図１から図４までを参照すると、本実施の形態の支持部材１２は、金属からなり、高い剛性を有している。即ち、支持部材１２は、加速度を受けたときに歪み難い。この構造により、振動子４０には、加速度に応じた撓みが生じ易い。但し、支持部材１２の材料は、金属に限られない。例えば、支持部材１２が十分な剛性を有している限り、支持部材１２は、樹脂からモールド成型してもよい。 Referring to FIGS. 1 to 4, the support member 12 of this embodiment is made of metal and has high rigidity. That is, the support member 12 is not easily distorted when subjected to acceleration. With this structure, the vibrator 40 is likely to be deflected in response to acceleration. However, the material of the support member 12 is not limited to metal. For example, as long as the support member 12 has sufficient rigidity, the support member 12 may be molded from resin.

振動センサ１０は、金属製のベース２０と、金属製のポール３０とを備えている。本実施の形態において、ベース２０及びポール３０の夫々は、支持部材１２の一部である。換言すれば、ベース２０とポール３０とは、互いに一体に形成されており、互いに固定されている。但し、本発明は、これに限られない。ポール３０がベース２０に固定されている限り、ベース２０とポール３０とは、互いに別体に形成されていてもよい。 The vibration sensor 10 includes a metal base 20 and a metal pole 30. In this embodiment, each of the base 20 and the pole 30 is a part of the support member 12. In other words, the base 20 and the pole 30 are integrally formed and fixed to each other. However, the present invention is not limited to this. As long as the pole 30 is fixed to the base 20, the base 20 and the pole 30 may be formed separately from each other.

本実施の形態のベース２０は、上下方向（Ｚ方向）と直交する水平面（ＸＹ平面）と平行に延びる平板であり、ＸＹ平面において矩形形状を有している。但し、本発明は、これに限られず、ベース２０の形状は、必要に応じて様々に変形可能である。 The base 20 of this embodiment is a flat plate that extends parallel to a horizontal plane (XY plane) perpendicular to the up-down direction (Z direction), and has a rectangular shape in the XY plane. However, the present invention is not limited to this, and the shape of the base 20 can be variously modified as necessary.

図３及び図４を参照すると、本実施の形態のポール３０は、大径部３２と、支持面（上面）３４と、小径部３６と、上端部３８とを有している。ポール３０は、ベース２０からＺ方向において上方に（＋Ｚ方向に沿って）直線状に延びている。 Referring to FIGS. 3 and 4, the pole 30 of this embodiment has a large diameter portion 32, a support surface (upper surface) 34, a small diameter portion 36, and an upper end portion 38. The pole 30 linearly extends upward in the Z direction from the base 20 (along the +Z direction).

詳しくは、大径部３２は、上端３２４と、下端３２２とを有している。上端３２４及び下端３２２は、Ｚ方向における大径部３２の両端に夫々位置している。大径部３２は、下端３２２においてベース２０に固定されており、且つ、ベース２０から上端３２４まで真直ぐ上方に延びている。小径部３６は、上端３６４と、下端３６２とを有している。上端３６４及び下端３６２は、Ｚ方向における小径部３６の両端に夫々位置している。小径部３６は、下端３６２において大径部３２の上端３２４に固定されており、且つ、大径部３２の上端３２４から上端３６４まで真直ぐ上方に延びている。 Specifically, the large diameter portion 32 has an upper end 324 and a lower end 322. The upper end 324 and the lower end 322 are located at both ends of the large diameter portion 32 in the Z direction, respectively. The large diameter portion 32 is fixed to the base 20 at a lower end 322 and extends straight upward from the base 20 to an upper end 324. The small diameter portion 36 has an upper end 364 and a lower end 362. The upper end 364 and the lower end 362 are located at both ends of the small diameter portion 36 in the Z direction, respectively. The small diameter portion 36 is fixed to the upper end 324 of the large diameter portion 32 at a lower end 362, and extends straight upward from the upper end 324 of the large diameter portion 32 to the upper end 364.

本実施の形態のポール３０には、上端部３８が設けられている。上端部３８は、小径部３６の上端３６４から真直ぐ上方に延びている。但し、本発明は、これに限られず、上端部３８は、必要に応じて設ければよい。 The pole 30 of this embodiment is provided with an upper end portion 38. The upper end 38 extends straight upward from the upper end 364 of the small diameter section 36. However, the present invention is not limited to this, and the upper end portion 38 may be provided as necessary.

図２から図４までを参照すると、大径部３２は、ＸＹ平面における外周３２６を有しており、小径部３６は、ＸＹ平面における外周３６６を有している。本実施の形態において、大径部３２は、円柱形状を有しており、外周３２６は、円筒形状を有している。また、小径部３６は、円柱形状を有しており、外周３６６は、円筒形状を有している。大径部３２のＸＹ平面における中心点の位置と、小径部３６のＸＹ平面における中心点の位置とは、互いに一致している。 Referring to FIGS. 2 to 4, the large diameter portion 32 has an outer periphery 326 in the XY plane, and the small diameter portion 36 has an outer periphery 366 in the XY plane. In this embodiment, the large diameter portion 32 has a cylindrical shape, and the outer periphery 326 has a cylindrical shape. Further, the small diameter portion 36 has a cylindrical shape, and the outer periphery 366 has a cylindrical shape. The position of the center point of the large diameter portion 32 on the XY plane and the position of the center point of the small diameter portion 36 on the XY plane are coincident with each other.

上述の構造により、ポール３０は、大径部３２及び小径部３６のＸＹ平面における中心点を中心とする径方向において、同じ力に対して同様に歪む。但し、本発明は、これに限られない。例えば、大径部３２及び小径部３６の夫々のＸＹ平面における形状は、多角形であってもよい。また、大径部３２及び小径部３６の夫々のＸＹ平面におけるサイズは、Ｚ方向における位置によって異なっていてもよい。 Due to the above-described structure, the pole 30 is similarly distorted by the same force in the radial direction centered on the center point of the large diameter portion 32 and the small diameter portion 36 in the XY plane. However, the present invention is not limited to this. For example, the shape of each of the large diameter portion 32 and the small diameter portion 36 in the XY plane may be a polygon. Further, the sizes of the large diameter portion 32 and the small diameter portion 36 in the XY plane may differ depending on the position in the Z direction.

ＸＹ平面における小径部３６のサイズは、ＸＹ平面における大径部３２のサイズよりも小さい。加えて、ＸＹ平面において、小径部３６は、大径部３２の内側に位置している。この構造により、小径部３６と大径部３２との間には、大径部３２の上面３４が形成されている。大径部３２の上面３４は、ＸＹ平面と平行な平面であり、Ｚ方向において大径部３２の上端３２４に位置している。大径部３２の上面３４は、振動子４０を支持する支持面３４として機能する。即ち、支持面３４は、大径部３２の上面３４であり、ＸＹ平面において、大径部３２の外周３２６と小径部３６の外周３６６との間に位置している。 The size of the small diameter portion 36 in the XY plane is smaller than the size of the large diameter portion 32 in the XY plane. In addition, the small diameter portion 36 is located inside the large diameter portion 32 in the XY plane. With this structure, an upper surface 34 of the large diameter portion 32 is formed between the small diameter portion 36 and the large diameter portion 32. The upper surface 34 of the large diameter portion 32 is a plane parallel to the XY plane, and is located at the upper end 324 of the large diameter portion 32 in the Z direction. The upper surface 34 of the large diameter portion 32 functions as a support surface 34 that supports the vibrator 40. That is, the support surface 34 is the upper surface 34 of the large diameter portion 32 and is located between the outer periphery 326 of the large diameter portion 32 and the outer periphery 366 of the small diameter portion 36 in the XY plane.

図１、図３及び図４を参照すると、振動子４０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電体からなる圧電素子４２と、金属製の支持板４４と、電極４８とを備えている。圧電素子４２は、Ｚ方向において一様に分極処理されている。電極４８は、圧電素子４２の上面（＋Ｚ側の面）に銀ペースト等の導電性材料を塗布して形成されている。圧電素子４２は、支持板４４に支持されている。本実施の形態によれば、圧電素子４２の下面（－Ｚ側の面）は、導電接着剤等の固定剤によって、支持板４４の上面に強固に固定されて支持されている。但し、圧電素子４２と支持板４４とが、１つの振動子４０として一体に振動する限り、圧電素子４２の支持方法は、本実施の形態に限られない。 Referring to FIGS. 1, 3, and 4, the vibrator 40 includes a piezoelectric element 42 made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), a metal support plate 44, and an electrode 48. There is. The piezoelectric element 42 is uniformly polarized in the Z direction. The electrode 48 is formed by applying a conductive material such as silver paste to the upper surface (+Z side surface) of the piezoelectric element 42 . The piezoelectric element 42 is supported by a support plate 44. According to this embodiment, the lower surface (-Z side surface) of the piezoelectric element 42 is firmly fixed and supported on the upper surface of the support plate 44 with a fixing agent such as a conductive adhesive. However, as long as the piezoelectric element 42 and the support plate 44 vibrate together as one vibrator 40, the method of supporting the piezoelectric element 42 is not limited to this embodiment.

圧電素子４２及び支持板４４の夫々は、円板形状を有している。詳しくは、圧電素子４２は、ＸＹ平面において、円形の中心孔４２２が形成された円形状を有しており、支持板４４は、ＸＹ平面において、円形の中心孔４４２が形成された円形状を有している。本実施の形態において、圧電素子４２の中心孔４２２は、ＸＹ平面において、圧電素子４２の中心に位置しており、支持板４４の中心孔４４２は、ＸＹ平面において、支持板４４の中心に位置している。圧電素子４２の中心孔４２２のＸＹ平面におけるサイズは、支持板４４の中心孔４４２のＸＹ平面におけるサイズと等しい。また、振動子４０において、圧電素子４２のＸＹ平面における中心点の位置と、支持板４４のＸＹ平面における中心点の位置とは、互いに一致している。 Each of the piezoelectric element 42 and the support plate 44 has a disk shape. Specifically, the piezoelectric element 42 has a circular shape in the XY plane with a circular center hole 422, and the support plate 44 has a circular shape in the XY plane with a circular center hole 442. have. In this embodiment, the center hole 422 of the piezoelectric element 42 is located at the center of the piezoelectric element 42 in the XY plane, and the center hole 442 of the support plate 44 is located at the center of the support plate 44 in the XY plane. are doing. The size of the center hole 422 of the piezoelectric element 42 in the XY plane is equal to the size of the center hole 442 of the support plate 44 in the XY plane. Further, in the vibrator 40, the position of the center point of the piezoelectric element 42 on the XY plane and the position of the center point of the support plate 44 on the XY plane are coincident with each other.

上述の構造により、振動子４０がＺ方向に沿った加速度を受けると、ＸＹ平面における中心点を中心とする径方向において同じ位置にある振動子４０の部位は、同様に振動する。但し、本発明は、これに限られない。例えば、圧電素子４２の中心孔４２２及び支持板４４の中心孔４４２の夫々のＸＹ平面における形状は、多角形であってもよい。また、圧電素子４２の中心孔４２２のＸＹ平面におけるサイズは、支持板４４の中心孔４４２のＸＹ平面におけるサイズと異なっていてもよい。 With the above-described structure, when the vibrator 40 receives acceleration along the Z direction, parts of the vibrator 40 at the same position in the radial direction centered on the center point in the XY plane vibrate in the same way. However, the present invention is not limited to this. For example, the shape of the center hole 422 of the piezoelectric element 42 and the center hole 442 of the support plate 44 in the XY plane may be polygonal. Further, the size of the center hole 422 of the piezoelectric element 42 in the XY plane may be different from the size of the center hole 442 of the support plate 44 in the XY plane.

図３及び図４を参照すると、振動子４０は、ポール３０の小径部３６に取り付けられている。詳しくは、小径部３６のＸＹ平面における外径は、圧電素子４２の中心孔４２２及び支持板４４の中心孔４４２のＸＹ平面における直径以下である。小径部３６は、圧電素子４２の中心孔４２２及び支持板４４の中心孔４４２をＺ方向に貫通しており、圧電素子４２の上面を越えて上方に突出している。小径部３６のＸＹ平面における中心点の位置と、振動子４０のＸＹ平面における中心点の位置とは、互いに一致している。また、振動子４０の下面は、ポール３０の支持面３４と接触している。 Referring to FIGS. 3 and 4, the vibrator 40 is attached to the small diameter portion 36 of the pole 30. Specifically, the outer diameter of the small diameter portion 36 in the XY plane is less than or equal to the diameters of the center hole 422 of the piezoelectric element 42 and the center hole 442 of the support plate 44 in the XY plane. The small diameter portion 36 passes through the center hole 422 of the piezoelectric element 42 and the center hole 442 of the support plate 44 in the Z direction, and projects upward beyond the upper surface of the piezoelectric element 42 . The position of the center point of the small diameter portion 36 on the XY plane and the position of the center point of the vibrator 40 on the XY plane match each other. Further, the lower surface of the vibrator 40 is in contact with the support surface 34 of the pole 30.

本実施の形態において、ポール３０の小径部３６には、少なくとも部分的にネジ３６８が形成されている。また、本実施の形態のナット５０には、小径部３６のネジ３６８に対応するネジ５８が形成されている。ナット５０は、小径部３６にねじ込まれており、これにより、振動子４０を支持面３４に押し付けている。 In this embodiment, a thread 368 is formed at least partially in the small diameter portion 36 of the pole 30. Further, the nut 50 of this embodiment is formed with a thread 58 that corresponds to the thread 368 of the small diameter portion 36. The nut 50 is screwed into the small diameter portion 36, thereby pressing the vibrator 40 against the support surface 34.

詳しくは、圧電素子４２は、ＸＹ平面において中心孔４２２の周辺に位置する内周部４２４と、ＸＹ平面において内周部４２４の外側に位置する外周部４２６とを有している。支持板４４は、ＸＹ平面において中心孔４４２の周辺に位置する内周部４４４と、ＸＹ平面において内周部４４４の外側に位置する外周部４４６とを有している。 Specifically, the piezoelectric element 42 has an inner peripheral part 424 located around the center hole 422 in the XY plane, and an outer peripheral part 426 located outside the inner peripheral part 424 in the XY plane. The support plate 44 has an inner peripheral part 444 located around the center hole 442 in the XY plane, and an outer peripheral part 446 located outside the inner peripheral part 444 in the XY plane.

圧電素子４２の内周部４２４及び支持板４４の内周部４４４は、支持面３４の真上に位置している。この配置により、圧電素子４２の内周部４２４及び支持板４４の内周部４４４は、ナット５０と支持面３４との間に挟み込まれており、Ｚ方向において互いに押し付けられている。換言すれば、圧電素子４２のＸＹ方向における内周部４２４及び支持板４４のＸＹ方向における内周部４４４は、支持面３４に向かって押し付けられている。一方、圧電素子４２及び支持板４４のＸＹ平面における外径は、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径よりも大きい。即ち、圧電素子４２は、支持板４４に支持されつつ、ＸＹ平面において大径部３２から張り出している。 The inner circumference 424 of the piezoelectric element 42 and the inner circumference 444 of the support plate 44 are located directly above the support surface 34. Due to this arrangement, the inner peripheral part 424 of the piezoelectric element 42 and the inner peripheral part 444 of the support plate 44 are sandwiched between the nut 50 and the support surface 34, and are pressed against each other in the Z direction. In other words, the inner peripheral part 424 of the piezoelectric element 42 in the XY directions and the inner peripheral part 444 of the support plate 44 in the XY directions are pressed toward the support surface 34. On the other hand, the outer diameters of the piezoelectric element 42 and the support plate 44 in the XY plane are larger than the outer diameter of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane. That is, the piezoelectric element 42 is supported by the support plate 44 and protrudes from the large diameter portion 32 in the XY plane.

図５（Ａ）を参照すると、振動子４０のＸＹ平面における中心部は、ポール３０によって支持されている一方、振動子４０のうちＸＹ平面においてポール３０から張り出した部位は、Ｚ方向において振動可能である。即ち、振動子４０は、ポール３０によって、Ｚ方向（分極方向）に撓むことができるように支持されている。 Referring to FIG. 5(A), the center of the vibrator 40 in the XY plane is supported by the pole 30, while the part of the vibrator 40 that extends from the pole 30 in the XY plane can vibrate in the Z direction. It is. That is, the vibrator 40 is supported by the pole 30 so that it can be bent in the Z direction (polarization direction).

詳しくは、振動センサ１０が加速度を受けると、振動子４０は加速度に比例する慣性力を受ける。例えば、振動センサ１０に分極方向（Ｚ方向）の加速度が加えられると、振動子４０のうちＸＹ平面においてポール３０から張り出した部位が分極方向に撓む。この結果、振動子４０の電極４８と支持板４４に、それぞれ逆符号の電荷が生じる。即ち、電極４８と支持板４４との間に、加速度に比例した電圧（検出電圧ＶＤ）が生じる。生じた検出電圧ＶＤは、導電線（図示せず）を経由して増幅回路（図示せず）に入力される。増幅回路によって増幅された電圧（出力信号）を測定することで、振動センサ１０に加えられた加速度を検出できる。 Specifically, when the vibration sensor 10 receives acceleration, the vibrator 40 receives an inertial force proportional to the acceleration. For example, when acceleration in the polarization direction (Z direction) is applied to the vibration sensor 10, a portion of the vibrator 40 that extends from the pole 30 in the XY plane is bent in the polarization direction. As a result, charges of opposite signs are generated on the electrode 48 of the vibrator 40 and the support plate 44, respectively. That is, a voltage (detection voltage VD) proportional to the acceleration is generated between the electrode 48 and the support plate 44. The generated detection voltage VD is input to an amplifier circuit (not shown) via a conductive line (not shown). By measuring the voltage (output signal) amplified by the amplifier circuit, the acceleration applied to the vibration sensor 10 can be detected.

振動子４０は、振動センサ１０に加えられた加速度の周波数が共振周波数と一致するか又は共振周波数に近い場合、加速度の大きさが僅かであっても大きく撓む。換言すれば、振動子４０は、共振周波数及び共振周波数の近傍において大きく撓み、これにより大きな検出電圧ＶＤを生じる。一方、振動子４０は、共振周波数よりも十分に低い周波数帯域において、加速度の周波数に係らず、加速度の大きさに略比例した検出電圧ＶＤを生じる。本実施の形態の振動センサ１０は、振動子４０の共振周波数よりも十分に低い周波数帯域で使用される非共振型センサである。本実施の形態の振動センサ１０が使用される周波数帯域は、基準周波数（例えば、１５７Ｈｚ）における検出電圧ＶＤと比べて所定範囲内にある検出電圧ＶＤが得られる範囲である。 When the frequency of the acceleration applied to the vibration sensor 10 matches or is close to the resonant frequency, the vibrator 40 is deflected significantly even if the magnitude of the acceleration is small. In other words, the vibrator 40 is largely deflected at the resonance frequency and in the vicinity of the resonance frequency, thereby producing a large detection voltage VD. On the other hand, the vibrator 40 generates a detection voltage VD that is substantially proportional to the magnitude of acceleration, regardless of the frequency of the acceleration, in a frequency band sufficiently lower than the resonance frequency. The vibration sensor 10 of this embodiment is a non-resonant sensor used in a frequency band sufficiently lower than the resonance frequency of the vibrator 40. The frequency band in which the vibration sensor 10 of this embodiment is used is a range in which a detected voltage VD within a predetermined range can be obtained compared to the detected voltage VD at a reference frequency (for example, 157 Hz).

以上の説明から理解されるように、振動センサ１０が使用可能な周波数帯域を広くするという観点から、振動子４０の共振周波数は、高いほうが好ましい。例えば、振動子４０の共振周波数は、振動センサ１０が使用される周波数帯域の上限値の３倍以上であることが好ましい。但し、振動子４０の共振周波数が高くなると、振動子４０の検出電圧ＶＤが小さくなり易い。従って、振動子４０の共振周波数は、所定の範囲内にあることが好ましい。 As understood from the above description, from the viewpoint of widening the frequency band that can be used by the vibration sensor 10, it is preferable that the resonant frequency of the vibrator 40 is high. For example, it is preferable that the resonant frequency of the vibrator 40 is three times or more the upper limit of the frequency band in which the vibration sensor 10 is used. However, when the resonant frequency of the vibrator 40 becomes high, the detected voltage VD of the vibrator 40 tends to become small. Therefore, it is preferable that the resonant frequency of the vibrator 40 is within a predetermined range.

図３を参照すると、本実施の形態によれば、圧電素子４２を備えた振動子４０は、ベース２０に固定されて上方に延びるポール３０の支持面３４によって支持されており、ベース２０の歪が振動子４０に伝わり難い。即ち、検出電圧ＶＤに、ベース２０の歪に起因するノイズが生じ難い。 Referring to FIG. 3, according to the present embodiment, a vibrator 40 including a piezoelectric element 42 is supported by a support surface 34 of a pole 30 that is fixed to a base 20 and extends upward. is difficult to be transmitted to the vibrator 40. That is, noise due to distortion of the base 20 is less likely to occur in the detection voltage VD.

加えて、本実施の形態の振動子４０は、中心孔４２２，４４２が形成された円板形状を有しており、振動子４０の内周部４２４，４４４は、支持面３４に向かって押し付けられている。この構造によれば、ベース２０の歪に起因して、圧電素子４２がＸＹ平面と平行な第１水平方向（例えば、Ｘ方向）において引っ張られたとしても、圧電素子４２は、ＸＹ平面と平行且つ第１水平方向と直交する第２水平方向（例えば、Ｙ方向）において圧縮される。この結果、ベース２０の歪に起因して検出電圧ＶＤに生じうるノイズが相殺される。 In addition, the vibrator 40 of this embodiment has a disk shape in which center holes 422 and 442 are formed, and the inner peripheral portions 424 and 444 of the vibrator 40 are pressed toward the support surface 34. It is being According to this structure, even if the piezoelectric element 42 is pulled in the first horizontal direction (for example, the X direction) parallel to the XY plane due to distortion of the base 20, the piezoelectric element 42 Moreover, it is compressed in a second horizontal direction (for example, the Y direction) orthogonal to the first horizontal direction. As a result, noise that may occur in the detection voltage VD due to distortion of the base 20 is canceled out.

以上のように、本発明によれば、圧電素子４２の支持部材１２（ベース２０及びポール３０）が歪んでもノイズが生じ難い振動センサ１０を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide the vibration sensor 10 that hardly generates noise even if the support member 12 (base 20 and pole 30) of the piezoelectric element 42 is distorted.

図５（Ｂ）を参照すると、仮に、支持板４４が上下に挟み込まれており、圧電素子４２が上下に挟み込まれていない場合、ポール３０が加速度を受けると、支持板４４は、ポール３０近傍の部位を変曲点として撓みやすい。この結果、加速度に起因した撓みが圧電素子４２に生じ難くなり、これにより、検出電圧ＶＤが小さくなる。一方、図５（Ａ）を参照すると、本発明によれば、圧電素子４２が支持板４４と共に上下に挟み込まれているため、加速度に起因した撓みが圧電素子４２に生じ易く、これにより、検出電圧ＶＤが十分に大きくなる。即ち、振動センサ１０の検出感度が高くなる。 Referring to FIG. 5(B), if the support plate 44 is sandwiched between the top and bottom and the piezoelectric element 42 is not sandwiched between the top and bottom, when the pole 30 receives acceleration, the support plate 44 will move near the pole 30. It is easy to bend with the part as the point of inflection. As a result, deflection due to acceleration is less likely to occur in the piezoelectric element 42, thereby reducing the detection voltage VD. On the other hand, referring to FIG. 5(A), according to the present invention, since the piezoelectric element 42 is sandwiched between the upper and lower sides together with the support plate 44, the piezoelectric element 42 is likely to be deflected due to acceleration. Voltage VD becomes sufficiently large. That is, the detection sensitivity of the vibration sensor 10 becomes higher.

図３を参照すると、本実施の形態によれば、圧電素子４２及び支持板４４がナット５０と支持面３４との間に挟み込まれ、これにより、支持面３４に押し付けられて固定されている。この構造によれば、振動センサ１０の検出感度を高くし易い。但し、本発明は、これに限られない。例えば、圧電素子４２及び支持板４４は、ナット５０を使用することなく、締め具（図示せず）によって支持面３４に押し付けられて固定されていてもよい。 Referring to FIG. 3, according to the present embodiment, the piezoelectric element 42 and the support plate 44 are sandwiched between the nut 50 and the support surface 34, and thereby are pressed and fixed against the support surface 34. According to this structure, the detection sensitivity of the vibration sensor 10 can be easily increased. However, the present invention is not limited to this. For example, the piezoelectric element 42 and the support plate 44 may be pressed and fixed against the support surface 34 by a fastener (not shown) without using the nut 50.

図２及び図３を参照すると、本実施の形態のナット５０は、下端面５２を有している。ナット５０の下端面５２は、ＸＹ平面と平行な平面であり、ＸＹ平面において環形状を有している。また、ナット５０の下端面５２のＸＹ平面における外径は、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径と等しい。図３を参照すると、この構造により、圧電素子４２の内周部４２４及び支持板４４を、支持面３４とナット５０の下端面５２とによって均等な力で挟み込むことができる。この結果、安定した高い検出感度が得られ、且つ、検出電圧ＶＤに生じうるノイズを、より小さくできる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、ナット５０の下端面５２のＸＹ平面における外径は、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径と異なっていてもよい。 Referring to FIGS. 2 and 3, the nut 50 of this embodiment has a lower end surface 52. As shown in FIG. The lower end surface 52 of the nut 50 is a plane parallel to the XY plane, and has an annular shape in the XY plane. Further, the outer diameter of the lower end surface 52 of the nut 50 in the XY plane is equal to the outer diameter of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane. Referring to FIG. 3, this structure allows the inner peripheral portion 424 of the piezoelectric element 42 and the support plate 44 to be sandwiched between the support surface 34 and the lower end surface 52 of the nut 50 with equal force. As a result, stable and high detection sensitivity can be obtained, and noise that may occur in the detection voltage VD can be further reduced. However, the present invention is not limited to this. For example, the outer diameter of the lower end surface 52 of the nut 50 in the XY plane may be different from the outer diameter of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane.

前述したように、本実施の形態の支持部材１２は、金属からなり、高い剛性を有している。例えば、支持部材１２が弾力がある樹脂からなる場合、支持面３４が弾性変形し易くなり、これにより、振動子４０の共振周波数が低くなり易い。振動子４０の共振周波数が低くなると、振動センサ１０が使用可能な周波数帯域が狭くなる。加えて、支持部材１２が樹脂からなる場合、ポール３０がＸＹ平面において弾性変形し易くなり、これにより、検出電圧ＶＤにノイズが生じるおそれがある。即ち、振動センサ１０の検出精度が劣化するおそれがある。加えて、支持部材１２が弾力がある樹脂からなる場合、支持部材１２全体がダンパーとして機能し、これにより、検出電圧ＶＤが低下するおそれがある。以上の理由により、支持部材１２は、金属製であることが好ましい。但し、充分に高い剛性が得られるような場合、支持部材１２の材料は、金属に限られない。 As described above, the support member 12 of this embodiment is made of metal and has high rigidity. For example, when the support member 12 is made of elastic resin, the support surface 34 tends to be elastically deformed, which tends to lower the resonant frequency of the vibrator 40. As the resonant frequency of the vibrator 40 becomes lower, the frequency band that can be used by the vibration sensor 10 becomes narrower. In addition, when the support member 12 is made of resin, the pole 30 tends to be elastically deformed in the XY plane, which may cause noise in the detection voltage VD. That is, there is a possibility that the detection accuracy of the vibration sensor 10 may deteriorate. In addition, when the support member 12 is made of elastic resin, the entire support member 12 functions as a damper, which may reduce the detected voltage VD. For the above reasons, it is preferable that the support member 12 is made of metal. However, the material of the support member 12 is not limited to metal, as long as sufficiently high rigidity can be obtained.

支持面３４とベース２０との間のＺ方向における距離ＤＳは、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径ＤＬの０．２５倍以上かつ２倍以内であることが好ましい。距離ＤＳが外径ＤＬの０．２５倍よりも小さい場合、ベース２０の歪に起因するノイズが大きくなる。一方、距離ＤＳが外径ＤＬの２倍よりも大きい場合、ポール３０がＸＹ平面において弾性変形し易くなると共に、振動子４０にＺ方向の撓みモードとは異なる振動モードが生じ易くなる。この結果、検出電圧ＶＤが低下したり、検出精度が劣化するおそれがある。 The distance DS in the Z direction between the support surface 34 and the base 20 is preferably at least 0.25 times and within 2 times the outer diameter DL of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane. When the distance DS is smaller than 0.25 times the outer diameter DL, noise caused by distortion of the base 20 becomes large. On the other hand, when the distance DS is larger than twice the outer diameter DL, the pole 30 tends to be elastically deformed in the XY plane, and a vibration mode different from the Z-direction deflection mode is likely to occur in the vibrator 40. As a result, there is a possibility that the detection voltage VD may decrease or the detection accuracy may deteriorate.

仮に、圧電素子４２のＸＹ平面における外径ＤＰが、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径ＤＬ以下の場合、圧電素子４２は撓まない。一方、外径ＤＰが僅かでも外径ＤＬよりも大きい場合、圧電素子４２は撓む。但し、外径ＤＰが外径ＤＬの５倍よりも大きい場合、ポール３０が弾性変形したり、振動子４０にＺ方向の撓みモードとは異なる振動モードが生じるおそれがある。従って、ノイズを抑制しつつ十分に高い検出電圧を得るという観点から、圧電素子４２のＸＹ平面における外径ＤＰは、大径部３２のＸＹ平面における外径ＤＬよりも大きく、且つ、大径部３２の外径ＤＬの５倍以内であることが好ましい。 If the outer diameter DP of the piezoelectric element 42 in the XY plane is equal to or less than the outer diameter DL of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane, the piezoelectric element 42 will not bend. On the other hand, if the outer diameter DP is even slightly larger than the outer diameter DL, the piezoelectric element 42 is bent. However, if the outer diameter DP is larger than five times the outer diameter DL, there is a risk that the pole 30 may be elastically deformed or a vibration mode different from the Z-direction deflection mode may occur in the vibrator 40. Therefore, from the viewpoint of obtaining a sufficiently high detection voltage while suppressing noise, the outer diameter DP of the piezoelectric element 42 in the XY plane is larger than the outer diameter DL of the large diameter portion 32 in the XY plane, and It is preferable that the diameter is within 5 times the outer diameter DL of No. 32.

圧電素子４２の外径ＤＰに加えて振動子４０の厚さ（Ｚ方向におけるサイズ）を変化させることによって、振動子４０の共振周波数を調整できる。従って、振動子４０を設計する際には、振動子４０の厚さも考慮することで、設計の自由度が向上する。 By changing the thickness (size in the Z direction) of the vibrator 40 in addition to the outer diameter DP of the piezoelectric element 42, the resonant frequency of the vibrator 40 can be adjusted. Therefore, when designing the vibrator 40, by considering the thickness of the vibrator 40, the degree of freedom in design is improved.

本実施の形態の振動子４０は、ユニモルフ型圧電振動子である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、振動子４０は、バイモルフ型圧電振動子であってもよい。 The vibrator 40 of this embodiment is a unimorph piezoelectric vibrator. However, the present invention is not limited to this. For example, the vibrator 40 may be a bimorph piezoelectric vibrator.

本実施の形態は、既に説明した変形例に加えて、以下に説明するように、更に様々に変形可能である。 In addition to the modifications already described, this embodiment can be modified in various ways as described below.

図６を図１と比較すると、変形例による振動センサ１０Ａは、振動センサ１０と同じベース２０、ポール３０、振動子４０及びナット５０に加えて、錘６０を備えている。錘６０は、接着剤等の固定剤によって振動子４０に固定されている。錘６０を設けることで、振動子４０の撓みを大きくし、これにより振動センサ１０Ａの検出感度を高めることができる。本変形例において、錘６０は、圧電素子４２の外周部４２６の上面に固定されている。但し、本発明は、これに限られず、錘６０は、必要に応じて、必要な部位に取り付ければよい。 Comparing FIG. 6 with FIG. 1, the vibration sensor 10A according to the modified example includes a weight 60 in addition to the same base 20, pole 30, vibrator 40, and nut 50 as the vibration sensor 10. The weight 60 is fixed to the vibrator 40 with a fixing agent such as an adhesive. By providing the weight 60, the deflection of the vibrator 40 can be increased, thereby increasing the detection sensitivity of the vibration sensor 10A. In this modification, the weight 60 is fixed to the upper surface of the outer peripheral portion 426 of the piezoelectric element 42. However, the present invention is not limited to this, and the weight 60 may be attached to a necessary location as necessary.

図７を参照すると、測定装置８０は、振動センサ１０Ｂを備えた測定機器である。即ち、別の変形例による振動センサ１０Ｂは、測定装置８０の部品である。測定装置８０は、振動センサ１０Ｂに加えて、金属製のケース８２と、回路基板８４とを備えている。振動センサ１０Ｂ及び回路基板８４は、ケース８２の内部に取り付けられている。回路基板８４には、増幅回路（図示せず）等の様々な電子部品（図示せず）が搭載されている。 Referring to FIG. 7, the measuring device 80 is a measuring instrument equipped with a vibration sensor 10B. That is, the vibration sensor 10B according to another modification is a component of the measuring device 80. The measuring device 80 includes a metal case 82 and a circuit board 84 in addition to the vibration sensor 10B. The vibration sensor 10B and the circuit board 84 are attached inside the case 82. Various electronic components (not shown) such as an amplifier circuit (not shown) are mounted on the circuit board 84.

図７を図１と比較すると、本変形例による振動センサ１０Ｂは、振動センサ１０と僅かに異なる構造を有しており、振動センサ１０と同様に機能する。詳しくは、振動センサ１０Ｂは、振動センサ１０と同じ振動子４０とナット５０とを備えており、振動センサ１０の支持部材１２と異なる支持部材１２Ｂを備えている。支持部材１２Ｂは、振動センサ１０の支持部材１２と同様に金属からなり、振動センサ１０のベース２０と異なるベース２０Ｂと、振動センサ１０と同じポール３０とを有している。即ち、振動センサ１０Ｂは、ベース２０Ｂと、ポール３０とを備えている。ベース２０Ｂは、ケース８２の底部に圧入されてケース８２に固定されている。ポール３０の大径部３２は、ベース２０Ｂに固定されており、且つ、ベース２０ＢからＺ方向において上方に延びている。振動センサ１０Ｂは、上述の相違点を除き、振動センサ１０と同じ構造を有している。 Comparing FIG. 7 with FIG. 1, the vibration sensor 10B according to this modification has a slightly different structure from the vibration sensor 10, and functions similarly to the vibration sensor 10. Specifically, the vibration sensor 10B includes the same vibrator 40 and nut 50 as the vibration sensor 10, and includes a support member 12B different from the support member 12 of the vibration sensor 10. The support member 12B is made of metal like the support member 12 of the vibration sensor 10, and has a base 20B that is different from the base 20 of the vibration sensor 10 and a pole 30 that is the same as the vibration sensor 10. That is, the vibration sensor 10B includes a base 20B and a pole 30. The base 20B is press-fitted into the bottom of the case 82 and fixed to the case 82. The large diameter portion 32 of the pole 30 is fixed to the base 20B and extends upward from the base 20B in the Z direction. Vibration sensor 10B has the same structure as vibration sensor 10 except for the above-mentioned differences.

図７を参照すると、振動センサ１０Ｂの圧電素子４２の電極４８及び支持板４４の下面は、導電線８８を経由して、回路基板８４の増幅回路（図示せず）に接続されている。電極４８と支持板４４との間に生じた検出電圧ＶＤ（図３参照）は、導電線８８を経由して増幅回路（図示せず）に入力される。増幅回路によって増幅された電圧（出力信号）を測定することで、測定装置８０が受けた加速度を検出でき、これにより、測定装置８０に加えられた振動や衝撃を検出できる。 Referring to FIG. 7, the electrode 48 of the piezoelectric element 42 and the lower surface of the support plate 44 of the vibration sensor 10B are connected to an amplifier circuit (not shown) on a circuit board 84 via a conductive wire 88. The detected voltage VD (see FIG. 3) generated between the electrode 48 and the support plate 44 is inputted to an amplifier circuit (not shown) via a conductive line 88. By measuring the voltage (output signal) amplified by the amplifier circuit, the acceleration applied to the measuring device 80 can be detected, and thereby the vibration or impact applied to the measuring device 80 can be detected.

本変形例におけるケース８２は、想定される加速度によっては殆ど歪まないような高い剛性を備えた材料により形成されている。加えて、ケース８２がＸＹ平面と平行な方向に引っ張られて歪んだ場合でも、振動センサ１０Ｂは、この歪みによる影響を殆ど受けない。本変形例によれば、小型化可能であり且つノイズに強い測定装置８０が得られる。 The case 82 in this modification is made of a material with high rigidity that is hardly distorted by expected acceleration. In addition, even if the case 82 is pulled and distorted in a direction parallel to the XY plane, the vibration sensor 10B is hardly affected by this distortion. According to this modification, a measuring device 80 that can be downsized and is resistant to noise can be obtained.

以下、本発明による振動センサについて、具体的な実施例によって説明する。 Hereinafter, the vibration sensor according to the present invention will be explained using specific examples.

図７に示される測定装置８０の第１実施例及び第２実施例を作製し、ベース２０Ｂが歪んだときのノイズ及び加速度に対する感度を測定した。第１実施例及び第２実施例において、大径部３２の外径ＤＬ（図３参照）は４ｍｍであり、支持面３４（図３参照）とベース２０Ｂとの間の距離ＤＳ（図３参照）は、２ｍｍだった。小径部３６の外径、圧電素子４２の中心孔４２２（図３参照）の直径、及び、支持板４４の中心孔４４２（図３参照）の直径は、いずれも２ｍｍだった。圧電素子４２の厚さ（Ｚ方向におけるサイズ）は、０．２ｍｍであり、支持板４４の厚さ（Ｚ方向におけるサイズ）は、０．４ｍｍだった。 A first example and a second example of the measuring device 80 shown in FIG. 7 were manufactured, and the sensitivity to noise and acceleration when the base 20B was distorted was measured. In the first and second embodiments, the outer diameter DL (see FIG. 3) of the large diameter portion 32 is 4 mm, and the distance DS (see FIG. 3) between the support surface 34 (see FIG. 3) and the base 20B is 4 mm. ) was 2 mm. The outer diameter of the small diameter portion 36, the diameter of the center hole 422 (see FIG. 3) of the piezoelectric element 42, and the diameter of the center hole 442 (see FIG. 3) of the support plate 44 were all 2 mm. The thickness of the piezoelectric element 42 (size in the Z direction) was 0.2 mm, and the thickness of the support plate 44 (size in the Z direction) was 0.4 mm.

第１実施例において、圧電素子４２の外径ＤＰ（図３参照）を６ｍｍとし、支持板４４の外径ＤＰを６ｍｍと１０ｍｍとの間の範囲内で１ｍｍずつ変えて、増幅回路（図示せず）の出力信号を測定した。このとき、ベース２０Ｂが水平方向の両側に引っ張られて歪んだときのノイズ及び測定装置８０に加えられた加速度に対する感度を測定した。測定結果を、図８に示す。同様に、第２実施例において、圧電素子４２の外径ＤＰと支持板４４の外径ＤＰとを等しくし、６ｍｍと１０ｍｍとの間の範囲内で１ｍｍずつ変えて、増幅回路の出力信号を測定した。このとき、ベース２０Ｂが水平方向の両側に引っ張られて歪んだときのノイズ及び測定装置８０に加えられた加速度に対する感度を測定した。測定結果を、図９に示す。 In the first embodiment, the outer diameter DP of the piezoelectric element 42 (see FIG. 3) is 6 mm, and the outer diameter DP of the support plate 44 is varied by 1 mm within a range between 6 mm and 10 mm. The output signal of 1) was measured. At this time, the sensitivity to noise and acceleration applied to the measuring device 80 when the base 20B was pulled and distorted on both sides in the horizontal direction was measured. The measurement results are shown in FIG. Similarly, in the second embodiment, the outer diameter DP of the piezoelectric element 42 and the outer diameter DP of the support plate 44 are made equal, and are varied in 1 mm increments within the range between 6 mm and 10 mm to adjust the output signal of the amplifier circuit. It was measured. At this time, the sensitivity to noise and acceleration applied to the measuring device 80 when the base 20B was pulled and distorted on both sides in the horizontal direction was measured. The measurement results are shown in FIG.

図８及び図９から理解されるように、第１実施例及び第２実施例の振動センサ１０Ｂは、加速度に対する高い感度を有しており、且つ、充分に低いノイズレベルを有している。特に、支持板４４及び圧電素子４２の外径ＤＰ（図３参照）を、支持面３４（図３参照）とベース２０Ｂとの間の距離ＤＳ（図３参照）に対して大きくすることで、加速度に対する感度を向上させ、且つ、ノイズレベルを低くできる。但し、支持板４４及び圧電素子４２の外径ＤＰ（図３参照）を大きくすると、共振周波数が低くなる。従って、支持板４４及び圧電素子４２の外径ＤＰは、支持面３４とベース２０Ｂとの間の距離ＤＳに対して５倍を超えないことが好ましい。 As understood from FIGS. 8 and 9, the vibration sensors 10B of the first and second embodiments have high sensitivity to acceleration and have sufficiently low noise levels. In particular, by making the outer diameter DP (see FIG. 3) of the support plate 44 and the piezoelectric element 42 larger than the distance DS (see FIG. 3) between the support surface 34 (see FIG. 3) and the base 20B, Sensitivity to acceleration can be improved and noise level can be lowered. However, when the outer diameter DP (see FIG. 3) of the support plate 44 and the piezoelectric element 42 is increased, the resonance frequency becomes lower. Therefore, it is preferable that the outer diameter DP of the support plate 44 and the piezoelectric element 42 does not exceed five times the distance DS between the support surface 34 and the base 20B.

１０，１０Ａ，１０Ｂ振動センサ
１２，１２Ｂ支持部材
２０，２０Ｂベース
３０ポール
３２大径部
３２２下端
３２４上端
３２６外周
３４支持面（上面）
３６小径部
３６２下端
３６４上端
３６６外周
３６８ネジ
３８上端部
４０振動子
４２圧電素子
４２２中心孔
４２４内周部
４２６外周部
４４支持板
４４２中心孔
４４４内周部
４４６外周部
４８電極
５０ナット
５２下端面
５８ネジ
６０錘
８０測定装置
８２ケース
８４回路基板
８８導電線 10, 10A, 10B Vibration sensor 12, 12B Support member 20, 20B Base 30 Pole 32 Large diameter portion 322 Lower end 324 Upper end 326 Outer periphery 34 Support surface (upper surface)
36 Small diameter part 362 Lower end 364 Upper end 366 Outer periphery 368 Screw 38 Upper end 40 Vibrator 42 Piezoelectric element 422 Center hole 424 Inner periphery 426 Outer periphery 44 Support plate 442 Center hole 444 Inner periphery 446 Outer periphery 48 Electrode 50 Nut 52 Bottom end face 58 Screw 60 Weight 80 Measuring device 82 Case 84 Circuit board 88 Conductive wire

圧電素子４２の内周部４２４及び支持板４４の内周部４４４は、支持面３４の真上に位置している。この配置により、圧電素子４２の内周部４２４及び支持板４４の内周部４４４は、ナット５０と支持面３４との間に挟み込まれており、Ｚ方向において互いに押し付けられている。換言すれば、圧電素子４２のＸＹ平面における内周部４２４及び支持板４４のＸＹ平面における内周部４４４は、支持面３４に向かって押し付けられている。一方、圧電素子４２及び支持板４４のＸＹ平面における外径は、ポール３０の大径部３２のＸＹ平面における外径よりも大きい。即ち、圧電素子４２は、支持板４４に支持されつつ、ＸＹ平面において大径部３２から張り出している。 The inner circumference 424 of the piezoelectric element 42 and the inner circumference 444 of the support plate 44 are located directly above the support surface 34. Due to this arrangement, the inner peripheral part 424 of the piezoelectric element 42 and the inner peripheral part 444 of the support plate 44 are sandwiched between the nut 50 and the support surface 34, and are pressed against each other in the Z direction. In other words, the inner circumference 424 of the piezoelectric element 42 in the XY plane and the inner circumference 444 of the support plate 44 in the XY plane are pressed toward the support surface 34. On the other hand, the outer diameters of the piezoelectric element 42 and the support plate 44 in the XY plane are larger than the outer diameter of the large diameter portion 32 of the pole 30 in the XY plane. That is, the piezoelectric element 42 is supported by the support plate 44 and protrudes from the large diameter portion 32 in the XY plane.

Claims

A vibration sensor comprising a base, a pole, and a vibrator,
The pole has a large diameter portion, a small diameter portion, and a support surface,
The large diameter portion is fixed to the base and extends upward in the vertical direction from the base,
The small diameter portion extends upward from the upper end of the large diameter portion,
In a horizontal plane perpendicular to the vertical direction, the small diameter portion is located inside the large diameter portion,
The support surface is an upper surface of the large diameter portion, and is located between the outer periphery of the large diameter portion and the outer periphery of the small diameter portion in the horizontal plane,
The vibrator includes a piezoelectric element and a support plate,
Each of the piezoelectric element and the support plate has a circular shape with a center hole formed in the horizontal plane,
The piezoelectric element is supported by the support plate,
The small diameter portion passes through the center hole of the piezoelectric element and the center hole of the support plate in the vertical direction,
In the vibration sensor, an inner peripheral portion of the piezoelectric element in the horizontal direction and an inner peripheral portion of the support plate in the horizontal direction are pressed toward the support surface.

The vibration sensor according to claim 1,
The vibration sensor includes a nut,
The small diameter portion is at least partially threaded;
The nut is screwed into the small diameter portion,
In the vibration sensor, the inner circumference of the piezoelectric element and the inner circumference of the support plate are sandwiched between the nut and the support surface.

The vibration sensor according to claim 1 or 2,
The vibration sensor is a non-resonant type sensor.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 3,
In the vibration sensor, the distance between the support surface and the base in the vertical direction is at least 0.25 times and at most 2 times the outer diameter of the piezoelectric element in the horizontal plane.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 4,
A vibration sensor in which the large diameter portion has a cylindrical shape.

The vibration sensor according to claim 5,
In the vibration sensor, the outer diameter of the piezoelectric element in the horizontal plane is larger than the outer diameter of the large diameter portion in the horizontal plane, and is within five times the outer diameter of the large diameter portion.

The vibration sensor according to claim 5 or 6,
The lower end surface of the nut has an annular shape in the horizontal plane,
In the vibration sensor, an outer diameter of the lower end surface of the nut in the horizontal plane is equal to an outer diameter of the large diameter portion in the horizontal plane.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 7,
The small diameter portion of the vibration sensor has a cylindrical shape.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 8,
A vibration sensor in which the vibrator is a unimorph piezoelectric vibrator.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 8,
A vibration sensor in which the vibrator is a bimorph piezoelectric vibrator.

The vibration sensor according to any one of claims 1 to 10,
The vibrator is a vibration sensor including a weight.

A measuring instrument comprising the vibration sensor according to any one of claims 1 to 11.