JPH0257252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、振動物体における弾性振動を検出す
るのに適した振動センサ、特に所定の周波数につ
いて検出感度の優れた共振型振動センサと非共振
で用いられる加速度センサに関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、振動物体における弾性振動を検出するセ
ンサとして、振動物体の固有振動数に共振周波数
を合わせ特定周波数のみを検出する共振型あるい
は所定周波数領域の振動成分を検出する非共振
型、特に感度向上をはかつた、屈曲振動モードの
片持ち梁型構造である矩形状貼り合わせ圧電振動
子や、円板の面たわみモードを利用した周辺支持
固定の円板状貼り合わせ圧電振動子が広く知られ
ている。矩形あるいは円板状素子は、その形状が
単純で作製し易いが、共振周波数を安定化するた
めには、圧電振動子の固定条件を安定化しなけれ
ばならない。実際には、金属等からなる固定部材
で支持固定されるが、機械的にあるいは温度変化
等の要因により発生する応用により支持固定して
いる部分にずれが生じ、安定な固定条件を得るこ
とが難しい。また、製造工程においても、部品の
寸法誤差あるいは組立誤差によつて所定の共振周
波数にバラツキを生じ、周波数調整が必要とな
る。そのため、矩形状貼り合わせ圧電振動子の場
合には、振動部分の長さを切削、研摩などの方法
により適宜調整することが行なわれている。ま
た、円板状貼り合わせ圧電振動子の場合には、固
定部材を交換するなどの方法によつて調整しなけ
ればならない。このように、いずれの圧電振動子
についても、その共振周波数の調整は複雑で相当
面倒なことである。さらに、圧電振動子の厚さ方
向の振動検出ということから屈曲振動モード振動
子は二枚の圧電素子を貼り合わせた構造となり接
着工程を必要とし、厚さ方向に垂直な振動に対し
ては検出できなかつた。

発明の目的 本発明は、従来の振動センサが有していた欠点
を解決せんとするものであり、振動物体において
安定に屈曲振動子の厚さ方向に垂直な弾性振動を
検出することができ、かつ量産性に富んだ振動セ
ンサを提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、周辺を固定された厚さ方向に分極軸
を有する板状圧電素子中に、矩形状の屈曲振動モ
ード振動子を形成し、上下面電極を長手方向に沿
つて真中でそれぞれ２分させ出力信号取出し用電
極とすることによつて、上記目的を実現したもの
である。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を用いて説
明する。

第１図は、本発明にかかる振動センサの振動検
出部分を示した分解斜視図である。厚さ方向に分
極軸を有する円板状圧電素子１に、レーザ加工等
によつて“コ”の字状スリツト２を形成し、スリ
ツト２で囲まれた部分は、圧電素子１の周辺は固
定部材４，４′で固定すると片持ち梁型構造の屈
曲振動モード振動子３となる。

第２図は、前記屈曲振動モード振動子３を局在
させている圧電素子１を示したもので、同図ａは
上面図、同図ｂは縦断面図である。前記圧電素子
１の厚さ方向に振動が加われば、屈曲振動モード
振動子３は厚さ方向に屈曲振動を起こし、前記屈
曲振動モード振動子３の幅方向に振動が加わる
と、幅方向での屈曲振動が誘起される。屈曲振動
モード振動子３の電極は、振動子の長手方向に真
中で２分されている形状で、上面が３ａ，３ｂ、
底面で３a′，３b′である。同図ｂに示すように、
電極３ａと３b′、電極３a′，３ｂを接続し、それ
ぞれ出力取出し用端子５，６としている。したが
つて、屈曲振動モード振動子３の厚さ方向の振動
に対しては、電極３ａ，３a′，３ｂ，３b′には同
一極性電荷が発生し、端子５，６には電位差が生
じないため信号が取り出せないが、屈曲振動モー
ド振動子３の幅方向の振動に対しては、電極３
ａ，３b′には同一極性電荷、電極３a′，３ｂにも
３ａ，３b′と異なつた極性の電荷が発生するの
で、端子５，６には電位差が生じ、振動に対する
信号を取り出すことができる。また、電極３ａ，
３ｂには異なつた極性の電荷が発生することか
ら、電極３ａ，３ｂを出力信号取出し用電極とす
ることもできる。同様に電極３a′−３b′間、３ａ
−３a′間、３ｂ−３b′間にも互いに異なつた極性
の電荷が発生することからそれぞれ出力信号取出
し用電極とすることができる。

屈曲振動モード振動子３の幅方向振動に対する
共振周波数は、振動子の長さｌ、厚さＴ、幅Ｗと
すれば、Ｔ≫Ｗと考えられる形状においてはＷ／
l²に比例して定まるので、所定の周波数に設定で
きる。

以上述べてきたように本実施例の特徴は、圧電
素子中に、屈曲振動モードの振動子を局在させて
いるため圧電素子全体で屈曲振動モード振動子を
支持している構造であり、圧電素子の周辺を固定
している固定部材のしめ付けに変化が生じても屈
曲振動モード振動子の共振周波数変化は少なく安
定である。したがつて取り付け時においても、固
定部材の取付け位置を厳密に定める必要がなく、
組立てが簡単である。また、圧電素子中に屈曲振
動モード振動子を局在させているため、従来の片
持ち梁型屈曲振動子のような凸部を有せず、取扱
い不注意による素子の破損を防止できる。さらに
屈曲振動モード振動子の共振周波数調整は、レー
ザ加工機等による振動部のトリミングで簡単に行
なえ、量産性に富んでいる。さらに大きな特徴
は、従来では実現できなかつた圧電素子の厚さ方
向に垂直な振動を検出できることであり、かつ単
板の圧電素子を用いるため貼り合わせ工程を必要
としない点である。

第３図は、前述の屈曲振動モード振動子を局在
させている圧電素子を用いた振動センサの一実施
例を示したもので、同図ａは構成部品斜視図で同
図ｂは縦断面図である。同図において、７は圧電
素子の片側固定部材を兼ねた筐体でネジ部８によ
つて振動物体に取り付けられる。４は他方の固定
部材で、締め付け部材９によつて圧電素子１の周
辺を締め付け、固定を行なつている。１０は屈曲
振動モード振動子３の上下面電極を結ぶリード線
１１を通す貫通穴で、１２は信号を取り出すリー
ド線で、一端子を筐体と共通にすることによつて
リード線１２は一端子分で済ませることができ
る。

第４図は、本発明による他の一実施例を示し、
同図ａは、上面図、同図ｂは、同図ａのAA′面に
おける縦断面図である。これは、厚さ方向に垂直
な振動を検出する２つの前記屈曲振動モード振動
子３，３′を互いに直角になるように、圧電素子
中に局在させたものである。この構造により、厚
さ方向に垂直な振動を、全方向にわたつて検知す
ることができる。前記屈曲振動子３，３′が互い
に垂直でなくても、角度を規定すれば、同様に全
方向の振動を検知できることは当然のことであ
る。

第５図は屈曲振動モード振動子の出力信号を処
理する処理回路をセンサ内部に設けた場合の一実
施例を示し、１４が処理回路を構成しているプリ
ント基板である。処理回路は、電荷増幅器、電圧
増幅器、フイルタ回路等用途に応じた最適回路が
選ばれて構成される。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は厚さ
方向に分極軸を有する圧電素子中に屈曲振動モー
ド振動子を局在させているため、その周辺固定条
件が従来の片持ち梁型屈曲振動子の固定条件に比
べより確実に満足させられ、屈曲振動モード振動
子の共振周波数が安定となり、圧電素子の厚さ方
向に垂直な振動を検出できるという大きな特徴を
有している。さらに、従来の屈曲振動子のような
貼り合わせ構造をとらないため組立てが簡単で量
産性に富んだものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の振動センサの振動
検出部分の分解斜視図、第２図ａは屈曲振動モー
ド振動子を局在させた圧電素子の上面図、同図ｂ
は縦断面図、第３図ａは前記実施例を示す構成部
品の分解斜視図、同図ｂは縦断面図、第４図ａは
本発明による他の実施例の圧電素子上面図、同図
ｂは縦断面図、第５図は処理回路を内部に設けた
本発明による振動センサの一実施例を示した縦断
面図である。 １……円板状圧電素子、２……スリツト、３，
３′……屈曲振動モード振動子、３ａ，３a′，３
a″，３ｂ，３b′，３b″……電極、４，４′……固
定部材、７……筐体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚さ方向に分極軸を有する板状圧電素子と、
   前記圧電素子の周辺を固定する固定部材と、前記
   圧電素子の中心近傍に切抜きを設けることにより
   形成された矩形状の屈曲振動モード振動子と、前
   記矩形状屈曲振動子の両面には形成された上下面
   電極を有し、前記上下面電極は長手方向に沿つて
   ２分されて成り、かつ、前記矩形状屈曲振動子の
   厚さ方向に垂直な振動を検出するように構成して
   なる振動センサ。 ２ 上下面電極を、反対面の対角方向の電極と結
   線し、出力信号取出し用電極として構成した特許
   請求の範囲第１項記載の振動センサ。 ３ 上下面電極の一方を出力信号取出し用電極と
   した特許請求の範囲第１項記載の振動センサ。 ４ 矩形状屈曲振動子を、圧電素子の中心近傍に
   複数個形成した特許請求の範囲第１項記載の振動
   センサ。