JPH0274869A

JPH0274869A - 圧力型力学量センサ

Info

Publication number: JPH0274869A
Application number: JP22480888A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 博小林; Masaru Goto; 優後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Kanto Seiki Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1990-03-14

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば自動車等に用いられて加速度、圧力
又は振動等の力学量を検出する圧電型力学量センサに関
するものである。

（従来の技術）従来の圧電型力学量センサとしては、例えば特開昭６１
−２５９１７５号公報に開示されているの電圧が内蔵の
電子回路等により適宜に増幅されて、外部にその力学量
に対応した電圧信号が取出される。

（発明が解決しようとする課題）上述の圧電型力学量センサにおける圧電ダイヤフラムは
、検出部としての基本的な構成を有しているものである
が、自動車用等の圧電型力学量センサに代表されるよう
に、圧電型力学量センサは、圧電ダイヤフラムに長期に
亘って連続的に負荷が加わる用途に使用されることが多
い。このため、圧電型力学量センサは、圧電ダイヤフラ
ムにおける圧電素子部分の表面に曲げ応力が集中するこ
とがなく耐久性の大なるものが求められる。

この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、圧電
ダイヤフラムにおける圧電素子部分の表面に曲げ応力が
集中することがなく、耐久性を大幅に向上させることの
できる圧電型力学量センサを提供することを目的とする
。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）この発明は上記課題を解決するために、円形の金属薄板
の少なくとも周辺部を除いた部分に円形薄板状の圧電素
子を形成して圧電ダイヤプラムとし、該圧電ダイヤフラ
ムの周辺部を支持した構造を有する圧電型力学量センサ
において、前記圧電素子の径を前記金属薄板の径の６０
％以上で９０％以下の長さに形成し８てなることを要旨
とする。

（作用）上記構成により、金属薄板に対する圧電素子の最適な組
合せ形状か得られ、圧電ダイヤフラムにおける圧電素子
の表面に曲げ応力の集中することがなくなって、圧電型
力学量センサの耐久性が大幅に向上する。

（実施例）以下、この発明の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

まず、圧電型力学量センサの構成を説明すると、第１図
中、１は筐体であり、筐体］は、上半部１ａと下半部１
ｂとが超音波溶着法により溶着されて密閉構造に形成さ
れている。１０は圧電ダイヤフラムであり、圧電ダイヤ
フラム１０は、第２図に示すように、分極処理が施され
その表面に図示省略の薄膜電極が形成されたＰＺＴ　（
チタン酸ジルコン酸鉛）系材料等からなる２個の円形薄
板状の圧電素子２．３が、円形の金属薄板４の両面に接
着剤で接着されてバイモルフ構造に構成されている。

金属薄板４の材質は、圧電素子２．３の構成材質が持つ
線膨脹係数に近い線膨脹係数を持つ４２Ｎｉ−Ｆｅ合金
等が用いられ、この圧電素子２．３及び金属薄板４の各
厚みは、必要な検出感度と機械的強度を実現するため、
約１００μｍ程度にされている。

そして、圧電ダイヤフラム１０の耐久性向上のため、圧
電素子２．３の直径すは、金属薄板４の直径ａの６０％
から９０％の長さに規定されている。

また、上述のように構成された圧電ダイヤフラム１０の
中央部両面には、円柱状の付加質量体５が接着剤で固着
されている。付加質量体５は、金属薄板４と同様の材質
で作製されている。このようにこの実施例の検出部は、
感度向上の目的で付加質量体５付きの圧電ダイヤフラム
１０構造とされている。

そして、圧電ダイヤフラム１０周辺の金属薄板４の露出
部の部分に弾性材からなる環状の支持部材７が取付けら
れ、この支持部材７が筐体１における上半部１ａと下半
部１ｂの間に挟み込まれるようにして付加質量体５付き
の圧電ダイヤフラム１０がその筐体１内に装着されてい
る。また、筐体ｌには、検出信号処理用の電子回路８が
内装され、圧電ダイヤフラム１０からのリード線９　ａ
　％９ｂが、この電子回路８に接続されている。電子回
路８からは、外部リード線１１が外部に導出され、その
導出部は封止部材１２で封止されている。

１３はボッティング材である。

次に、上述のように構成された圧電型力学量センサの作
用を説明する。

検出部を付加質量体５付きの圧電ダイヤフラム１０とす
ることにより、前記従来例に比べて、同一大きさの加速
度等の力学量入力が与えられた場合の圧電素子２．３部
分に作用する応力が大となってより高い検出出力が得ら
れ、検出感度が向上する。

そして、このような力学量検出の実用時において、圧電
素子２．３の直径すが金属薄板４の直径ａに対し、所定
の値に規定されていることにより、圧電素子２．３表面
への曲げ応力の集中が防止されて耐久性の大幅な向上が
得られる。これを、第３図を用いて、さらに具体的に説
明する。

第３図は、金属薄板４の直径ａを２５ｍｍφで一定とし
、圧電素子２．３の直径すを、次の３通りとした圧電ダ
イヤフラムＡ、Ｂ、Ｃをそれぞれ備えた圧電型力学量セ
ンサにおいて、圧電ダイヤフラム１０面の垂直方向に±
３Ｇに相当する加速度を人力させたときの圧電素子２．
３表面及び金属薄板４表面に作用する応力特性を実験的
に求めたものである。なお、付加質量体５は、２個で６
ｇのものが取付けられている。

Ａ：ｂ−２０ｍｍφ、ｂ／ａ−０，８Ｂ：”＝１４ｍｍ　φ、　　　ｌｌ　　−０，５６Ｃ：
”＝１０ｍｍ　φ、　　　〃　　−０，４上記第３図の
特性から、（ｂ／ａ）の比率が６０％以下のものでは、
圧電素子２、゛３表面に作用する応力に極大値が生じて
いる。即ち、Ｂタイプのものでは、圧電ダイヤフラム１
０の中心から約７．５ｍｍの位置に極大値が生じ、また
、Ｃタイプのものでは約６ｍｍの位置に極大値が生じて
いる。これに対し、Ａタイプのものでは極大値は生じて
いない。そして、上記のように、圧電素子２．３の表面
に応力集中が生じると、圧電素子２．３は曲げ応力に弱
い圧電セラミックス材質で作製されているので、耐久性
が劣化してしまうことになる。

このため、検出感度からも耐久性向上の点からも、圧電
ダイヤフラム１０は、Ａタイプのものが最もよい。

（ｂ／ａ）の比率の上、下限値は、組付は性等の実用上
の面の考慮から９０％以下が望ましく、また、上述の特
性の結果から６０％以上とするのがよい。なお、上記比
率を１００％とすると金属薄板の周辺部支持点に必ず応
力の極大点が生じて圧電素子の耐久性の上から好ましく
ない。

なお、上述の実施例では、圧電ダイヤフラムをバイモル
フ構造としたが、この発明は、ユニモルフ構造のものに
も適用することができる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、圧電ダイヤフ
ラムにおける圧電素子の径を金属薄板の径の６０％以上
で９０％以下の長さに形成したので、金属薄板に対する
圧電素子の最適な組合せ形状が得られて、圧電ダイヤフ
ラムにおける圧電素子の表面に曲げ応力の集中すること
が防止される。

したがって、自動車用等のように、圧電ダイヤフラムに
長期に亘って連続的に負荷が加わる用途に使用されても
、耐久性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明に係る圧電型力学量セン
サの実施例を示すもので、第１図は筐体を破断して示す
構成図、第２図は圧電ダイヤフラム部分の拡大側面図、
第３図は金属薄板の径に対する圧電素子の径の割合を変
えたときの圧電ダイヤフラム表面の応力特性を示す特性
図である。２．３：圧電素子、　　　４：金属薄板。１０：圧電ダイヤフラム。代理人　　弁理士　　三　好　　保　男第３図

Claims

【特許請求の範囲】

　円形の金属薄板の少なくとも周辺部を除いた部分に円
形薄板状の圧電素子を形成して圧電ダイヤフラムとし、
該圧電ダイヤフラムの周辺部を支持した構造を有する圧
電型力学量センサにおいて、前記圧電素子の径を前記金
属薄板の径の６０％以上で９０％以下の長さに形成して
なることを特徴とする圧電型力学量センサ。