JPH01233372A - 圧電型加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加速度あるいは圧力等の力量を検出する圧電
型加速度センサに関し、特に検出器としての信転性を確
保しながら低周波、低加速度の振動を検出できるように
した加速度センサの構造に関する。

〔従来の技術〕

一般に、例えば自動車の加速度、横揺れ等やプレス機械
等の振動の検出に採用される圧電型加速度センサは、圧
電素子に加えられた機械ひずみを電位差に変換する圧電
現象を利用したものである。

このような圧電型加速度センサにおいては、比較的低い
周波数や加速度の検出性能が低いことから、従来、バイ
モルフ構造の圧電ダイヤフラムを採用して感度を向上さ
せたり、筐体内に上記圧電ダイヤフラムと電子回路とを
一緒に組み込むことによりリード線を短くして小さい信
号をキャッチできるようにしたものがある。

このような圧電型加速度センサとして、従来、第３図及
び第４図に示す構造のものがある０図において、１は圧
電型加速度センサであり、これは樹脂製筐体２内にバイ
モルフ型圧電ダイヤフラム３と電子回路基板４とを内蔵
して構成されている。

上記圧電ダイヤフラム３は、円形金属板５の中央部に、
これを挟んで対向する一対の円形圧電素子６を貼着固定
し、上記金属板５の外周縁５ａを上記筺体２に固定され
た弾性部材７で支持して構成されている。また、上記各
圧電素子６にはリードｖＡ８の一端が半田付は接続され
ており、これの他端は上記電子回路基板４の配線パター
ン及び各電子部品４ａを介して人、出力コネクタ４ｂに
接続されている。さらに、上記リード線８の途中は緩衝
材としてのシリコンゴム９により上記金属板５に弾性的
に支持されており、これによりリード線８の振動を喚収
するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の圧電型加速度センサｌにおい
ては、ある程度の低加速度等を検出できるものの、さら
に低周波振動域での振動を検出するには限界がある。

そこで、上記低周波振動域での感度を向上させるために
、上記圧電素子に質量の重い部材を付加してやることが
考えられる。この場合、付加質量は接着剤により圧電素
子に固定することになるが、この付加′ｊｔｆの接着強
度を十分に高くしておく必要がある。即ち、付加質量を
貼着した加速度センサを、例えば自動車等に取付けた場
合、加速度センサは常に外部から振動を受け、しかもこ
の付加ｉｔの分だけより大きく振動することから、接着
強度が十分でない場合は、上記付加Ｘｔが外れたり、圧
電素子が壊れたりし易く信輔性に劣るという問題が生じ
るおそれがある。

本発明の目的は、上記付加質量を接着した場合の振動に
よる剥離等の問題を解消して信転性を向上でき、しかも
低周波振動領域のネ食出感度を向上できる圧電型加速度
センサを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者らは、上記目的を達成するために実験を重ね
、上記付加質量の剥離等の原因として、上記圧電素子の
材料と付加質量の材料との熱膨張係数の差による内部残
留応力に着目した。即ち、上記圧電素子と付加質量とを
接着により固定する構造であることから、圧電素子のセ
ラミックス材料と付加質量の金属材料との熱膨張係数の
差が大きい場合、接着剤を高温で硬化させた後常温に戻
したり、あるいは周囲温度の変化する場所で使用したり
した場合、内部応力が接着部分に残留し、これが起因し
て上記剥離等の問題を生じさせると考えられる。そこで
、上記両者の材料として、熱膨張係数が近い材料のもの
をそれぞれ選定してやれば、温度変化による残留応力、
ひいては剥離の問題を解決できることに想到し、本発明
を成したものである。

本発明は、金属板の中央部に圧電素子を貼着してなる圧
電型加速度センサにおいて、上記圧電素子の外面に付加
ｉｔを接着するとともに、該付加質量及び金ｙＡ板を、
上記圧電素子の熱膨張係数と近似した材料のもので形成
したことを特徴としている。

ここで、上記熱膨張係数が近似する材料として、例えば
付加質量、金属板に熱膨張係数が４．２　Ｘｌ０−１の
４２Ｎｉｔ１４を採用し、圧電素子に熱膨張係数が３．
４　Ｘｌ０−”のＰＺＴセラミックスを採用することに
より実現できる。また、本発明は、上記付加質量に圧電
素子と同一のセラミックス材料を採用し、この両者の熱
膨張係数と上記金属板の熱膨張係数とを近（以させても
よい。

〔作用〕

本発明に係る圧電型加速度センサによれば、圧電素子の
外面に付加質量を接着したので、低周波振動領域の検出
感度を向上でき、またこの場合、該付加質量及び金属板
の熱膨張係数と圧電素子の熱膨張係数とを近似させたの
で、接着剤を高温硬化処理する際の温度変化、あるいは
周囲温度の変化が生じても、接着部に内部応力が残留す
ることはなく、付加質量が剥がれるという問題はほとん
ど生じない、従って、付加質量を、十分な強度で、しか
も広い温度範囲に渡って接着を保持できるから、振動等
による損傷も解消できる。その結果、信転性を向上でき
、かつ低周波、低加速度の振動を感度よく検出でき、セ
ンサとしての性能を向上できる。

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による圧電型加速度センサを
示し、図中、第３図及び第４図と同一符号は同−又は相
当部分を示す。

本実施例の圧電ダイヤフラム３は、金属板５の中央部に
、該金属板５を挟んで対向する一対の圧電素子６を接着
固定するとともに、該各圧電素子６の外面に付加質１１
０を接着固定して構成されている。

そして、上記金属板５及び付加質量１０には、熱膨張係
数が４．２　Ｘｌ０−”の４２Ｎｉ鋼が採用されている
。また、上記圧電素子６には、熱膨張係数が３．４　Ｘ
ｌ０−”のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミック
スが採用されている。これにより三者は熱膨張係数の近
似したものが選定されていることとなる。なお、質量の
点からは黄銅、　５ＯＳ３０４等も選択できるわけであ
るが、これらの熱膨張係数は、黄銅、　５１１Ｓ３０４
でそれぞれ２０．３，１７．３　Ｘｌ０−’となり、圧
電素子がＰＺＴセラミックスである場合はこれらは採用
できない。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例の圧電型加速度センサ１は、圧電素子６に機械
ひずみを加えると電位差を発生する圧電現象を利用した
ものであり、付加質量１０を取付けたことから低周波、
低加速度の検出が可能となり、センサとしての性能を向
上でき、自動車等の非常に低い加速度、横揺れ等の検出
器として採用できる。

ここで、圧電素子に付加質量を取り付けて、該付加質量
を質量の点からのみ選定した場合、両者の熱膨張係数の
差が大きくなり易く、高温接着時に接着部分に応力が残
留し、そのため付加質量が剥離し易く信転性に劣るとい
う問題があった。これに対して、本実施例では、付加質
１１０．金属板６の熱膨張係数と圧電素子６の熱膨張係
数とが近いものを選定したので、接着剤の高温硬化後の
常温に戻した時や周囲温度の変化によっても残留応力が
生じることはほとんどなく、付加１ｉｉ１０が剥がれた
り、圧電素子６が損傷したりするという問題を解消でき
る。

第２図は本実施例による圧電型加速度センサ１の直線性
の実験結果を示す特性図であり、この実験によれば、５
Ｈ２，＋ＩＧを中心とした場合で±３．１％以下であっ
た。

また、低周波振動域の感度測定では、０．１〜１０Ｈ２
，±０〜±２Ｇの測定加速度で実験を行ったところ、ｌ
±０．０５Ｖ　／Ｇの感度を得られた。さらに、温度試
験では、保存温度−４０〜＋８０℃の範囲まで耐えられ
るとともに、加速度１００Ｇをかけても、圧電素子は壊
れなかった。

なお、上記実施例では、バイモルフ型加速度センサを例
にとって説明したが、本発明はユニモルフ型加速度セン
サにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る圧電型加速度センサによれ
ば、圧電素子に付加質量を接着するとともに、該付加質
量及び上記金属板の熱膨張係数を上記圧電部素子の熱膨
張係数に近位させたので、付加質量を接着した場合の温
度変化による剥離等の問題を解消できるとともに、低周
波、低加速度振動の検出を度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による圧電型加速度センサの
圧電ダイヤフラムを示し、第１図ｆａ＋はその側面図、
第１図（ｂｌはその平面図、第２図は本実施例の圧電加
速度センサの直線性を示す特性図、第３図は従来の圧電
型加速度センサを示す一部断面図、第４図（ａｌ及び（
ｂｌはそれぞれその平面図、側面図である。 図において、１は圧電型加速度センサ、５は金属板、５
ａは金属板の外縁、６は圧電素子、１０は付加質量であ
る。 特許出願人　　株式会社　村田製作所 代理人　　　　弁理士　下　市　　努 第１図 第２図 Ｇ→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）外周縁が支持された金属板の中央部に圧電素子
   を貼着してなる圧電型加速度センサにおいて、上記圧電
   素子の外面に付加質量を接着するとともに、該付加質量
   及び上記金属板の熱膨張係数を上記圧電素子の熱膨張係
   数に近似させたことを特徴とする圧電型加速度センサ。