JPH06148227A

JPH06148227A - 圧電型振動センサ

Info

Publication number: JPH06148227A
Application number: JP29345792A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kunimura; 智國村; Katsuhiko Takahashi; 克彦高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】検知部の量産性の改善を図るとともに、温度
特性の向上を図った圧電型振動センサの提供を目的とす
る。【構成】被測定物に剛に取り付けられる台座と、この
台座の検知軸に垂直な測定面に固着された検知部と、こ
の検知部上に固着された慣性質量部として作用する剛体
からなる荷重体を有し、前記検知部は圧電体層の表裏両
面に接着層を介し第一電極、第二電極を固着してなる圧
電型振動センサにおいて、前記検知部を構成する接着層
に導電性を有する接着材料を用いることを特徴とする。【効果】圧電型振動センサの温度特性の著しい改善を
図ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機圧電体を使用した
圧電型振動センサに関し、特に温度特性の改善及び生産
効率の向上を図った圧電型振動センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の無機圧電体を使用した圧電型振動
センサは、精度が良く、使用可能温度範囲が広い等の利
点がある。しかしながらこの圧電型振動センサは、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、チ
タン酸バリウム（ＢＡＴ）などの粉体を押し固めて板状
や円板状に焼成し、その１個１個の焼成体を用いて検知
部を作製していた。そして、このような無機圧電体を使
用した圧電型振動センサは、センサの方式として圧縮型
やせん断型があるが、上記センサの方式によらずその検
知部は、前記焼成体を１個１個作製する不効率な方法が
とられていた。

【０００３】よって、本願発明者らは、上述したような
圧電型振動センサ検知部の不効率な生産性を改善すべ
く、その大量生産方式として、圧電体の両面に接着剤を
塗布し、各々の電極を固着させ、使用用途によっては前
記電極と圧電体間に支持板を介した後、これをダイシン
グソーなどの切断手段によってチップ状に切断すること
により検知部を一括大量生産する方法を提案した。

【０００４】そして、上記のような方法により作成され
た圧電型振動センサは、図２（ａ）に示すように、被測
定物に剛に取り付けられる台座２１と、この台座２１の
検知軸Ｇ’に垂直な測定面に固着された検知部２２と、
この検知部２２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２３を有し、前記検知部２２は図２
（ｂ）に示すように圧電体２４の表裏両面に接着層３０
ａ、３０ｂを介して形成された板状電極２５ａ、２５ｂ
と、場合によっては前記板状電極２５ａ、２５ｂの表面
に板状の剛体からなる支持板２６ａ、２６ｂが形成され
た構成からなり、かつ圧電体２４の平面形状が前記測定
面に平行な面において検知軸Ｇ’を対称の中心とする点
対称であり、前記荷重体２３は、それの検知部２２に接
する面の平面形状が検知軸Ｇ’を対称の中心とする点対
称であり、かつ検知軸Ｇ’を通り前記測定面に垂直な無
数の平面で断面した時に、すべての断面について検知軸
Ｇ’を対称軸とする線対称としたものである。よって、
上述したような圧電型振動センサ２０は、軽量小型で、
耐衝撃性にすぐれ出力を簡便に調整可能なものであり、
かつ製造効率が良好なものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな圧電型振動センサにおいて、前記検知部の圧電体層
に無機圧電体を使用した場合、前記圧電体と板状電極の
間に形成された接着層の温度特性が、前記圧電体の温度
特性に影響を及ぼし、電圧出力によける温度特性の低下
を招くといった問題を有していた。

【０００６】こうした現象の原因は以下のような理由に
よって説明される。例えば、上述した方法により製造さ
れた各チップにおける圧電体及びこの両面に塗布された
接着剤が形成する接着層からなる３層がなす総電気容量
をＣとすると、この総電気容量Ｃは、前記圧電体の電気
容量Ｃ_p、接着層の電気容量Ｃ_aより、以下のような式に
よって表わされる。Ｃ＝１／｛（１／Ｃ_p）＋（２／Ｃ_a）｝＝Ｃ_pＣ_a／（Ｃ_a＋２Ｃ_p）

【０００７】よって、上記式より明らかなことは、Ｃ_p
の値がＣ_aの値より大きい場合は、総電気容量Ｃは、上
記Ｃ_aの値に左右され易くなるということである。従っ
て、こうした場合には、チップとしての温度特性が前記
Ｃ_aの温度特性を強く反映したものとなってしまう。つ
まり、出力を電圧出力Ｖとして取り出す場合には、Ｖ＝
Ｑ／Ｃであって、Ｃの温度特性は出力に直接反映するこ
ととなるのである。ところが、前記圧電体を有機圧電体
で形成した場合には、前記Ｃ_pはＣ_aに比較してそれ程大
きくならない。そのために有機圧電体を用いた圧電型振
動センサにおいては、上述したような検知部の大量生産
方式を用いても問題とはならない事が多いのである。

【０００８】そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされ
たもので、その検知部の量産性の改善を図るとともに、
電圧出力における温度特性の向上を図った圧電型振動セ
ンサの提供を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電型
振動センサは、上記課題を解決するために、被測定物に
剛に取り付けられる台座と、この台座の検知軸に垂直な
測定面に固着された検知部と、この検知部上に固着され
た慣性質量部として作用する剛体からなる荷重体を有
し、前記検知部は圧電体層の表裏両面に接着層を介し第
一電極、第二電極を固着してなる圧電型振動センサにお
いて、前記検知部を構成する接着層に導電性を有する接
着材料を用いることを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に記載の圧電型振動センサは、上
記課題を解決するために、請求項１に記載の圧電型振動
センサにおける検知部を構成する圧電体層が、無機圧電
体からなることを特徴とするものである。

【００１１】請求項３に記載の圧電型振動センサは、上
記課題を解決するために、請求項１または請求項２に記
載の圧電型振動センサにおける接着層を構成する接着材
料の導電率が１０^-9ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】本発明の圧電型振動センサによれば、検知部を
構成する圧電体層と、その両面に接着層を介して密着さ
れてなる第一・第二電極において、前記接着層に導電性
を有する接着材料を用いることによって、接着層の電気
容量と圧電体の電気容量の差を無視できる程度に低減す
ることが可能で、接着層の温度特性が圧電体層の温度特
性に影響を及ぼすことを回避することが可能である。よ
って、本発明の圧電型振動センサは、前記圧電体層の構
成材料によらず、その温度特性の著しい改善を図ること
が可能である。

【００１３】そしてまた、従来においては前記接着層の
膜厚がその電気容量に比例するため、前記接着層の膜厚
の増大が、圧電体の電気容量との差を広げる要因となっ
たが、本発明においては、前記接着層の膜厚によらず上
記と同様な効果を奏することができる。つまり、本発明
における圧電型振動センサの前記接着層は、これを構成
する材料を導電性を有する物質とすることで、前記接着
層がこの圧電型振動センサにおいて、抵抗成分としての
効果を奏し、従来のような容量成分としての効果が著し
く小さくなったためである。

【００１４】また、上記のような効果は前記圧電体材料
に無機圧電体を使用した場合において非常に大きい。前
記無機圧電体は、その電気容量が一般に大きいために、
接着層を構成する物質が有する電気容量と大きな差を生
じることを原因として、前記接着層の温度特性が圧電体
層の温度特性を大きく左右し、圧電型振動センサにおけ
る温度特性の低下を生じる要因となっていた。しかし、
本発明のように前記接着層を導電性を有する物質で構成
することにより、前記接着層と圧電体層の電気容量の差
が極めて無視できるほどに低減されることとなり、温度
特性の著しい改善を図ることが可能である。

【００１５】また、前記接着層を構成する導電性材料の
導電率を、１０^-9ｓ／ｃｍ以上とすると、前記圧電体層
の構成物質がいかなるものであっても、前記接着層の温
度特性が圧電体層の温度特性に及ぼす影響は無視できる
程度に極力抑えられ、圧電型振動センサの温度特性の向
上を図ることができる。

【００１６】さらに、本発明における圧電型振動センサ
は、その検知部の生産形態に従来の大量生産方式をその
まま適用可能であるので、その量産性を維持することが
できる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明における実施例を図面を参照し
つつ説明する。図１（ａ）は、本実施例による圧電型振
動センサ１を示すものである。前記本実施例における圧
電型振動センサ１は、被測定物に剛に取り付けられる台
座２と、この台座２の検知軸Ｇに垂直な測定面に固着さ
れた検知部３と、この検知部３上に固着され慣性重量部
として作用する剛体からなる荷重体４とから構成されて
いる。台座２の材料としては、繊維強化樹脂、金属など
充分剛性をもつものであれば良い。荷重体４の材料とし
ては、真ちゅう、その他の金属など比較的比重の大きな
材料を用いることが望ましい。

【００１８】検知部３は、図１（ｂ）に示すように無機
圧電体からなる電圧体層６の両面に塗布され、導電性を
有する接着剤から構成される接着層１０ａ、１０ｂ、そ
して前記各々の接着層１０ａ、１０ｂを介して固着され
てなる第一電極５ａ及び第二電極５ｂから構成されてい
る。

【００１９】前記圧電体層６の材料として用いられる無
機圧電体には、ＰＺＴ、ＰＴ、ＢＡＴ等が用いられ、前
記接着層１０ａ、１０ｂを形成する接着剤としては、エ
ポキシ系、アクリル系等の導電性を有するものが使用さ
れる。そしてまた、前記第一電極５ａ、第二電極５ｂを
構成する材料としては、銅箔、すず箔等を使用すること
ができる。なお、使用用途によっては、前記構成からな
る検知部３の表裏両面に板状の剛体からなる支持板を設
けることもある。

【００２０】以上構成からなるように、本実施例におけ
る圧電型振動センサ１は、圧電体層６の両面に形成され
る接着層１０ａ、１０ｂに導電性を有する接着剤を使用
したことに特徴があり、その前記検知部３の総電気容量
Ｃが前記接着層１０ａ、１０ｂの電気容量Ｃ_aの影響を
回避することができるものである。つまり、前記接着層
１０ａ、１０ｂを導電性を有する接着剤から構成するこ
とにより、これを容量成分から抵抗成分に変換して、本
実施例における圧電型振動センサ１の総電気容量Ｃを圧
電体層６そのものの電気容量Ｃ_pと等しくなるようにし
たのである。よって、本実施例における圧電型振動セン
サ１は、その温度特性に前記圧電体層６そのものの温度
特性のみを反映することができる。従って、上述した本
実施例の圧電型振動センサ１は、その温度特性の向上を
図ることができる。

【００２１】そしてまた、上記構成からなる本実施例の
圧電型振動センサ１は、その検知部３を製造する方法と
して、前記従来で説明した大量生産方式をそのまま適用
することが可能であるので、その量産性を維持すること
が可能である。

【００２２】そこで、上述した本実施例の圧電型振動セ
ンサ１の具体例を作製し、この具体例を用いて以下のよ
うな試験を行ない、その温度特性について測定した。（具体例）図１（ａ）に示すように、本具体例の圧電型
振動センサ１は、アルミブロックからなる台座２上に、
ＰＺＴからなる１０ｍｍ角、０．５ｍｍ厚の膜状導電体
６両面にエポキシ接着剤からなる接着層１０ａ、１０ｂ
を介し、箔厚３０μmの銅箔からなる第一電極５ａ、第
二電極５ｂが固着されてなる検知部３が接着され、さら
に、検知部３上には５ｇの真ちゅうのブロックからなる
荷重体４が接着された構成となっている。

【００２３】そこで、上記構成からなる本具体例の圧電
型振動センサ１の接着層１０ａ、１０ｂは、導電率１０
^-9ｓ／ｃｍ、５×１０^-7ｓ／ｃｍ、３×１０^-5ｓ／ｃｍ
を有する各々の接着剤を用いて各圧電型振動センサを設
計し、これらを実施例１、実施例２、実施例３として、
以下のような試験を行なった。そしてまた比較例とし
て、従来の接着剤（導電率５×１０^-9ｓ／ｃｍ、８×１
０^-10ｓ／ｃｍ）を用いて上記実施例と同様な条件の下
で各圧電型振動センサを設計し、これを比較例１、比較
例２として上記実施例と同様の試験を行なった。

【００２４】（試験例）まず、上記構成からなる圧電型
振動センサ１における検知部３の第一電極５ａ及び第二
電極５ｂを電気的にインピーダンス変換回路を接続し
て、電圧出力が取り出せるようにした。そして、この圧
電型振動センサ１を加振器上に取り付け、８０Ｈｚ、１
Ｇの振動を加えながら、このセンサ１の雰囲気温度を変
えて温度特性を測定した。その結果を表１に示す。表１
は２５℃における出力を１として規格化した値を示して
いる。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１より明らかなように、本発明における
実施例１、実施例２、実施例３の圧電型振動センサは、
比較例１及び比較例２の従来の圧電型振動センサと比較
すると、温度特性の著しい向上を確認することができ
る。そして、上記試験より前記接着層を構成する物質の
導電率が１０^-9ｓ／ｃｍ以上であれば、圧電体層を構成
する物質に係わらず、圧電型振動センサの温度特性を確
実に向上することができるということが判る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電型振
動センサによれば、検知部を構成する圧電体層と、その
両面に接着層を介して密着されてなる第一・第二電極に
おいて、前記接着層に導電性を有する接着材料を用いる
ことによって、接着層の電気容量と圧電体の電気容量の
差を無視できる程度に低減することが可能で、接着層の
温度特性が圧電体層の温度特性に影響を及ぼすことを回
避することが可能である。よって、本発明の圧電型振動
センサは、前記圧電体層の構成材料によらず、その温度
特性の著しい改善を図ることが可能である。

【００２８】そしてまた、従来においては前記接着層の
膜厚がその電気容量に比例するため、前記接着層の膜厚
の増大が、圧電体の電気容量との差を広げる要因となっ
たが、本発明においては、前記接着層の膜厚によらず上
記と同様な効果を奏することができる。つまり、本発明
における圧電型振動センサの前記接着層は、これを構成
する材料を導電性を有する物質とすることで、前記接着
層がこの圧電型振動センサにおいて、抵抗成分としての
効果を奏し、従来のような容量成分としての効果が著し
く小さくなったためである。

【００２９】また、上記のような効果は前記圧電体材料
に無機圧電体を使用した場合において非常に大きい。前
記無機圧電体は、その電気容量が一般に大きいために、
接着層を構成する物質が有する電気容量と大きな差を生
じることを原因として、前記接着層の温度特性が圧電体
層の温度特性を大きく左右し、圧電型振動センサにおけ
る温度特性の低下を生じる要因となっていた。しかし、
本発明のように前記接着層を導電性を有する物質で構成
することにより、前記接着層と圧電体層の電気容量の差
が極めて無視できるほどに低減されることとなり、温度
特性の著しい改善を図ることが可能である。

【００３０】また、前記接着層を構成する導電性材料の
導電率を、１０^-9ｓ／ｃｍ以上とすると、前記圧電体層
の構成物質がいかなるものであっても、前記接着層の温
度特性が圧電体層の温度特性に及ぼす影響は無視できる
程度に極力抑えられ、圧電型振動センサの温度特性の向
上を図ることができる。

【００３１】さらに、本発明における圧電型振動センサ
は、その検知部の生産形態に従来の大量生産方式をその
まま適用可能であるので、その量産性を維持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明における実施例の圧電型
振動センサの斜視図を示すものである。図１（ｂ）は、
本発明における実施例の圧電型振動センサの検知部の分
解斜視図を示すものである。

【図２】図２（ａ）は、従来の圧電型振動センサの斜視
図を示すものである。図２（ｂ）は、従来の圧電型振動
センサの検知部の分解斜視図を示すものである。

【符号の説明】

１、２０圧電型振動センサ２、２１台座３、２２検知部４、２３荷重体５ａ、２５ａ第一電極５ｂ、２５ｂ第二電極６、２２圧電体層Ｇ、Ｇ’検知軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に剛に取り付けられる台座と、
この台座の検知軸に垂直な測定面に固着された検知部
と、この検知部上に固着された慣性質量部として作用す
る剛体からなる荷重体を有し、前記検知部は圧電体層の
表裏両面に接着層を介し第一電極、第二電極を固着して
なる圧電型振動センサにおいて、前記検知部を構成する接着層に導電性を有する接着材料
を用いることを特徴とする圧電型振動センサ。
【請求項２】検知部を構成する圧電体層が、無機圧電
体からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電型振
動センサ。
【請求項３】接着層を構成する接着材料の導電率が１
０^-9ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の圧電型振動センサ。