JPH01285863A - 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−１−の利用性りｌＩ−Ｉｌｌ この発明は、高感度の圧電型加速度センサに関ケるもの
である。

［従来の技術］ 物理量である加速度の検出は、 Ｆゴｍ’α （Ｆ　力、ｍ質量、α、加速度） の法１１１ｊに従い、加えられた力に応じて求められる
。

この力という機械量を電気量に変換する方式としては、
圧電型、サーボ型、歪ケージ型等があるが、この中で加
速度センサに用いられるものとして現在最も普及してい
るのが圧電型である。

圧電型加速度センサは、検知部に備えられた圧電素子に
外力が加わって歪を受けると、この力の大きさに比例し
た電気量を発生する圧電効果を・利用しｊ、−もので、
例えば剛性の大きな材料からなる円彩の振動板上に高分
子汗電体等からなる圧電体層を五ニ成し、この１Ｆ電体
層自身が慣性質量となり、振動１−５で歪を発生さＵ、
圧電体により電気量に変換する圧Ｔｉｉ素子からなる検
知部を４ｔ４゛るちのが既に実用化δれでいる。

「発明が解決しようとする課題　） しかしながらＬ記のような圧電型加速度センサを小型化
１ろと、振動板の質量が小さくなるとともに、振動板が
振動する際の部間距離が小さくなるために振動板の断面
二次モーメントが大きくなるので、加速度によって生し
る振動板の歪が小さく出力が弱くなり、検知部の感度が
低下するという不都合があった。

この発明は１．記課題に鑑りてなされたもので、高感度
で加速度を検知することのできるような小型のＩＥ　Ｔ
’［型加速度センサを提供することを目的と１７でいる
。

［課題を解決するための手段］ この発明の請求項１記載の原電型加速度センサは、その
振動板圭たは１ｆｔ体層上全面に、質量４・ｊＩＪＩＩ
　Ｒを設（（、この質量付加層と圧電体層の剛性の和が
、振動体の剛性の１／１０未満であることを解決１段と
し、請求項２記載の■電型加速度センサは振動板または
圧電体層上に、球状粉体を点接着してｔ」゛る質量付加
層設置Ｆたことを解決１段と１−た。

［イ′ｌ用１ 請求項１記載の圧電型加速度センサは振動板またはＬＴ
′屯体層才、全面に質量付加層を設：Ｉカニのて、１（
：電累子の慣ｔ］質量が増加し、振動するので微量の力
によ−）でも歪が生しやすくなり、高感度でｊ。

速度の測定を行うことかできる。

また請求項２記載のＩＩＥ電型加速度センサは、振動板
または圧電体層上に、Ｉｊ、いに独立して接触するごと
がないように点接着された球状粉体によって質ＱＨ−１
加層を構成計るので、振動板が振動して歪を生じる際に
も、球状粉体間には相互作用が生じろかごとなく、振動
板自身が打する周波数特ｔＩを変化きりないので、広い
測定範囲に亙り、高感度の加速度測定を行うことができ
る。

以−ト、二の発明を実施例に沿−・て詳しく説明４゛ろ
、 実施例］ （実施例１） 第１図はこの発明の請求項第１項記載の圧電型加速度セ
ンサ１の検知部２の一実施例を示したものである。この
圧電型加速度センサ１の検知部２は、円板状に形成され
た振動板３と、この振動板３１１に接着剤によって貼り
合わされることにより振動板３に一体的に固着された圧
電体層４と、このｒＥ電体層４」二に設けられた質量付
加層５とによりｌＴ：電累子６を構成し、この圧電素子
６の周縁部を円環状の固定枠７で挾んでなるものである
。

この振動体ｌは、剛性率とヤング率が共に高く、かつ耐
衝撃性に富む材料によって形成されており、この材料と
しては主に鉄、銅、ニッケル等の単一金属、あるいは黄
銅、ステンレス鋼等の合金からなる金属材料のほか、ガ
ラス繊維あるいはカーホン繊ｔＩ４等とブラスチンＰ７
との複合材料を用いることがで、）る１、 この振動板３−１．に接着された圧電体層４は、振動板
３に加えられた力Ｆによ−・て歪を生じると、その歪の
大島さに比例１−た電気量を発ノ１４゛る圧電効果を角
ｉる高分子圧電フィルムからなり、その（（ｔｌとして
はポリフッ化ビニル、ポリフッ化ヒニリデノ（Ｐ　Ｖ　
Ｉ）　Ｆ）、ポリ塩化ビニル、ナイロン１１、ポリカー
ボネート、ポリ（ｍ−）、ｒニレンイソフタルアミト）
フッ化ヒニリデンー四フッ化エチレン共重合体、フッ化
ビニリデン−フッ化ビニル１（重合体、−７ソ化ヒニリ
デン−三フッ化エチレン共重合体、シアン化ビニリデン
−酢酸ビニル共重合体、あるいはこれら２種以上の混合
物、これらと他の熱可塑性樹脂との混合物が好適である
。またこの他に、Ｐ　ｂ（７，ｒ、Ｔ　ｉ）Ｏ、、Ｔ’
　ｂＴ　ｉ　Ｏ３、（Ｉ’ｂ。

Ｌ　ａ’ｌ（７，ｒ、Ｔ　ｉ）Ｏｖ、ＢａＴｉＯ３、Ｈ
ａ（Ｚ　ｒ、Ｔ　ｉ）０３、（Ｉ（ａ、　Ｓ　ｒ’）Ｔ
　ｉｏ　３等の無機圧電材料の微粉末を熱可塑性樹脂や
熱硬化性樹脂等の高分子材料中に分散さＵ−たらのを用
いてち」−い。さらにこの圧電体層４は、」、記高分子
圧電フィルムから発４１された電気量を取り出４゛ため
の図示しない電極により、被覆されている。

質量Ｉｌ：ｊｊ＋ｎ層５は、圧電素子６の慣性質量を増
）Ｊ［］さ４！ろカー、ゾ）にＩ′電体層１＋に■３成
されたちので、ｉｉ電体ｑ　、、ｉ　、Ｌ　Ｃノ質＠ｆ
＝１加層５　（７）　ＩＱＩＩ　ｔ’、ｔ　Ｉ／）　ｌ
］　カー１−、記１１４、動板３の剛ｔｅｌのｌ／ｌ（
ｌ上溝であり、かつ高密１υをｆｊ、４ろ材料１よ多）
構成さイ１．−１：　ｌ　する１、５−の質早付Ｉｊｉ
ｌ　Ｗｊ　５　社（’＋：　Ｔｉ体層４　Ｌ＋）（ｉ：
ｌ：ｉ　ｐし・′）和が振動板３ノｌｉ′ｌ１１セ１、
＋）ｌ　、／Ｉ　０以上となると、１−［電素了６に加
えられろ力ｔ”に上る振動板、３の歪が小さぐなるばか
りでハ゛く、圧電素子６の周波数特性および温度特性か
低ト４ろのて好ましくない。この質量イ・１加層５：」
、−１２妃のよ一′）な祠料を’Ａまたは膜状にして接
着剤に、１　パこ圧電体層４上に張ζ）（τ１１（るほ
か、上記条件を謁へオ祠卜Ｉの粉末を、熱ｉ＋Ｊ塑性樹
脂まノコは熱硬化性樹脂等の高分子＋（１中に分散さ且
、塗布（２−こ旧成帽ることがで１！！ろ、。

そして上記構成１こよる検短１部２は、第２図に示Ａ４
Ｌ’＋に、導電性を白゛４−ろシールドケース８内に収
納さイ］ている５、またｌ（：、電体層４表面に形成さ
れツユ電極には、振動板３か振動−４−ろことによって
発−４る信すを取り出すための図示且ぬ・端子が取り付
＋＋　；＋れでおり、ごの端子から得らｈた出力信号（
Ｊｌ（ノビ−ダンス変換回路９を介し２て測定さフイ１
ろ。

こ（−）検知部２の端子とインピーダンス変換回路９Ｌ
、　ＩＪ：　　λｒ−プル１０によって接続され、＋ｉ
ｉｉ記ンールＩ・ケース８はアースされて、１この発明
の圧電型ｌＪｏ連；ｙセン４Ｊｌが構成されている。。

上だ第１図に示１．たｉＥ電素了６は、振動板３１にｎ
：　ｌｌｉ体層４を形成１−１みらにこのｌ］゛電体層
４十に質量付加層５を形成！、てなるしのであるが、こ
の発明のＦＥＴＭ型加速型上速度センサ１部２に用いら
れろＴ電累了〔１の各構成部材の積層順序は、この例に
眼られるちのではなく、振動板３１−に質量付加層５を
形成ｊ７ても良い５、さらにこの例では、振動＋＋ｔ：
　３の膜状は円盤状であるが、ｒｒｉｉ素子６の（・と
用Ｌｊ的に応じて、振動板３の中心に同心円状の孔を設
（Ｊた、１・−ナツツ状の振動板３を使用するこ、１＝
もてきる。

（′１ミ施例２） 第３図は、この発明の請求項第２項に記載され１、［１
電型加速度センサ１の検出部２の一実施例を小１〜ノー
らので、第１図に下１．た請求項第１項記載の検出部２
とＷなるところは、質量付加層５の構１ｈである３、第
１３図に示１．たものは振動板３−１−にＩ＋。

主体層４を耳つ成し、この圧電体層４上に密度の大きな
球状粉体５ａ・を接着剤により点接着ｌ、て圧電素子６
を構成している。この球状粉体５ａ　が［（−電体層、
１−Ｖに点接６されずに、互いに接触するように接着さ
イ］ていると、振動板３の振動が小さくなり、高感度で
加速度を測定することができなくなるので好ましくない
。この質量付加層５を構成する球状粉体５ａ　には、銀
、鉛等の密度の人鼻な金属や合金の粉末またはカラスビ
ーズ等の真球度の高いらのを使用するのが好ま１．い。

このようにｌＩ：電体層５を、振動板３Ｇシ、＜は圧電
体層４上に点接着された球状粉体５ａ　によって構成す
ると、点接着された球状粉体５ａ・・はそれぞれ独ｖｒ
−ｂでいるので、振動板３が振動して歪を生じる際にも
互いに接触４゛ることかなく、球状粉体５ａ　間に相７
−４Ｈ作用が生じないので、振動板３自身か有する周波
数特性を変化させることがなく、広い測定範囲に亙って
高感度で加速度の測定を行う、二とかできろ。

またこの実施例２では球状粉体５ａ　を圧電体層・１１
−に接着１．たが、この発明の圧電型加速度センサにあ
っては、この例に限らず振動板３］二に球状粉体５ａ・
を点接着してし良い。

［実験例］ （実験例１） 振動板ヒして）１１さ３５μｍの銅箔を直径１０ｍｍで
中心部に同心的に直径６ｍｍの孔か形成占れたト−ナ５
ノツ状の円板を用意（７、この振動板１−に厚さ３０μ
ｍのポリフッ化ヒニリデンからなるＩＥ？Ｈ体層を杉成
し、この圧電体層［−にさらに厚さ１５μｍの鉛Ｘ］か
らなる質量付加層を接着して圧？ｌＸｌＸ金子成１２、
この圧電素子を使用１．て圧電型加速度センサを製造１
．て、実験例１とした１、（実験例２） 質量付加層を、直径２０　Ｉｔ　ｍの銀粉を８０重量り
ｂ含（」、！’ろ上ボギノＩ′ｐ粕を：（ＯＩｔ　ｍ塗
４ｉ　１．て構成部ろ以ｎは、実験例１と全く同様にし
て圧電型加速度センサを製造；２て実験例１２とした６
、（実験例：３） 質量付加層を、エボギン樹脂を１０７１ｍの厚ざで塗布
し、この上に粒径０　、　Ｉ　ｉｎの鉛の球状粉体を互
いに接しないように点接着して形成した以外は、実験例
１と全く同様にして圧電型加速度センサを製造して実験
例３とした。

（比較例４） ’ｉ’ｔ　！ｔ　（；Ｉ上層を形成しない以外は全く実
験例１と同様にして圧電型加速度センサを製造（７て比
較例４とし〕こ。

（比較例５） 質量付加層をすさ１０μｍの銅箔とした以外は、実験例
１と全く同様にして圧電型加速度センサを製造して比較
例５と１．た。

上記実験例１ないし比較例５の各圧電型加速度センサに
ついて、■比較例４を基準と１７た際の各圧電素子の質
量増加の割合、■質量（：ｊ上層と圧電体層の剛性の和
と振動体の剛性の比、■ｌ　００　ＩＩｚ、ＩＧ（Ｇ　
　重力加速度）で各圧電型加速度センサを励振さ且、比
較例４を基準とした時の出力比、をそれぞれ測定した。

っごの結果を第１表に示−４゛３、第１表 この測定結果より、実験例１ないし実験例３の乙のは、
いずれらｔＨ（電気量に質量付加層を設（またらのであ
るので、質＊（−Ｊ上層を設ｉＪ′なかった比較例・１
と比・＼て圧電型加速度センサの出力比が増加１２、高
感度の測定かでさることかＩ’ｌｌった。土た比較例５
ち実験例１ないし７３と同様に圧電素子に質呈仁１’　
１１１１層を設けたちのであるが、比較例５にあ−・て
は、質…（Ｊ上層と１電体層の剛ヤ１の和が、振■Ｊ仮
コ２−）剛１ソ１のｌ／ＩＱ以−１であり、この質量付
加層か振動板の振動、十を起こりに＜＜シているため、
出力比か減少した。

また、実験例３と比較例４の各原電型加速度せンザをｉ
ｃで、周波数をｌＯ〜１０００）ｌｚに変化させてその
出力を測定し、周波数特性を調へたところ、質量付加層
を設置Ｊ′た実験例３も質量付加層を設けない比較例４
と同様の、良好な周波数特性を示１−１広い測定範囲に
亙って高感度の加速度測定か行えることが判明した。

［発明の効果１ 以４−説明したように、この発明の請求項１紀載の圧電
型加速度センサは、振動板に高分子１’ｉ：、１ｉフイ
ル１８からなる圧電体層を設けてなる圧電素子を有し、
この圧電素子の歪に伴って発生する電気量から加速度を
検出する圧電型加速度センサてあって、上記振動板また
は圧電体層ｌユ全面に、質量付加層を設（１、この質弔
付ｍ＋屓と一ヒ記圧電体層の剛性の和が、上記振動体の
剛性の１／１０未満であるものであり、請求項２紀載の
圧電型力Ｌ１１層センサは振動板−ｔたは圧電体層りに
、球状粉体を点接着ｊ２てなる質量付加層設置またもの
であるので、これら質量付；ｊ［１層によ−・て振動板
自身の質量が増加し、微少の勾によっても、振動板が振
動（、て、歪を生し、この歪を電気機として取り出し、
検出で、きるので、加速度を高感度で測定１ろことかで
きる。

さらにこの発明のＩＴ電型加速度センサを小型化しても
、質量付加層か設：」られでいるので、振動板の振動が
起きやすくなり、高感度の加速度測定を行うことができ
ろ。

ま〕こ請求項２記戦の圧電型加速度センサにあ−、では
、振動板または圧電体層−１，に球状粉体を点接着して
なる質全付ＩＪＩＩ層を設けたものであり、点接着され
た球状粉体はそれぞれ独ｑしているので、振動板か振動
して歪を生じる際にも互いに接触することがなく、球状
粉体間に相り１作用が生じないので、振動板自身が有す
る周波数特性を変化ざＵろことかなく、広い測定範囲に
可−）で高感度で加速度の測定を行・）ことができる。

＝ｉ、ｌ’ｌ而ノＩ！ｈ面’ｌ’な説明第１図はこの発
明の請求項第１項記載の圧電型加速度センサ′の圧電素
ｒの一実施例を示Ａ−概略断面図、第２図は二の発明の
Ｌ［電型加速度センサの一実施例を示４゛概略構成閲、
第：３図はこの発明の１ｉ１’ｌ求ｆ〔↓第、２項記載
の圧電型加速度セッサの圧電累Ｉ′・′ハ　′Ｖ；熊例
を示゛４贋略断面図である。

１１（−電型加速度セン吃）、 ３　振動板、 ・１　；１重体層、 ５　　　質　屯イ＝１　＋用層、 ５３　球状粉体、 ６−Ｈニアｕ＃Ｉご−。

出願入　俸含電線株式会参（

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動板に高分子圧電フィルムからなる圧電体層を
   設けてなる圧電素子を有し、この圧電素子の歪に伴って
   発生する電気量から加速度を検出する圧電型加速度セン
   サであって、上記振動板または圧電体層上全面に、質量
   付加層を設け、この質量付加層と上記圧電体層の剛性の
   和が、上記振動体の剛性の１／１０未満であることを特
   徴とする圧電型加速度センサ
2. （２）振動板に高分子圧電フィルムからなる圧電体層を
   設けてなる圧電素子を有し、この圧電素子の歪に伴って
   発生する電気量から加速度を検出する圧電型加速度セン
   サであって、上記振動板または圧電体層上に、球状粉体
   を点接着してなる質量付加層設けたことを特徴とする圧
   電型加速度センサ