JPH03287075A - 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】 １産業上の利用分野」 この発明は、圧電型加速度センサに関し、出力を低下さ
せることなく焦電出力を低減せしめたものである。

「従来の技術」 第１１図は、膜状圧電体を用いた圧電型加速度センサ（
以下、センサという）の基本的な構造を示すしのてあっ
て、このセンサは、膜状圧電体１の両面に電極２．２を
形成し、一方の電極２を台座３上に固着し、他方の電極
２上に荷重体４を搭載して構成さＣ５ている。

しかし、このような構造では、周囲温度の変動に伴って
大きな焦電出力が発生してしまう。

第１２図は、これを改善したタイプのセンサであり、こ
のセンサは、荷重体４を搭載する上側の電極を、中心電
極５と周囲電極６とに分割し、中心電極５上に荷重体４
を搭載して構成されている。

このセンサの出力は、中心電極５と周囲電極６から取り
出される。また第１３図は、第１２図に示ずセンサの等
価モデルである。このセンサでは、周囲温度か変動する
と、出力の取り出される２つの電極５．６および接続さ
れた２つの電極２．２ではそれぞれ同一の電荷が発生す
るので、出力としてはカウントされない。このセンサが
運動した場合は、荷重体か搭載された側のみで出力が発
生し、もう一方の側は単なるコンデンサとして働くので
、正常に出力を取り出すことができる。

しかしながら、このタイプのセンサでは、分割した電極
５．６の一方（中心電極５）にのみ荷重体４が搭載され
ているため、モデルにより示した２つの圧電体部分１　
ａ、　Ｉ　ｂに対する周囲温度の影響が生じ、焦電出力
を十分低減させることができなかった。

「発明が解決しようとする課題」 よって、この発明における課題は、高い出力か得られる
とともに、周囲温度の変化に伴う焦電出力の発生を低減
でき、この焦電出力をノイズとしたＳ／Ｎ比を向上させ
ることのできる圧電型加速度センサを提供することにあ
る。

「課題を解決するための手段」 かかる課題は、膜状圧電体の両面に設けられた電極の内
、一方の面側の電極上に第１の荷重体を固着し、他方の
面側の電極を複数の分割電極に分割し、一方の分割電極
を、台座に固定された支持体に固定し、他方の分割電極
に、台座および支持体と接触させずに第２の荷重体を固
定した構造とすることて解決される。

１作用づ このようなセンサては、上記の構成としたことにより、
加速度を受けた時に、一方の分割ＴＬ極に接する圧電体
部分と他方の分割電極に接する圧電体部分とにそれぞれ
異なる方向の力を受け、これにより２つの圧電体部分で
異なる電荷が発生し、運動による出力を電圧て取り出す
と出力電圧は２つの圧電体部分て生じる電圧の和として
取り出される。さらに、このセンサでは、一方の分割電
極に支持体が固定され、他方の分割電極に第２の荷重体
が固定されていることから、従来のセンサに比へ、周囲
温度の影響の不均一性が緩和される。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の圧電型加速度センサの一例を示す
ものである。このセンサは、膜状圧電体１１の両面に形
成された電極１２．１３の内、方の面側（上面側）の電
極１２に、慣性質！部として作用する剛体からなる第１
の荷重体を固着し、他ノｊの面側（下面側）の電極１３
を、中心電極１５と周囲電極１６とに分割し、中心電極
１５に、台座１７に固定さｔ、た支ｒｉ１８を固着し、
周囲電極Ｉ６に、台座＋７および支持体１８と接触しな
いように第２の荷重体１９を固定した構成になっている
。

膜状圧電体１１は、ＰＶＤＦなどの圧電性を打電る材料
からなる厚さ１０〜３００μｍのフィルム状のものであ
って、その厚さが十分に均一でかつ全体が十分に均質な
ものが用いられる。また電極１２．１３は、膜状圧電体
１１の両面にアルミニウムなどの金属を蒸着して形成さ
れる。これらの電極のうち、分割する側の電極Ｉ３を形
成するには、中心電極１５と周囲電極１６とを隔てる隙
間２０を金属蒸着膜の形成時にマスキングするか、全面
に金属蒸着膜を形成しｊコ後、隙間２０の部分をエノヂ
ングすることにより形成することができろ。史にこのＴ
Ｌ極を銅箔のような金属箔を用い、これを誘電性接着剤
に上って圧電体フィルＬに接着ｔ−ることによって形成
することしてきる。この場合は、通常全面に電極を形成
後、エノチノグによってパターンを形成することかでき
る。これら＝）ｉｉ　％パターンは特に限定さｔ１″Ａ
、例えは第・１図に示すように、正方形の中に凸字状の
中心電極１５ａを形成するパターンや、第５図のように
円形Ｃ・中に略円形の中心電極＋５ｂを形成するパター
ン、或いは第６図に示すように正方形の中に略円斤′、
の中心電極＋５ｃを形成するパターンなとかす、Ｆまし
い。なお膜状圧電体１１の平面形状は、正方形、円形に
限定されず、平行四辺形、楕円形、多角形はどの他の形
状とすることも可能である。

このセンサにおいては、膜状圧電体１１が台座１７の感
知軸Ｇに対して正確に垂直に配置され、その平面形状が
、感知軸Ｇを対称の中心とする点対称であり、また第１
の荷重体１４は、その底面形状が感知軸Ｇを対称の中心
とする点対称であると共に、感知軸Ｇを通り、底面に垂
直な無数の平面で断面した時にすべての断面について感
知軸Ｇを対称軸とする線対称である必要がある。また、
膜状圧電体１■の対称中心と第！の荷重体Ｉ４の対称軸
とを感知軸Ｇ上に一致させて配置する必要がある。

このように構成されたセンサは、台座１７を被測定物に
取り付けられて使用され、その感知軸Ｇ方向の加速度を
測定することができる。

第２図は、このセンサの等価モデルを示す図である。こ
のセンサでは、第１図に示す矢印の方向に台座１７が運
動すると、慣性の法的に従って、中心電極Ｉ５に接する
圧電体部分１１ａと周囲電極１６に接する圧電体部分１
１ｂとに、それぞれ異なる方向の力を受ける。これによ
り２つの圧電体部分１１ａ、１１ｂでは、それぞれ異な
る電荷が発生する。そして運動による出力を電圧として
取り出すと、出力電圧は２つの圧電体部分１１ａ、１１
ｂで生じる電圧の和として取り出される。したかってこ
のセンサは、従来のセンサに比べて出力を大きくするこ
とができる。

さらに、このセンサでは、中心電極１５に支柱１８が固
定され、周囲電極１６に第２の荷重体１９が固定されて
いることから、中心電極１５と周囲電極１６のいずれか
一方が露出しているものと比へ、周囲温度の影響の不均
一性が緩和されて焦電出力を低下させることができ、そ
の結果、焦電出力をノイズとしたＳ／Ｎ比を大幅に改善
することがてきる。

第３図は、この発明の他の実施例を示すものである。こ
の実施例のセンサは、先の実施例のセンサと同様の構成
要素を備えて構成されており、先の実施例のセンサと異
なる点は、中心電極Ｌ５に第２の荷重体１９を固定し、
周囲電極１６に支柱１８を固定した点である。

このセンサは、先の実施例のセンサと同様に、台座１７
が運動すると中心電極１５に接する圧電体部分１１ａと
周囲電極Ｉ６に接する圧電体部分１１ｂとに、それぞれ
に異なる方向の力を受け、これにより２つの圧電体部分
１１ａ、ｌｌｂては、それぞれ異なる電荷が発生し、運
動による出力を電圧として取り出すと、センサの出力を
大きくすることができるなど、先の実施例と同様の効果
か得られる。

〔実施例： ｐＶＤＦフィルム（厚さｌ’Ｉ　０μｍ）の両面にア几
ミニウムを蒸着して電極を形成し、一方の面側には、第
４図に示すものと同一のパターンを形成して中心電極と
周囲電極とを形成した。膜状圧電体は１　ｃｍＸ　１　
ａｍの正方形とし、中心電極と周囲電極の面積は共に０
．４５ｃｍ’とした。各荷重体の材質はンンヂコウて、
それぞれ５ｇとし、支柱もンンチュウ製とした。

（実施例１） 第７図に示すように、膜状圧電体の周囲電極１６に２本
の棒状の重り（第２の荷重体１９）を固着し、台座に固
定された支柱１８上に中心電極１５を固着し、上面側の
電極１２に第１の荷重体を固着して、第１図に示すセン
サを作製した。なお各部材の固着には、エポキン系接着
剤を用いた。

（実施例２） 第８図に示すように、膜状圧電体の中心電極１５に、正
方形ブロック状の重り（第２の荷重体１９）を固着し、
台座に平行に並べられた２本の支柱１９．１９の上に周
囲電極１６を固着し、１面側の電極Ｉ２に第１の荷重体
１４を固着して、第３図に示すセンサを作製した。

（比較例１） 膜状圧電体を反対の向きにして膜状圧電体の電極１２を
直接台座の表面に固定し、第９図に示すように中心電極
１６の上に正方形ブロック状の重り１９を固着して、第
１２図に示すセンサを作製した。

（比較例２） 比較例１と同様に膜状圧電体を台座に固定し、第１０図
に示すように、周囲電極１６に２本の棒状の重り１９．
１９を固定してセンサを作製した。

これらのセンサにＩＧの加速度を加え、オシロスコープ
で出力を測定した。焦電出力は、それぞれのセンサに１
００Ｗの白熱灯を２０ｃｍの距離から１秒間照射したと
きに生ずる出力変動で評価した。

結果を表１に示す。

表　　１ 「発明の効果」 以上説明したように、この発明の圧電型加速度センサは
、上記の構成としたことにより、加速度を受けた時に、
一方の分割電極に接する圧電体部分と他方の分割電極に
接する圧電体部分とにそれぞれ異なる方向の力を受け、
これにより２つの圧電体部分で異なる電荷が発生し、運
動による出力を電圧で取り出すと出力電圧は２つの圧電
体部分で生じる電圧の和として取り出されるので、従来
のセンサに比べて出力を大きくすることができる。

さらに、このセンサでは、一方の分割電極に支持体が固
定され、他方の分割電極に第２の荷重体か固定さ礼てい
ることから、従来のセンサに比べ周囲温度の影響の不均
一性か緩和されて焦電出力を低下させることができ、そ
の結果、焦電出力をノイズとしたＳｌＮ比を大幅に改善
することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示すもので、センサの
概略構成図、第２図は、第１図のセンサの等佃モデルを
示す概略図、第３図は、この発明の他の実施例を示すも
ので、センサの概略構成図、第４図ないし第６図は、こ
の発明に使用される分割電極のパターンを例示する平面
図、第７図および第８図は、この発明の詳細な説明する
ためのセンサの底面図、第９図および第１０図は比較例
を説明するためのセンサの平面図、第１１図は従来のセ
ンサの一例を示す概略構成図、第１２図は従来のセンサ
の他の例を示す概略構成図、第１３図は第１２図に示す
センサの等価パターンを示す概略図である。 第１図 ＩＩ　　膜状圧電体、１２．１３・−電極、１４第１の
荷重体、１５−・中心電極、１６・１０周囲電極、１７
・台座、１８・・支柱（支持体）、１９第２の荷重体。 第２図 ４ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物に剛に取り付けられる台座と、この台座の感知
   軸に垂直な測定面に固着された膜状圧電体と、この膜状
   圧電体上に固着され、慣性質量部として作用する剛体か
   らなる荷重体を有し、膜状圧電体の平面形状が、前記測
   定面に平行な面において感知軸を対称の中心とする点対
   称である圧電型加速度センサにおいて、 前記膜状圧電体の両面に設けられた電極の内、一方の面
   側の電極上に第１の荷重体が固着され、他方の面側の電
   極が複数の分割電極に分割され、これらの分割電極の内
   の一方の分割電極が、台座に固定された支持体に固定さ
   れ、かつ他方の分割電極に、台座および支持体と接触さ
   せずに第２の荷重体が固定されたことを特徴とする圧電
   型加速度センサ。