JP3238492B2 - 圧電センサ - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電材料を用い構成
される、ＡＥ（アコースティック・エミッション）セン
サ、超音波センサ、振動センサなどの、圧電センサに関
するものである。
される、ＡＥ（アコースティック・エミッション）セン
サ、超音波センサ、振動センサなどの、圧電センサに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】被測定物の微小振動や歪みを圧電材料が
有する圧電効果により電気信号に変換する圧電センサ
は、種々の分野で使用されている。例えば、機械的な動
作をする装置に圧電センサを取りつけておき、当該機械
で異常動作が起きたときに生じる異常振動をこの圧電セ
ンサで検知する場合などである。
有する圧電効果により電気信号に変換する圧電センサ
は、種々の分野で使用されている。例えば、機械的な動
作をする装置に圧電センサを取りつけておき、当該機械
で異常動作が起きたときに生じる異常振動をこの圧電セ
ンサで検知する場合などである。
【０００３】このように使用される圧電センサの一例と
して、この出願に係る出願人は、従来から、以下に説明
するような構成のものを提供していた。図１２及び図１
３はこの圧電センサの説明に供する図である。特に、図
１２は、この圧電センサの全体構成を概略的に示した断
面図、また図１３は、この圧電センサ中に備わる圧電素
子の一例の上面図及び下面図並びに、この圧電素子を上
面図中のＩ−Ｉ線相当位置で切った断面図である。
して、この出願に係る出願人は、従来から、以下に説明
するような構成のものを提供していた。図１２及び図１
３はこの圧電センサの説明に供する図である。特に、図
１２は、この圧電センサの全体構成を概略的に示した断
面図、また図１３は、この圧電センサ中に備わる圧電素
子の一例の上面図及び下面図並びに、この圧電素子を上
面図中のＩ−Ｉ線相当位置で切った断面図である。
【０００４】この圧電センサ１１は、圧電素子１３と、
これが固定手段１５例えば接着剤によって固定される支
持体（この場合容器）１７と、圧電素子１３の第１及び
第２電極１３ｂ，１３ｃに接続された内部配線１９ａ
と、この内部配線１９ａに接続された外部配線１９ｂ
と、容器１７の蓋２１とを具えたものであった。
これが固定手段１５例えば接着剤によって固定される支
持体（この場合容器）１７と、圧電素子１３の第１及び
第２電極１３ｂ，１３ｃに接続された内部配線１９ａ
と、この内部配線１９ａに接続された外部配線１９ｂ
と、容器１７の蓋２１とを具えたものであった。
【０００５】ここで、圧電素子１３は、この例では、円
板状の外形形状を有した圧電体１３ａと、この圧電体１
３ａの一方面に設けられた第１電極１３ｂと、他方面に
設けられた第２電極１３ｃとを具えたものである。ただ
し、この圧電素子１３では、圧電体１３ａに内部配線１
９ａを接続する際の便宜のために、第２電極１３ｃの一
部１３ｄを圧電体１３ａの第１電極１３ｂ形成面まで引
き回してある。圧電体１３ａは、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックスで構成されるこ
とが多い。なお、圧電体１３ａの外形寸法は、検出した
い異常振動の周波数で共振し易い寸法とされる。また、
第１及び第２電極１３ｂ，１３ｃは銀ペーストを焼成し
たもので構成されることが多い。
板状の外形形状を有した圧電体１３ａと、この圧電体１
３ａの一方面に設けられた第１電極１３ｂと、他方面に
設けられた第２電極１３ｃとを具えたものである。ただ
し、この圧電素子１３では、圧電体１３ａに内部配線１
９ａを接続する際の便宜のために、第２電極１３ｃの一
部１３ｄを圧電体１３ａの第１電極１３ｂ形成面まで引
き回してある。圧電体１３ａは、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミックスで構成されるこ
とが多い。なお、圧電体１３ａの外形寸法は、検出した
い異常振動の周波数で共振し易い寸法とされる。また、
第１及び第２電極１３ｂ，１３ｃは銀ペーストを焼成し
たもので構成されることが多い。
【０００６】また、容器１７は、材料費が安価なことか
ら、鉄で構成されることが多い。
ら、鉄で構成されることが多い。
【０００７】また、内部配線１９ａは、その応力が圧電
素子１３に及ぶのを極力軽減する意味から、線径が極め
て細い電線で構成されることが多い。また、外部配線１
９ｂは耐久性及びノイズ対策を図る意味から、内部配線
１９ａよりは太いシールド線で構成されることが多い。
この外部配線１９ｂは、その一端が蓋２１に固定され、
この蓋２１近傍で内部配線１９ａと接続される。
素子１３に及ぶのを極力軽減する意味から、線径が極め
て細い電線で構成されることが多い。また、外部配線１
９ｂは耐久性及びノイズ対策を図る意味から、内部配線
１９ａよりは太いシールド線で構成されることが多い。
この外部配線１９ｂは、その一端が蓋２１に固定され、
この蓋２１近傍で内部配線１９ａと接続される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この出
願に係る発明者の詳細な研究によれば、上述の従来の圧
電センサでは以下に説明するような問題点があった。
願に係る発明者の詳細な研究によれば、上述の従来の圧
電センサでは以下に説明するような問題点があった。
【０００９】(1).圧電センサの使用環境温度範囲が広い
範囲となった場合、圧電センサの感度の温度依存性が大
きくなり（詳細は後述の比較例参照。）所望の測定がで
きないという問題点。
範囲となった場合、圧電センサの感度の温度依存性が大
きくなり（詳細は後述の比較例参照。）所望の測定がで
きないという問題点。
【００１０】(2).内部配線と外部配線とに分けた配線構
造を必要とするため、作製が煩雑であり、また両者の接
続個所の信頼性の確保が難しいという問題点。
造を必要とするため、作製が煩雑であり、また両者の接
続個所の信頼性の確保が難しいという問題点。
【００１１】(3).内部配線を線径が極めて細い電線で構
成する必要があるため、耐振性（耐久性）が低いという
問題点。
成する必要があるため、耐振性（耐久性）が低いという
問題点。
【００１２】(4).温度の影響を軽減するため圧電センサ
を好適な保護器に収納し使用することも考えられるが、
保護器を使用するとその分、圧電センサの外形は大きく
なるし、また感度も低下するという問題点。
を好適な保護器に収納し使用することも考えられるが、
保護器を使用するとその分、圧電センサの外形は大きく
なるし、また感度も低下するという問題点。
【００１３】過酷な使用形態、例えば、自動車のエンジ
ンルーム内に設置されている機器の異常動作を検出する
ための圧電センサでは、例えば−４０〜＋１５０℃の広
い温度範囲での測定ができ、かつ、耐久性や小型である
ことが要求されるので、上記各問題点の解決が望まれて
いる。
ンルーム内に設置されている機器の異常動作を検出する
ための圧電センサでは、例えば−４０〜＋１５０℃の広
い温度範囲での測定ができ、かつ、耐久性や小型である
ことが要求されるので、上記各問題点の解決が望まれて
いる。
【００１４】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の第１の目的は、圧電センサ
の感度の温度依存性が従来より小さな圧電センサを提供
することにある。また、この発明の第２の目的は従来よ
り耐久性に優れる圧電センサを提供することにある。
のであり、従ってこの発明の第１の目的は、圧電センサ
の感度の温度依存性が従来より小さな圧電センサを提供
することにある。また、この発明の第２の目的は従来よ
り耐久性に優れる圧電センサを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、圧電素子と該圧電素子が固定さ
れる支持体とを具える圧電センサであって、被測定物か
らの測定信号を前記支持体を介して得る圧電センサにお
いて、支持体を、圧電素子に使用される圧電体の熱膨張
係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料をもっ
て、構成したことを特徴とする。
め、この発明によれば、圧電素子と該圧電素子が固定さ
れる支持体とを具える圧電センサであって、被測定物か
らの測定信号を前記支持体を介して得る圧電センサにお
いて、支持体を、圧電素子に使用される圧電体の熱膨張
係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料をもっ
て、構成したことを特徴とする。
【００１６】ここで、この発明において、支持体とは、
被測定物と圧電素子との間に介在するもので圧電素子が
固定されるものすべてを含め得る。支持体の形状や大き
さ、厚さは圧電センサの用途や設計に応じ適宜変更され
るからである。例えば、図１２の場合のような容器や、
また、容器と圧電素子との間に下部挿入板を設ける場合
のこれら容器及び下部挿入板で構成される部分は支持体
といえる。また、圧電センサの設計によっては単なる板
状体を支持体とする場合もあり得るのでそのような板状
体も勿論支持体といえる。なお、下部挿入板を必要とす
る例としては、例えば、容器と圧電素子とを電気的に絶
縁する場合の絶縁板などが考えられる。
被測定物と圧電素子との間に介在するもので圧電素子が
固定されるものすべてを含め得る。支持体の形状や大き
さ、厚さは圧電センサの用途や設計に応じ適宜変更され
るからである。例えば、図１２の場合のような容器や、
また、容器と圧電素子との間に下部挿入板を設ける場合
のこれら容器及び下部挿入板で構成される部分は支持体
といえる。また、圧電センサの設計によっては単なる板
状体を支持体とする場合もあり得るのでそのような板状
体も勿論支持体といえる。なお、下部挿入板を必要とす
る例としては、例えば、容器と圧電素子とを電気的に絶
縁する場合の絶縁板などが考えられる。
【００１７】さらにこの発明において、支持体を圧電体
の熱膨張係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材
料で構成するとは、支持体全部をこのような所定材料で
構成する場合、支持体の圧電素子が固定される部分を含
む一部分をこのような所定材料で構成する場合、さらに
は、支持体が例えば容器及び下側挿入板で構成される場
合で考えれば少なくとも下側挿入板のみをこのような所
定材料で構成する場合のいずれでも良い。なお、支持体
が例えば容器及び下側挿入板で構成される場合は、下部
挿入板を圧電体の熱膨張係数と等しいか又は近似の熱膨
張係数を持つ材料で構成し、容器は被測定物の熱膨張係
数と圧電体の熱膨張係数との間の値を持つ材料で構成す
るのも好適と考える。被測定物から圧電素子までの間で
熱膨張係数が段階的に整合できると考えられるからであ
る。
の熱膨張係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材
料で構成するとは、支持体全部をこのような所定材料で
構成する場合、支持体の圧電素子が固定される部分を含
む一部分をこのような所定材料で構成する場合、さらに
は、支持体が例えば容器及び下側挿入板で構成される場
合で考えれば少なくとも下側挿入板のみをこのような所
定材料で構成する場合のいずれでも良い。なお、支持体
が例えば容器及び下側挿入板で構成される場合は、下部
挿入板を圧電体の熱膨張係数と等しいか又は近似の熱膨
張係数を持つ材料で構成し、容器は被測定物の熱膨張係
数と圧電体の熱膨張係数との間の値を持つ材料で構成す
るのも好適と考える。被測定物から圧電素子までの間で
熱膨張係数が段階的に整合できると考えられるからであ
る。
【００１８】さらにこの発明において、圧電体の熱膨張
係数と近似とは、圧電センサに要求される特性を得るに
必要な範囲で決定される。これに限られないが、圧電体
の熱膨張係数に対し例えばプラスマイナス１桁の範囲の
熱膨張係数を持つ材料は近似の範囲と考えられる。
係数と近似とは、圧電センサに要求される特性を得るに
必要な範囲で決定される。これに限られないが、圧電体
の熱膨張係数に対し例えばプラスマイナス１桁の範囲の
熱膨張係数を持つ材料は近似の範囲と考えられる。
【００１９】さらにこの発明において、圧電体の熱膨張
係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料とは、
支持体が複数部材（例えば容器及び下部挿入板）で構成
されている場合などは、それぞれで同じものでも異なる
ものでも良い意味である。ただし、容器、挿入板各々で
その目的や製作加工上の理由等からそれぞれに好適な材
料があるので、実際には、互いに異なる材料（勿論熱膨
張係数は所定範囲である。）となることが多いと考えら
れる。
係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料とは、
支持体が複数部材（例えば容器及び下部挿入板）で構成
されている場合などは、それぞれで同じものでも異なる
ものでも良い意味である。ただし、容器、挿入板各々で
その目的や製作加工上の理由等からそれぞれに好適な材
料があるので、実際には、互いに異なる材料（勿論熱膨
張係数は所定範囲である。）となることが多いと考えら
れる。
【００２０】さらにこの発明において、下部挿入板は複
数枚のサブ挿入板で構成される場合があっても良い。そ
の場合、これらサブ挿入板の材料としては、被測定物側
から段階的に熱膨張係数が圧電体のそれに近づくように
それぞれの材料を選択するのが好適である。なお、挿入
板を複数枚用いる場合の枚数は例えば圧電センサの感度
を考慮し決定するのが良い。
数枚のサブ挿入板で構成される場合があっても良い。そ
の場合、これらサブ挿入板の材料としては、被測定物側
から段階的に熱膨張係数が圧電体のそれに近づくように
それぞれの材料を選択するのが好適である。なお、挿入
板を複数枚用いる場合の枚数は例えば圧電センサの感度
を考慮し決定するのが良い。
【００２１】また、この発明の実施に当たり、以下の
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の構成をさらに付加するのが
より好適である。
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の構成をさらに付加するのが
より好適である。
【００２２】（ａ）前述の圧電センサの下部挿入板側と
は反対側の面に、該圧電素子に使用される圧電体の熱膨
張係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料で構
成した上部挿入板であって、該圧電素子の電極と接続さ
れる電極を有した上部挿入板を、設ける。
は反対側の面に、該圧電素子に使用される圧電体の熱膨
張係数と等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料で構
成した上部挿入板であって、該圧電素子の電極と接続さ
れる電極を有した上部挿入板を、設ける。
【００２３】（ｂ）これら圧電素子及び上部挿入板を離
間させてその間に空隙を設けるかまたはその間に絶縁物
を介挿させておく。
間させてその間に空隙を設けるかまたはその間に絶縁物
を介挿させておく。
【００２４】（ｃ）該上部挿入板の電極に外部配線を接
続しておく。
続しておく。
【００２５】なお、前述の圧電素子及び上部挿入板間の
空隙は、圧電素子の電極と上部挿入板の電極との接続部
分の高さを利用して生じさせるのが好適である。
空隙は、圧電素子の電極と上部挿入板の電極との接続部
分の高さを利用して生じさせるのが好適である。
【００２６】さらに、この発明の実施に当たり、以下の
（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）の構成をさらに付加するのが
より好適である。
（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）の構成をさらに付加するのが
より好適である。
【００２７】（ｄ）前述の下部挿入板及び上部挿入板各
々を用いる。
々を用いる。
【００２８】（ｅ）これら下部挿入板、圧電素子及び上
部挿入板で構成される積層体側面に、該圧電素子側面に
空隙を確保できる状態で覆い部材を設ける。
部挿入板で構成される積層体側面に、該圧電素子側面に
空隙を確保できる状態で覆い部材を設ける。
【００２９】（ｆ）該覆い部材で覆った積層体を封じ部
材で封じしておく。
材で封じしておく。
【００３０】なお、前述の下部挿入板及び上部側挿入板
各々を、それらの平面的外形寸法が前記圧電素子の平面
的外形寸法より大きくされたもので構成し、この寸法差
の違いを利用して、圧電素子側面の前記空隙を生じさせ
るのが好適である。
各々を、それらの平面的外形寸法が前記圧電素子の平面
的外形寸法より大きくされたもので構成し、この寸法差
の違いを利用して、圧電素子側面の前記空隙を生じさせ
るのが好適である。
【００３１】
【００３２】
【作用】この発明によれば、圧電素子上に空隙をもって
上部挿入板を設け、かつ、この上部挿入板に外部配線を
接続する構成の場合、圧電素子上側からの応力はこの上
部挿入板により実質的に遮断できるので、外部配線を強
固なもの（例えば線径が太い電線や場合によってはプリ
ント基板）で構成することができるようになる。
上部挿入板を設け、かつ、この上部挿入板に外部配線を
接続する構成の場合、圧電素子上側からの応力はこの上
部挿入板により実質的に遮断できるので、外部配線を強
固なもの（例えば線径が太い電線や場合によってはプリ
ント基板）で構成することができるようになる。
【００３３】また、下部及び上部挿入板を用い、かつ、
圧電素子を空隙をもって覆い然も圧電素子などを封じ部
材で封じする構成では、圧電素子の上部及び側面に空隙
を維持した状態で圧電素子をモールドできる。このた
め、封じ部材の圧電素子への悪影響を低減した状態で圧
電素子を使用環境から遮蔽できる。
圧電素子を空隙をもって覆い然も圧電素子などを封じ部
材で封じする構成では、圧電素子の上部及び側面に空隙
を維持した状態で圧電素子をモールドできる。このた
め、封じ部材の圧電素子への悪影響を低減した状態で圧
電素子を使用環境から遮蔽できる。
【００３４】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の圧電センサ
の各実施例について比較例と併せて説明する。ただし、
説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に各構成
成分の寸法、形状及び配置関係を概略的に示してあるに
すぎない。また、各図において同様な構成成分について
は同一の番号を付して示してある。また、各図に示した
構成成分のうちの従来と同様な構成成分については従来
技術の説明で用いた図中の番号と同一の番号を付して示
してある。そしてこのような構成成分については重複説
明を省略する場合もある。また、以下の説明で示す使用
材料、寸法等の数値的条件はこの発明の範囲内の一例に
すぎない。
の各実施例について比較例と併せて説明する。ただし、
説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に各構成
成分の寸法、形状及び配置関係を概略的に示してあるに
すぎない。また、各図において同様な構成成分について
は同一の番号を付して示してある。また、各図に示した
構成成分のうちの従来と同様な構成成分については従来
技術の説明で用いた図中の番号と同一の番号を付して示
してある。そしてこのような構成成分については重複説
明を省略する場合もある。また、以下の説明で示す使用
材料、寸法等の数値的条件はこの発明の範囲内の一例に
すぎない。
【００３５】１．第１実施例 図１はこの発明の最も単純な構成の実施例（第１実施
例）の圧電センサを概略的に示した断面図である。な
お、その断面位置は、この圧電センサ中の圧電素子の断
面がちょうど図１３中でのＩ−Ｉ線における断面相当の
断面として得られるような位置としている（以下の各実
施例でのセンサ断面図において同じ。）。
例）の圧電センサを概略的に示した断面図である。な
お、その断面位置は、この圧電センサ中の圧電素子の断
面がちょうど図１３中でのＩ−Ｉ線における断面相当の
断面として得られるような位置としている（以下の各実
施例でのセンサ断面図において同じ。）。
【００３６】この図１において、３１は支持体でありこ
の場合は上部が開放状態とされた器状の容器（詳細は後
述する）、１３は圧電素子、１５は固定手段、１９ａは
内部配線、１９ｂは外部配線、２１は蓋である。これら
構成成分３１，１３〜１９の詳細は以下の通りとしてい
る。
の場合は上部が開放状態とされた器状の容器（詳細は後
述する）、１３は圧電素子、１５は固定手段、１９ａは
内部配線、１９ｂは外部配線、２１は蓋である。これら
構成成分３１，１３〜１９の詳細は以下の通りとしてい
る。
【００３７】先ず、圧電素子１３は、図１３を用いたと
同様に圧電体１３ａと、電極１３ｂ〜１３ｄとで構成し
てある。そして、圧電体１３ａは、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）で構成したもので、かつ、直径が１０ｍ
ｍ、厚さが１〜３ｍｍの複数のものとしている。ＰＺＴ
を用いたことから、この圧電体１３ａの熱膨張係数は、
５×１０-6／℃（１×１０-6〜８×１０-6／℃のものが
一般的。）となる。また、圧電体１３ａの厚さを１〜３
ｍｍとしていることから、この圧電体１３ａの共振周波
数は１００〜２，０００ＫＨｚとなる。また、圧電素子
１３の各電極１３ｂ〜１３ｄは銀ペーストを焼成したも
ので構成している。なお、この第１実施例及び以下の各
実施例並びに各比較例で用いる各圧電体は、同一工程で
公知の方法で出発原料の秤量、混合及び焼成をして得て
いる。
同様に圧電体１３ａと、電極１３ｂ〜１３ｄとで構成し
てある。そして、圧電体１３ａは、チタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）で構成したもので、かつ、直径が１０ｍ
ｍ、厚さが１〜３ｍｍの複数のものとしている。ＰＺＴ
を用いたことから、この圧電体１３ａの熱膨張係数は、
５×１０-6／℃（１×１０-6〜８×１０-6／℃のものが
一般的。）となる。また、圧電体１３ａの厚さを１〜３
ｍｍとしていることから、この圧電体１３ａの共振周波
数は１００〜２，０００ＫＨｚとなる。また、圧電素子
１３の各電極１３ｂ〜１３ｄは銀ペーストを焼成したも
ので構成している。なお、この第１実施例及び以下の各
実施例並びに各比較例で用いる各圧電体は、同一工程で
公知の方法で出発原料の秤量、混合及び焼成をして得て
いる。
【００３８】また、容器３１は、圧電体材料の熱膨張係
数と等しいかその係数の近傍の値の熱膨張係数の材料で
構成する。この実施例では、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎ
ｉ）との合金（Ｎｉを４２重量％の割り合いで含むも
の）で構成したもので、かつ、外径寸法（図１中Ｐで示
す寸法）を１３ｍｍと１４ｍｍ、容器３１底部の肉厚ｔ
（図１参照）を０．４ｍｍと０．５ｍｍにそれぞれした
複数のものとしている。なお、この合金の熱膨張係数は
圧電体１３ａとほぼ同等な５×１０-6／℃である。
数と等しいかその係数の近傍の値の熱膨張係数の材料で
構成する。この実施例では、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎ
ｉ）との合金（Ｎｉを４２重量％の割り合いで含むも
の）で構成したもので、かつ、外径寸法（図１中Ｐで示
す寸法）を１３ｍｍと１４ｍｍ、容器３１底部の肉厚ｔ
（図１参照）を０．４ｍｍと０．５ｍｍにそれぞれした
複数のものとしている。なお、この合金の熱膨張係数は
圧電体１３ａとほぼ同等な５×１０-6／℃である。
【００３９】また、固定手段１５として熱膨張係数が６
×１０-5／℃のエポキシ系接着剤を用いている。しか
し、固定手段１５はこれに限定されるものではなく、設
計に応じた任意好適な材料を用いて形成すれば良い。
×１０-5／℃のエポキシ系接着剤を用いている。しか
し、固定手段１５はこれに限定されるものではなく、設
計に応じた任意好適な材料を用いて形成すれば良い。
【００４０】また、内部配線１９ａは、この場合、線径
が０．１ｍｍの電線を３本縒り合わせて作製された、線
径が０．２ｍｍの縒り線（従来から使用していたもの）
を用いている。また外部配線１９ｂは、芯線の線径が
０．６ｍｍのシールド線を用いている。なお、外部配線
１９ｂの一端は蓋２１に好適な方法で固定している。
が０．１ｍｍの電線を３本縒り合わせて作製された、線
径が０．２ｍｍの縒り線（従来から使用していたもの）
を用いている。また外部配線１９ｂは、芯線の線径が
０．６ｍｍのシールド線を用いている。なお、外部配線
１９ｂの一端は蓋２１に好適な方法で固定している。
【００４１】そして、容器３１の底面に圧電素子１３を
上記接着剤１５により固定し、次に、圧電素子１３の第
１電極１３ｂと、第２電極１３ｃの引き回し部１３ｄと
に内部配線１９ａを、接続手段２３によって接続（例え
ば半田２３を用い半田付け）し、続いて、この内部配線
１９ａの他端を外部配線１９ｂに半田付けし、その後、
蓋２１をして第１実施例の圧電センサを得る。
上記接着剤１５により固定し、次に、圧電素子１３の第
１電極１３ｂと、第２電極１３ｃの引き回し部１３ｄと
に内部配線１９ａを、接続手段２３によって接続（例え
ば半田２３を用い半田付け）し、続いて、この内部配線
１９ａの他端を外部配線１９ｂに半田付けし、その後、
蓋２１をして第１実施例の圧電センサを得る。
【００４２】次に、この第１実施例の圧電センサを、所
定の周波数の振動を生じる振動発生装置（図示せず）に
所定の固定方法により固定し、さらに、これら振動装置
及び圧電センサを温度可変できる温度槽（図示せず）内
に入れる。そして、温度槽内の温度を−４０℃〜＋１５
０℃の範囲で２０℃の温度を含む複数温度に設定しそれ
ぞれの温度での圧電センサからの出力を測定する。以
下、この測定を説明の都合上「温度−感度特性の測定」
と称する。そして、各設定温度での出力値を２０℃での
出力に対する変化率に換算する。この第１実施例の圧電
センサの温度−感度特性における主な測定温度での変化
率を示すと、−４０℃においては−５％、＋１００℃に
おいて−１０％、＋１５０℃において−１５％であっ
た。なお、容器３１の底面の肉厚を違えたり、容器３１
の外径形寸法を違えた各試料いずれもほぼ同様な特性を
示した。この第１実施例の圧電センサでの温度−感度特
性を、変化率を縦軸にとり温度を横軸にとって、図４に
示した。なお、この図４には以下の比較例１での特性
と、実施例２〜４の特性とを併せて示してある。
定の周波数の振動を生じる振動発生装置（図示せず）に
所定の固定方法により固定し、さらに、これら振動装置
及び圧電センサを温度可変できる温度槽（図示せず）内
に入れる。そして、温度槽内の温度を−４０℃〜＋１５
０℃の範囲で２０℃の温度を含む複数温度に設定しそれ
ぞれの温度での圧電センサからの出力を測定する。以
下、この測定を説明の都合上「温度−感度特性の測定」
と称する。そして、各設定温度での出力値を２０℃での
出力に対する変化率に換算する。この第１実施例の圧電
センサの温度−感度特性における主な測定温度での変化
率を示すと、−４０℃においては−５％、＋１００℃に
おいて−１０％、＋１５０℃において−１５％であっ
た。なお、容器３１の底面の肉厚を違えたり、容器３１
の外径形寸法を違えた各試料いずれもほぼ同様な特性を
示した。この第１実施例の圧電センサでの温度−感度特
性を、変化率を縦軸にとり温度を横軸にとって、図４に
示した。なお、この図４には以下の比較例１での特性
と、実施例２〜４の特性とを併せて示してある。
【００４３】２．第２実施例 第１実施例の構成において、容器３１の構成材料として
コバール（鉄５４重量％、ニッケル２９重量％及びコバ
ルト１７重量％の合金）を用いたこと以外は第１実施例
と同様にして第２実施例の圧電センサを作製し、第１実
施例と同様に温度−感度特性の測定を行なう。なお、コ
バールの熱膨張係数は、５．３×１０-6／℃であり、第
１実施例の合金とほぼ同等である。
コバール（鉄５４重量％、ニッケル２９重量％及びコバ
ルト１７重量％の合金）を用いたこと以外は第１実施例
と同様にして第２実施例の圧電センサを作製し、第１実
施例と同様に温度−感度特性の測定を行なう。なお、コ
バールの熱膨張係数は、５．３×１０-6／℃であり、第
１実施例の合金とほぼ同等である。
【００４４】この第２実施例の圧電センサの感度の温度
依存性特性は第１実施例とほぼ同様なものであることが
分かった。
依存性特性は第１実施例とほぼ同様なものであることが
分かった。
【００４５】３．第３実施例 第３実施例として、下部挿入板を用いる例を説明する。
図２はその説明に供する断面図である。
図２はその説明に供する断面図である。
【００４６】この第３実施例の圧電センサは、第１実施
例の構成において、容器３１と圧電素子１３との間に下
部挿入板３３として厚さが０．３〜０．８ｍｍ、直径が
約１２ｍｍのアルミナ板を挿入した構成のものである。
容器３１へアルミナ板３３を固定する手段、アルミナ板
３３へ圧電素子１３を固定する手段はいずれも上記エポ
キシ系接着剤としている。なお、アルミナ板３３の熱膨
張係数は８×１０-6／℃である。
例の構成において、容器３１と圧電素子１３との間に下
部挿入板３３として厚さが０．３〜０．８ｍｍ、直径が
約１２ｍｍのアルミナ板を挿入した構成のものである。
容器３１へアルミナ板３３を固定する手段、アルミナ板
３３へ圧電素子１３を固定する手段はいずれも上記エポ
キシ系接着剤としている。なお、アルミナ板３３の熱膨
張係数は８×１０-6／℃である。
【００４７】次に、第１実施例と同様にこの第３実施例
の圧電センサの温度−感度特性の測定を行なう。この第
３実施例の圧電センサの温度−感度特性における主な測
定温度での変化率を示すと、−４０℃において０％、＋
１００℃においても０％、＋１５０℃において−５％で
あった。なお、下部挿入板３３の厚さを違えた各試料い
ずれも同様な特性を示した。この第３実施例の試料での
温度−感度特性を、第１実施例同様に、図４に示した。
の圧電センサの温度−感度特性の測定を行なう。この第
３実施例の圧電センサの温度−感度特性における主な測
定温度での変化率を示すと、−４０℃において０％、＋
１００℃においても０％、＋１５０℃において−５％で
あった。なお、下部挿入板３３の厚さを違えた各試料い
ずれも同様な特性を示した。この第３実施例の試料での
温度−感度特性を、第１実施例同様に、図４に示した。
【００４８】なお、下部挿入板として、ステアタイト又
はＰＺＴ系セラミックを用いた場合もこの第３実施例と
同様な効果が得られた。
はＰＺＴ系セラミックを用いた場合もこの第３実施例と
同様な効果が得られた。
【００４９】４．第４実施例 図３は第４実施例の圧電センサの説明に供する断面図で
ある。この第４実施例の圧電センサでは、支持体として
の容器３１の、圧電素子１３と対向する部分を含む一部
分３１ａを上記Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成し、容器３１のそ
れ以外の部分（「熱膨張係数未考慮部分」ともいう。）
１７を鉄で構成している。それ以外は第３実施例と同様
である。なお、このような特殊な容器は、比較例の容器
の底部を取り除き、この取り除き部分に別途に作製した
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の円板を接着剤で接着することで得
ている。
ある。この第４実施例の圧電センサでは、支持体として
の容器３１の、圧電素子１３と対向する部分を含む一部
分３１ａを上記Ｆｅ−Ｎｉ合金で構成し、容器３１のそ
れ以外の部分（「熱膨張係数未考慮部分」ともいう。）
１７を鉄で構成している。それ以外は第３実施例と同様
である。なお、このような特殊な容器は、比較例の容器
の底部を取り除き、この取り除き部分に別途に作製した
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の円板を接着剤で接着することで得
ている。
【００５０】この第４実施例の圧電センサの温度−感度
特性は第３実施例のものと同じであった。
特性は第３実施例のものと同じであった。
【００５１】＜比較例１＞第１実施例の構成において、
容器３１の構成材料として鉄（熱間圧延長材及び冷間圧
延材の２種類）、アルミニウム、黄銅をそれぞれ用いた
こと以外は第１実施例と同様にして比較例の各圧電セン
サを作製し、第１実施例と同様に温度−感度特性の測定
を行なう。なお、この比較例で用いた各材料の熱膨張係
数は、熱間圧延材では１．２×１０-5／℃、冷間圧延材
では熱間圧延材とほぼ同様、アルミニウムでは２．４×
１０-5／℃、黄銅では１．８×１０-5／℃である。いず
れも用いた圧電体（ＰＺＴ）の熱膨張係数に対し１桁以
上小さい熱膨張係数を持つ材料である。
容器３１の構成材料として鉄（熱間圧延長材及び冷間圧
延材の２種類）、アルミニウム、黄銅をそれぞれ用いた
こと以外は第１実施例と同様にして比較例の各圧電セン
サを作製し、第１実施例と同様に温度−感度特性の測定
を行なう。なお、この比較例で用いた各材料の熱膨張係
数は、熱間圧延材では１．２×１０-5／℃、冷間圧延材
では熱間圧延材とほぼ同様、アルミニウムでは２．４×
１０-5／℃、黄銅では１．８×１０-5／℃である。いず
れも用いた圧電体（ＰＺＴ）の熱膨張係数に対し１桁以
上小さい熱膨張係数を持つ材料である。
【００５２】各比較例の圧電センサのうちの冷間圧延材
で容器を構成したものの温度−感度特性における主な測
定温度での変化率を示すと、−４０℃において−７％、
＋１００℃において−３０％、＋１５０℃において−５
０％であった。この特性を図４に示した。また、他の比
較例の圧電センサの温度−感度特性も、冷間圧延材で容
器を構成したものとほぼ同様な特性となることが分かっ
た。
で容器を構成したものの温度−感度特性における主な測
定温度での変化率を示すと、−４０℃において−７％、
＋１００℃において−３０％、＋１５０℃において−５
０％であった。この特性を図４に示した。また、他の比
較例の圧電センサの温度−感度特性も、冷間圧延材で容
器を構成したものとほぼ同様な特性となることが分かっ
た。
【００５３】これら第１〜第４実施例及び比較例１の結
果から明らかなように、圧電素子の支持体を、圧電体の
熱膨張係数に等しいか近似の熱膨張係数を持つ材料で構
成すると、そうしない場合より、温度−感度特性が明ら
かに改善されることが理解できる。また、実施例の中で
も下部挿入板を用いる構成の方が温度−感度特性が改善
される。下部挿入板を用いることにより特性が向上する
理由は、支持体を異なる材料の積層構造としたため、支
持体の厚さが実質厚くなったことによるためなど種々考
えられるが、未だ究明していない。
果から明らかなように、圧電素子の支持体を、圧電体の
熱膨張係数に等しいか近似の熱膨張係数を持つ材料で構
成すると、そうしない場合より、温度−感度特性が明ら
かに改善されることが理解できる。また、実施例の中で
も下部挿入板を用いる構成の方が温度−感度特性が改善
される。下部挿入板を用いることにより特性が向上する
理由は、支持体を異なる材料の積層構造としたため、支
持体の厚さが実質厚くなったことによるためなど種々考
えられるが、未だ究明していない。
【００５４】５．第５実施例 上部挿入板を用いかつ内部配線を用いず然も圧電素子部
分等を樹脂封じする例（ただし、圧電素子には樹脂が直
接に接触する例）について説明する。図５〜図８はその
説明に供する図である。特に、図５は用いた上部挿入板
の説明に供する上面図、側面図及び下面図、図６は上部
挿入板の他の例の説明に供する上面図、側面図及び下面
図である。そして、図７（Ａ）は第５実施例の圧電セン
サであって図５に示した上部挿入板を用いたものの断面
図、図７（Ｂ）は用いた外部配線３７の詳細説明に供す
る図、図８は第５実施例の圧電センサであって図６に示
した上部挿入板を用いたものの断面図である。
分等を樹脂封じする例（ただし、圧電素子には樹脂が直
接に接触する例）について説明する。図５〜図８はその
説明に供する図である。特に、図５は用いた上部挿入板
の説明に供する上面図、側面図及び下面図、図６は上部
挿入板の他の例の説明に供する上面図、側面図及び下面
図である。そして、図７（Ａ）は第５実施例の圧電セン
サであって図５に示した上部挿入板を用いたものの断面
図、図７（Ｂ）は用いた外部配線３７の詳細説明に供す
る図、図８は第５実施例の圧電センサであって図６に示
した上部挿入板を用いたものの断面図である。
【００５５】図５及び図６に示したようにこの場合の上
部挿入板３５は、直径が約１２ｍｍで厚みが３ｍｍのア
ルミナ板３５ａに、その表裏に亙り、圧電素子１３の第
１電極及び第２電極１３ｂ，１３ｃに対応する、電極３
５ｂ，３５ｃを設けた構成となっている。特に、図５の
上部挿入板にあっては、アルミナ板３５ａにスルホール
３５ｄを設けこれを介し電極３５ｂ，３５ｃを設けてあ
る。なお、図５では、スルーホール３５ｄの中心軸に沿
った部分が空洞となっている一般的なスルーホール配線
構造例を示したが、スルーホール３５ｄ内を電極３５ｂ
（３５ｃ）の形成材で埋め込んだ構成としても良い。ま
た、図６の上部挿入板にあってはアルミナ板３５ａの側
壁を迂回させて電極３５ｂ，３５ｃを設けてある。な
お、これら上部挿入板３５では、これの圧電素子１３上
への座りを良くするために、圧電素子１３側の面の好適
位置に電極３５ｂ，３５ｃの高さと同じ高さ（図５、図
６中ｈで示す。）の凸部３５ｅを設けても良い。
部挿入板３５は、直径が約１２ｍｍで厚みが３ｍｍのア
ルミナ板３５ａに、その表裏に亙り、圧電素子１３の第
１電極及び第２電極１３ｂ，１３ｃに対応する、電極３
５ｂ，３５ｃを設けた構成となっている。特に、図５の
上部挿入板にあっては、アルミナ板３５ａにスルホール
３５ｄを設けこれを介し電極３５ｂ，３５ｃを設けてあ
る。なお、図５では、スルーホール３５ｄの中心軸に沿
った部分が空洞となっている一般的なスルーホール配線
構造例を示したが、スルーホール３５ｄ内を電極３５ｂ
（３５ｃ）の形成材で埋め込んだ構成としても良い。ま
た、図６の上部挿入板にあってはアルミナ板３５ａの側
壁を迂回させて電極３５ｂ，３５ｃを設けてある。な
お、これら上部挿入板３５では、これの圧電素子１３上
への座りを良くするために、圧電素子１３側の面の好適
位置に電極３５ｂ，３５ｃの高さと同じ高さ（図５、図
６中ｈで示す。）の凸部３５ｅを設けても良い。
【００５６】また、外部配線３７は、この場合、図７
（Ｂ）に示したように、内部導体（芯線）３７ａと、外
部導体３７ｂと、内部及び外部導体間を絶縁する絶縁体
３７ｃと、外部導体３７ｂを被覆している外皮（絶縁
体）３７ｄとで構成されたシールド線３７であって、内
部導体３７ａの線径が０．６ｍｍ、外部導体３７ｂの線
径が１．４ｍｍ、全体の外径が２ｍｍのシールド線であ
る。この外部配線３７は第１〜第４実施例及び比較例で
用いた内部配線１９ａに比べ十分太いものである。
（Ｂ）に示したように、内部導体（芯線）３７ａと、外
部導体３７ｂと、内部及び外部導体間を絶縁する絶縁体
３７ｃと、外部導体３７ｂを被覆している外皮（絶縁
体）３７ｄとで構成されたシールド線３７であって、内
部導体３７ａの線径が０．６ｍｍ、外部導体３７ｂの線
径が１．４ｍｍ、全体の外径が２ｍｍのシールド線であ
る。この外部配線３７は第１〜第４実施例及び比較例で
用いた内部配線１９ａに比べ十分太いものである。
【００５７】次に、図７又は図８を参照して説明するよ
うに、容器３１に下部挿入板３３を上記エポキシ系接着
剤１５で固定する。この下部挿入板３３に圧電素子１３
を上記エポキシ系接着剤１５で固定する。この圧電素子
１３に上述の上部挿入板３５を、圧電素子側の電極と上
部挿入板３５側の電極とを例えば半田２３を用い半田付
けすることによって、固定する。圧電素子１３と上部挿
入板２５との間には両者の電極接続部に起因する空隙３
９が生じる。次に、この上部挿入板３５の圧電素子１３
側とは反対面側の電極部分に上述の外部配線３７の内部
導体３７ａ，外部導体３７ｂを例えば半田付けによって
接続する。その後、容器の圧電素子など以外の空間に封
じ部材としてこの場合熱膨張係数が２×１０-4／℃のシ
リコンゴム系の樹脂４１を充填し圧電素子などを封じす
る。これにより、第５実施例の圧電センサが２種類（上
部挿入板３５の電極の構造がスルーホールを用いている
か否かの意味で２種類）得られる。
うに、容器３１に下部挿入板３３を上記エポキシ系接着
剤１５で固定する。この下部挿入板３３に圧電素子１３
を上記エポキシ系接着剤１５で固定する。この圧電素子
１３に上述の上部挿入板３５を、圧電素子側の電極と上
部挿入板３５側の電極とを例えば半田２３を用い半田付
けすることによって、固定する。圧電素子１３と上部挿
入板２５との間には両者の電極接続部に起因する空隙３
９が生じる。次に、この上部挿入板３５の圧電素子１３
側とは反対面側の電極部分に上述の外部配線３７の内部
導体３７ａ，外部導体３７ｂを例えば半田付けによって
接続する。その後、容器の圧電素子など以外の空間に封
じ部材としてこの場合熱膨張係数が２×１０-4／℃のシ
リコンゴム系の樹脂４１を充填し圧電素子などを封じす
る。これにより、第５実施例の圧電センサが２種類（上
部挿入板３５の電極の構造がスルーホールを用いている
か否かの意味で２種類）得られる。
【００５８】なお、この第５実施例の構成では、樹脂封
じの際に、圧電素子１３と上部挿入板２５との間の空隙
３９には横方向から樹脂が入り込むので空隙３９の全部
又は一部は樹脂により埋められてしまう。
じの際に、圧電素子１３と上部挿入板２５との間の空隙
３９には横方向から樹脂が入り込むので空隙３９の全部
又は一部は樹脂により埋められてしまう。
【００５９】この第５実施例の各圧電センサの温度−感
度特性を第１実施例同様に測定する。この第５実施例の
圧電センサの温度−感度特性における主な測定温度での
変化率を示すと、−４０℃において−５％、＋１００℃
において−１０％、＋１５０℃において−２０％であっ
た。この特性を図４同様な表記方法により図９に示し
た。なお、この図９には以下の第６実施例の特性及び比
較例２の特性を併せて示してある。
度特性を第１実施例同様に測定する。この第５実施例の
圧電センサの温度−感度特性における主な測定温度での
変化率を示すと、−４０℃において−５％、＋１００℃
において−１０％、＋１５０℃において−２０％であっ
た。この特性を図４同様な表記方法により図９に示し
た。なお、この図９には以下の第６実施例の特性及び比
較例２の特性を併せて示してある。
【００６０】この第５実施例の特性が第１〜第４実施例
の特性より若干悪くなった理由は、封じ用樹脂が圧電素
子の主に側面に接触しているためと思われる。
の特性より若干悪くなった理由は、封じ用樹脂が圧電素
子の主に側面に接触しているためと思われる。
【００６１】６．第６実施例 上部挿入板を用いかつ内部配線を用いず然も圧電素子部
分等を樹脂封じする例（ただし、圧電素子には樹脂が直
接に接触しないようにした例）について説明する。図１
０はこの第６実施例の圧電センサの説明に供する断面図
である。
分等を樹脂封じする例（ただし、圧電素子には樹脂が直
接に接触しないようにした例）について説明する。図１
０はこの第６実施例の圧電センサの説明に供する断面図
である。
【００６２】第５実施例で説明したセンサの製作工程に
おいて、上部挿入板３５に外部配線３７を接続した後で
封じ部材４１を充填する前に、下部挿入板３３、圧電素
子１３及び上部挿入板３５で構成される積層体側面の全
周に、その外側から覆い部材４３としてこの場合熱収縮
性の樹脂チューブを装着して圧電素子の周囲に密閉空間
を形成する。その後、第５実施例同様に樹脂を充填す
る。これにより第６実施例の圧電センサを得る。なお、
熱収縮樹脂チューブとしてこの場合住友電気工業製のス
ミチューブ（商品名）を用いている。
おいて、上部挿入板３５に外部配線３７を接続した後で
封じ部材４１を充填する前に、下部挿入板３３、圧電素
子１３及び上部挿入板３５で構成される積層体側面の全
周に、その外側から覆い部材４３としてこの場合熱収縮
性の樹脂チューブを装着して圧電素子の周囲に密閉空間
を形成する。その後、第５実施例同様に樹脂を充填す
る。これにより第６実施例の圧電センサを得る。なお、
熱収縮樹脂チューブとしてこの場合住友電気工業製のス
ミチューブ（商品名）を用いている。
【００６３】この第６実施例の構成では、下部挿入板３
３及び上部側挿入板３５各々の平面的外形寸法が圧電素
子１３の平面的外形寸法より大きいので熱収縮チューブ
は圧電素子側面に空隙４５（図１０参照）を保った状態
で下部挿入板３３および上部挿入板３５に装着される。
さらに、圧電素子１３と上部挿入板３５との間の空隙３
９も保たれる。この結果圧電素子１３の上面及び側面に
空隙を保った状態で圧電素子が封じ部材４１により覆わ
れ、かつ、支持体が所定の熱膨張係数の材料で構成され
た圧電センサが得られる。
３及び上部側挿入板３５各々の平面的外形寸法が圧電素
子１３の平面的外形寸法より大きいので熱収縮チューブ
は圧電素子側面に空隙４５（図１０参照）を保った状態
で下部挿入板３３および上部挿入板３５に装着される。
さらに、圧電素子１３と上部挿入板３５との間の空隙３
９も保たれる。この結果圧電素子１３の上面及び側面に
空隙を保った状態で圧電素子が封じ部材４１により覆わ
れ、かつ、支持体が所定の熱膨張係数の材料で構成され
た圧電センサが得られる。
【００６４】この第６実施例の圧電センサの温度−感度
特性を第１実施例同様に測定する。この第５実施例の圧
電センサの温度−感度特性における主な測定温度での変
化率を示すと、−４０℃において０％、＋１００℃にお
いて０％、＋１５０℃において−３％であった。この特
性を図９に示した。
特性を第１実施例同様に測定する。この第５実施例の圧
電センサの温度−感度特性における主な測定温度での変
化率を示すと、−４０℃において０％、＋１００℃にお
いて０％、＋１５０℃において−３％であった。この特
性を図９に示した。
【００６５】＜比較例２＞上述の比較例１の構成におい
て圧電素子の入った容器に第５，６実施例で用いた樹脂
を充填し圧電素子を封じし、比較例２の圧電センサを得
る。
て圧電素子の入った容器に第５，６実施例で用いた樹脂
を充填し圧電素子を封じし、比較例２の圧電センサを得
る。
【００６６】この比較例２の圧電センサの温度−感度特
性を第１実施例同様に測定する。この比較例２の圧電セ
ンサの温度−感度特性における主な測定温度での変化率
を示すと、−４０℃において−８％、＋１００℃におい
て−５０％、＋１５０℃において−７０％であった。こ
の特性を図９に示した。
性を第１実施例同様に測定する。この比較例２の圧電セ
ンサの温度−感度特性における主な測定温度での変化率
を示すと、−４０℃において−８％、＋１００℃におい
て−５０％、＋１５０℃において−７０％であった。こ
の特性を図９に示した。
【００６７】上述の各実施例及び各比較例の結果より第
６実施例の構成が今回の実施例の試料の中では最高の特
性を示すことが理解できる。
６実施例の構成が今回の実施例の試料の中では最高の特
性を示すことが理解できる。
【００６８】上述においてはこの発明の圧電センサの各
実施例を説明したがこの発明はこれら実施例に限られな
い。例えば、図１１に示したように、第１実施例の構成
（図１参照）に、上部挿入板３５を加えさらに線径が従
来より太い電線３７を用いる構成としても従来より特性
改善が図れることは明らかである。また、第５実施例の
構成（図７又は図８参照）で樹脂封じをしない構成の場
合も従来より特性改善が図れることは明らかである。
実施例を説明したがこの発明はこれら実施例に限られな
い。例えば、図１１に示したように、第１実施例の構成
（図１参照）に、上部挿入板３５を加えさらに線径が従
来より太い電線３７を用いる構成としても従来より特性
改善が図れることは明らかである。また、第５実施例の
構成（図７又は図８参照）で樹脂封じをしない構成の場
合も従来より特性改善が図れることは明らかである。
【００６９】また、圧電素子の形状、寸法、その材料は
上述の例に限られず設計に応じた任意好適なものとでき
る。例えば、圧電セラミックスを用いる例であれば他の
形状や寸法については、例えば、文献（「テクニカル
インフォメーション圧電セラミックス」（１９８８．
２．２０発行第３版）、沖セラミック工業（株））に詳
しい。また、圧電材料は例えば水晶など他のものでも良
い。そして、その場合はその圧電材料の熱膨張係数に応
じ支持体材料を選択すれば良い。
上述の例に限られず設計に応じた任意好適なものとでき
る。例えば、圧電セラミックスを用いる例であれば他の
形状や寸法については、例えば、文献（「テクニカル
インフォメーション圧電セラミックス」（１９８８．
２．２０発行第３版）、沖セラミック工業（株））に詳
しい。また、圧電材料は例えば水晶など他のものでも良
い。そして、その場合はその圧電材料の熱膨張係数に応
じ支持体材料を選択すれば良い。
【００７０】
【００７１】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、圧
電素子上に空隙をもって上部挿入板を設け、かつ、この
上部挿入板に外部配線を接続する構成の場合、圧電素子
上側からの応力はこの上部挿入板により実質的に遮断で
きるので、外部配線を強固なもの（例えば線径が太い電
線や場合によってはプリント基板）で構成することがで
きるようになる。このため、センサの耐久性の向上が図
れる。
電素子上に空隙をもって上部挿入板を設け、かつ、この
上部挿入板に外部配線を接続する構成の場合、圧電素子
上側からの応力はこの上部挿入板により実質的に遮断で
きるので、外部配線を強固なもの（例えば線径が太い電
線や場合によってはプリント基板）で構成することがで
きるようになる。このため、センサの耐久性の向上が図
れる。
【００７２】また、下部及び上部挿入板を用い、かつ、
圧電素子を空隙をもって覆い然も圧電素子などを封じ部
材で封じする構成では、圧電素子の上部及び側面に空隙
を維持した状態で圧電素子をモールドできる。このた
め、封じ部材の圧電素子への悪影響を低減した状態で圧
電素子を使用環境から遮蔽できる。このため、過酷な環
境においても耐久性良く使用できる圧電センサの提供が
可能になる。
圧電素子を空隙をもって覆い然も圧電素子などを封じ部
材で封じする構成では、圧電素子の上部及び側面に空隙
を維持した状態で圧電素子をモールドできる。このた
め、封じ部材の圧電素子への悪影響を低減した状態で圧
電素子を使用環境から遮蔽できる。このため、過酷な環
境においても耐久性良く使用できる圧電センサの提供が
可能になる。
【図１】第１および第２実施例の説明のための、圧電セ
ンサの断面図である。
ンサの断面図である。
【図２】第３実施例の圧電センサの断面図である。
【図３】第４実施例の圧電センサの断面図である。
【図４】支持体のみに着目した時の実験結果を比較例と
共に示した図である。
共に示した図である。
【図５】上部挿入板の説明図である。
【図６】上部挿入板の他の例の説明図である。
【図７】（Ａ）は第５実施例の一例を示した図であり、
（Ｂ）は用いた外部配線の説明に供する図である。
（Ｂ）は用いた外部配線の説明に供する図である。
【図８】第５実施例の他の例を示した図である。
【図９】上部挿入板や封じにまで着目した実験結果を比
較例と共に示した図である。
較例と共に示した図である。
【図１０】第６実施例の圧電センサを示した図である。
【図１１】この発明の他の態様を示した図である。
【図１２】従来技術の説明に供する図である。
【図１３】従来及びこの発明に供する図であり圧電素子
部分の説明図である。
部分の説明図である。
１３：圧電素子 １３ａ：圧電体 １３ｂ：第１電極 １３ｃ：第２電極 １３ｄ：第２電極の引き回し部 １５：固定手段（接着剤） １５：外部配線 １９ａ：内部配線 １９ｂ：外部配線 ２１：蓋 ２３：接続手段（例えば半田） ３１：支持体 ３３：支持体（下部挿入板） ３５：上部挿入板 ３７：外部配線（シールド線） ３９，４５：空隙 ４１：封じ部材 ４３：覆い部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 17/00 330 G01L 9/08 H01L 41/04
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電素子と該圧電素子が固定される支持
体とを具える圧電センサであって、被測定物からの測定
信号を前記支持体を介して得る圧電センサにおいて、 支持体を、圧電素子に使用される圧電体の熱膨張係数と
等しいか又は近似の熱膨張係数を持つ材料をもって、構
成し、 前記圧電センサの前記支持体側とは反対側の面に、該圧
電素子に使用される圧電体の熱膨張係数と等しいか又は
近似の熱膨張係数を持つ材料で構成した上部挿入板であ
って、該圧電素子の電極と接続される電極を有した上部
挿入板を、設けてあり、 これら圧電素子及び上部挿入板間に空隙を生じさせてあ
り、 該上部挿入板の電極に外部配線を接続してあることを特
徴とする圧電センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電センサにおいて、 前記圧電素子及び上部挿入板間の空隙は、圧電素子の電
極と上部挿入板の電極との接続部分の高さを利用して生
じさせてあることを特徴とする圧電センサ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の圧電センサにおいて、 支持体が下部挿入板を含むものの場合は、 前記下部挿入板、圧電素子及び上部挿入板で構成される
積層体側面に、該圧電素子側面に空隙を確保できる状態
で覆い部材を設けてあり、 該覆い部材で覆った積層体を封じ部材で封じしてあるこ
とを特徴とする圧電センサ。 - 【請求項４】 請求項３に記載の圧電センサにおいて、 前記封じ部材は、シリコンゴム系の樹脂であることを特
徴とする圧電センサ。 - 【請求項５】 請求項３に記載の圧電センサにおいて、 前記下部挿入板及び上部挿入板各々を、それらの平面的
外形寸法が前記圧電素子の平面的外形寸法より大きくさ
れたもので構成し、この寸法差の違いを利用して、圧電
素子側面の前記空隙を生じさせてあることを特徴とする
圧電センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27966092A JP3238492B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 圧電センサ |
| CA002107874A CA2107874C (en) | 1992-10-19 | 1993-10-06 | Piezoelectric sensor |
| DE69310474T DE69310474T2 (de) | 1992-10-19 | 1993-10-07 | Piezoelektrischer Sensor |
| EP93308001A EP0594331B1 (en) | 1992-10-19 | 1993-10-07 | Piezoelectric sensor |
| US08/135,433 US5376860A (en) | 1992-10-19 | 1993-10-12 | Piezoelectric sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27966092A JP3238492B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 圧電センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06133397A JPH06133397A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3238492B2 true JP3238492B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=17614088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27966092A Expired - Lifetime JP3238492B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 圧電センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5376860A (ja) |
| EP (1) | EP0594331B1 (ja) |
| JP (1) | JP3238492B2 (ja) |
| CA (1) | CA2107874C (ja) |
| DE (1) | DE69310474T2 (ja) |
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- 1993-10-07 DE DE69310474T patent/DE69310474T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-12 US US08/135,433 patent/US5376860A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030940A1 (ja) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Denso Corporation | 圧電センサ |
Also Published As
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| EP0594331A1 (en) | 1994-04-27 |
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| EP0594331B1 (en) | 1997-05-07 |
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