JPH06148228A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程が少なく、コストの削減が可能で、
圧電体に熱劣化が生じることがなく、台座側電極と接続
端子部との電気的接続が良好な圧電型振動センサ装置を
得ること。 【構成】 圧電体３１の両面に荷重体側電極３５ａ，台
座側電極３５ｂを設けた検知部２１の上に荷重体２３を
積層してなるセンサ２５と、このセンサ２５からの電気
的出力を取り出すための接続端子部２９を有する圧電型
振動センサ装置において、上記接続端子部２９に導電性
突起３９を形成し、この突起３９を用いて上記検知部２
１の台座側電極３５ｂと上記接続端子部２９とを電気的
に接続した圧電型振動センサ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体を用いた圧電型
振動センサ装置に係わり、検知部の電極と接続端子部と
の電気的な接続が良好な圧電型振動センサ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の圧電型振動センサ装置の
例を示すものである。この圧電型振動センサ装置は、検
知部２１の上に荷重体２３を積層してなるセンサ２５
と、このセンサ２５が取り付けられた台座２７と、この
台座２７のセンサ取付部２７ａ上に設けられている接続
端子部２９と、台座２７の両面に設けられ、上記接続端
子部２９と電気的に接続されている電気回路（図示略）
とから概略構成されている。

【０００３】検知部２１は、圧電体３１の両面に導電性
接着剤からなる接着層３３ａ，３３ｂを介して金属箔か
らなる荷重体側電極３５ａ，台座側電極３５ｂを固着し
てなるものである。圧電体３１は圧電性を有する材料か
らなるものである。圧電性を有する材料としては、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、チ
タン酸バリウムなどの無機圧電物質や、ポリフッ化ビニ
リデンなどの強誘電性高分子などが用いられる。

【０００４】接続端子部２９は、上記圧電体３１からの
電気的出力を取り出すためもので、導電性を有する材料
からなる。この接続端子部２９と荷重体側電極３５ａと
は電気的に接続されている。また、この接続端子部２９
と台座側電極３５ｂとは電気的に接続されている。上記
接続端子部２９と電気的に接続されている電気回路は、
接続端子部２９によって取り出された圧電体３１からの
電気的出力を処理するためのインピーダンス交換回路、
増幅回路などから構成されている。このような圧電型振
動センサ装置では、圧電体３１の膜面に直交し、荷重体
２３の中心を通る軸Ｇ方向と、これに直交する軸方向の
振動を検知することができる。

【０００５】ところで、このような圧電型振動センサ装
置において、接続端子部２９と台座側電極３５ｂとの電
気的接続には、センサ２５を台座２７のセンサ取付部２
７ａに固着する際に、このセンサ取付部２７ａに導電性
接着剤または導電性ペースト３７を塗布することによっ
て、接続端子部２９と台座側電極３５ｂとが直接接続さ
れている。しかしながら、圧電型振動センサ装置は、通
常、振動が加わる場所で使用されるため、導電性接着剤
または導電性ペースト３７を用いて接続端子部２９と台
座側電極３５ｂとを電気的に接続したものでは、接着力
が弱く実用には不向きであった。さらに、補強するため
には接着剤や封止剤を付加する必要があり、工程が増え
るとともにコストがかかった。

【０００６】また、接続端子部と台座側電極とを電気的
に接続する他の方法としては、接続端子部と台座側電極
とをリード線を介して接続し、この接続に導電性接着剤
または導電性ペーストを用いる方法がある。この方法に
よる場合も接着力が弱いため、さらに接着剤等を付加す
る必要があった。また、接続端子部と台座側電極とをリ
ード線を介して接続し、この接続にはんだ付けを採用す
る方法がある。この方法による場合では、圧電体が上述
の強誘電性高分子から構成されている場合に、溶融はん
だを台座側電極に塗布すると、溶融はんだの温度は通常
１７０℃以上であるため、圧電体に熱劣化が生じてしま
い、センサとして機能しなくなってしまうという不都合
があった。さらに、その他の方法としては、接続端子部
と台座側電極とをワイヤーを介して接続し、この接続を
超音波ワイヤーボンディングにより行なう方法がある。
この方法による場合には、マイグレーション等の考慮か
ら接続端子部、台座側電極、ワイヤーの材質がＡｕやＡ
ｌに限定され、Ａｕを用いる場合にはコストがかかり、
一方、Ａｌを用いる場合には耐腐食性が劣るという問題
があった。また、超音波ワイヤーボンディングを採用す
るには、接続端子部と台座側電極とが台座の同じ面側に
あって同一方向を向いており、かつ、これらの間に大き
な段差がないことが必須であるために、圧電型振動セン
サ装置の設計上の制約が多かった。また、台座側電極が
薄く、さらに、これの下に柔かい材質があると、接続を
行なうことができなかった。

【０００７】

【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、製造工程が少なく、コストの削減が可能
で、圧電体に熱劣化が生じることがなく、検知部の電極
と接続端子部との電気的接続が良好な圧電型振動センサ
装置を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電型振動セン
サ装置は、検知部の電極および接続端子部のいずれか一
方に導電性突起を形成し、この突起を用いて上記検知部
の電極と上記接続端子部とを電気的に接続したことを特
徴とする。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の圧電型振動センサ装置の第一
の実施例を示す。この実施例の圧電型振動センサ装置が
図４に示した従来の圧電型振動センサ装置と異なるとこ
ろは、台座２７のセンサ取付面２７ａに設けられている
接続端子部２９に突起３９が設けられ、台座側電極３５
ｂと接続端子部２９とが突起３９によって電気的に接続
されている点である。尚、従来例と同一構成部分には、
同一符号を付して説明を簡略化する。

【００１０】上記突起３９は、導電性を有する材料から
なるものである。導電性を有する材料としては、銅箔が
挙げられるが、台座側電極３５ｂとの電気的接続を考慮
してこの台座側電極３５ｂをなす材料と同様のものを用
いることが望まれる。突起３９の形状としては、検知部
２１の台座側電極３５ｂに当接するような形状であれば
特に限定はされないが、例えば、針状、板バネ状、四角
錘などが挙げられる。突起３９の弾性率としては、この
突起３９が当接する台座側電極３５ｂの弾性率とほぼ等
しいか、あるいは台座側電極３５ｂの弾性率より大きい
ことが望まれる。突起３９の弾性率が台座側電極の３５
ｂの弾性率以上であると、センサ２５を台座２７のセン
サ取付部２７ａに固着した際に、上記突起３９が台座側
電極３５ｂにくいこみ、台座側電極３５ｂと接続端子部
２９との電気的接続を確実にすることができる。

【００１１】このような突起３９は、接続端子部２９の
一部分に設けられていてもよいし、全体にわたって設け
られていてもよい。接続端子部２９に突起３９を設ける
方法の例としては、針状等に成形された突起３９を導電
性接着剤を用いて接続端子部２９に固着する方法や、接
続端子部２９の一部分を突起状に形成する方法などがあ
る。

【００１２】このような圧電型振動センサ装置において
は、センサ２５を台座２７により強固に固着させるため
に、センサ２５を台座２７に取り付ける際に、センサ２
５の台座側電極３５ｂと台座２７のセンサ取付部２７ａ
との少なくとも一方に導電性接着剤または導電性ペース
ト３７を塗布した後、センサ２５の台座側電極３５ｂと
台座２７のセンサ取付部２７ａとを固着することが望ま
しい。

【００１３】第一の実施例の圧電型振動センサ装置は、
台座２７のセンサ取付部２７ａに接続端子部２９が設ら
れ、台座側電極３５ｂに当接する導電性を有する突起３
９が上記接続端子部２９に設けられているので、センサ
２５をセンサ取付部２７ａに固着するだけで、上記台座
側電極３５ｂと上記接続端子部３９との電気的接続を容
易に良好にすることができる。この台座側電極３５ｂと
上記接続端子部３９との電気的接続には、超音波ワイヤ
ーボンディングやはんだ付けが採用されていないので、
コストの削減が可能であり、圧電体３１に熱劣化が生じ
ることもない。また、台座側電極３５ｂの弾性率とほぼ
等しいかこれより大きい弾性率を有する突起３９を用い
ることで、台座側電極３５ｂと接続端子部２９との電気
的接続をより確実にすることができる。

【００１４】また、この圧電型振動センサ装置では、検
知部２１の台座側電極３５ｂが１個設けられ、これに対
向する接続端子部２９がセンサ取付部２７ａに１個設け
られ、この接続端子部２９に突起３９が設けられている
場合について説明したが、図２に示すように検知部２１
の荷重体側電極３５ａ、台座側電極３５ｂがそれぞれ４
個設けられ、この４個の台座側電極３５ｂに対向する４
個の接続端子部２９がセンサ取付部２７ａに設けられ、
これら接続端子部２９それぞれに突起３９が設けられて
いる場合も同様になし得る。

【００１５】また、この圧電型振動センサ装置では、接
続端子部２９によって取り出された電気的出力を処理す
るための電気回路が台座２７の両面に設けられていた
が、この電気回路が圧電型センサ装置の外部に設けられ
ていてもよい。

【００１６】つぎに、本発明の圧電型振動センサ装置の
第二の実施例を図３に示す。図１に示した第一の実施例
の圧電型振動センサ装置では、突起３９が接続端子部２
９に設けられていたが、この第二の実施例では突起３９
が検知部２１の台座側電極３５ｂに設けられ、台座側電
極３５ｂと接続端子部２９とが突起３９によって電気的
に接続されている。

【００１７】ここでの突起３９をなす材料としては、第
一の実施例で述べたものと同様ものが用いられるが、接
続端子部２９との電気的接続を考慮してこの接続端子部
２９をなす材料と同様のものを用いることが望まれる。
突起３９の形状としては、センサ取付部２７ａの接続端
子部２９に当接する形状であれば特に限定はされない
が、例えば、針状、板バネ状、四角錘などが挙げられ
る。突起３９の弾性率としては、この突起３９が当接す
る接続端子部２９の弾性率とほぼ等しいか、あるいは接
続端子部２９の弾性率より大きいことが望まれる。突起
３９の弾性率が接続端子部２９の弾性率以上であると、
センサ２５を台座２７のセンサ取付部２７ａに固着した
際に、上記突起３９が接続端子部２９にくいこみ、台座
側電極３５ｂと接続端子部２９との電気的接続を確実に
することができる。このような突起３９は、台座側電極
３５ｂの一部分に設けられていてもよいし、全体にわた
って設けられていてもよい。台座側電極３５ｂに突起３
９を設ける方法の例としては、針状等に成形された突起
３９を導電性接着剤を用いて台座側電極３５ｂに固着す
る方法や、台座側電極３５ｂの一部分を突起状に形成す
る方法などがある。

【００１８】このような圧電型振動センサ装置において
は、センサ２５を台座２７により強固に固着させるため
に、センサ２５を台座２７に取り付ける際に、センサ２
５の台座側電極３５ｂまたは台座２７のセンサ取付部２
７ａの少なくとも一方に導電性接着剤または導電性ペー
スト３７を塗布した後、センサ２５の台座側電極３５ｂ
と台座２７センサ取付部２７ａとを固着することが望ま
しい。

【００１９】第二の実施例の圧電型振動センサ装置は、
台座２７のセンサ取付部２７ａに接続端子部２９が設ら
れ、この接続端子部２９に当接する導電性を有する突起
３９が台座側電極３５ｂに設けられているので、センサ
２５をセンサ取付部２７ａに固着するだけで、上述の第
一の実施例と同様の効果がある。また、接続端子部２９
の弾性率とほぼ等しいかこれより大きい弾性率を有する
突起３９を用いることで、台座側電極３５ｂと接続端子
部２９との電気的接続をより確実にすることができる。

【００２０】以下、具体例を示す。 （実施例１）まず、一辺１０ｍｍの正方形状の圧電体３
１の両面に、接着層３３ａ，３３ｂをなす材料としてエ
ポキシ系接着剤を用いて、厚さ３０μｍ、一辺１０ｍｍ
の正方形状の銅箔製荷重体側電極３５ａ，台座側電極３
５ｂを貼着し、検知部２１を作製した。ついで、この検
知部２１の荷重体側電極３５ａの上面に、質量１ｇ、厚
さ３ｍｍ、一辺１０ｍｍの正方形状の真ちゅう製荷重体
２３をエポキシ系接着剤を用いて固着してセンサ２５を
作製した。ついで、このセンサ２５の台座側電極３５ｂ
にエポキシ系接着剤を塗布した後、この台座側電極３５
ｂをアルミブロック製台座２７のセンサ取付面２７ａに
固着し、図１と同様の圧電型振動センサ装置を得た。こ
こでの台座２７としては、センサ取付面２７ａに銅箔製
接続端子部２９が設けられており、また、この接続端子
部２９にはこれの一部を突起状に形成した突起３９が設
けられているものを用いた。また、この台座２７の両面
には接続端子部２９と電気的に接続され、圧電体３１か
らの電気的出力を処理するための電気回路が設けられて
いるものであった。ここで得られたものを実施例１の圧
電型振動センサ装置とした。この実施例１の圧電振動セ
ンサ装置について、圧電体３１をポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構
成した場合のそれぞれについて１００個作製した。

【００２１】（実施例２）検知部２１の荷重体側電極３
５ａ、台座側電極３５ｂがそれぞれ４個設けられ、この
４個の台座側電極３５ｂに対向する４個の接続端子部２
９がセンサ取付部２７ａに設けられ、これら接続端子部
２９それぞれに突起３９が設けられている以外は実施例
１と同様にし、図２に示すような圧電型振動センサ装置
を得た。これを実施例２の圧電型振動センサ装置とし
た。この実施例２の圧電振動センサ装置について、圧電
体３１をポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成した場合のそれぞれに
ついて１００個作製した。

【００２２】（比較例１）接続端子部２９に突起３９を
設けない以外は実施例１と同様にし、図４に示すような
圧電型振動センサ装置を得た。これを比較例１の圧電型
振動センサ装置とした。この比較例１の圧電振動センサ
装置について、圧電体３１をポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶＤＦ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成し
た場合のそれぞれについて１００個作製した。

【００２３】（比較例２）接続端子部２９に突起３９を
設けず、センサ２５をアルミブロック製台座２７のセン
サ取付面２７ａに固着する際に、センサ取付面２７ａに
クリームハンダ４１を塗布し、この上にセンサ２５を仮
止めし、リフロー炉によりハンダで固着した以外は実施
例１と同様にし、図５に示すような圧電型振動センサ装
置を得た。これを比較例２の圧電型振動センサ装置とし
た。この比較例２の圧電振動センサ装置について、圧電
体３１をポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から構成した場合のそれぞれに
ついて１００個作製した。

【００２４】これら実施例１〜２および比較例１〜２の
圧電型振動センサ装置の感度と耐衝撃性について評価し
た。感度については、２５℃において８０Ｈ_z、１Ｇの
正弦波振動を連続的に圧電型振動センサ装置に加えた。
その結果、比較例１の圧電型振動センサ装置は実施例１
の圧電型振動センサ装置に比べて平均で約１５％感度が
低かった。また、比較例２の圧電型振動センサ装置う
ち、圧電体３１がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）か
ら構成されているものは、クリームハンダの熱によって
圧電体３１に熱劣化が生じ、圧電率が著しく低下し、感
度が実施例１の圧電型振動センサ装置に比べて約１／２
０と低いものであった。耐衝撃性試験では、各圧電型振
動センサ装置のセンサ２５の振動を検知する軸方向に約
１０００Ｇの衝撃加速度を１００回印加し、センサ２５
の破壊の有無を評価した。その結果、比較例１の圧電型
振動センサ装置は、１００個中４０個がセンサ２５と台
座２７間に剥離が生じ、台座側電極３５ｂと接続端子部
２９との接続不良が生じた。この比較例１以外の圧電型
振動センサ装置で破壊が生じたものは１００個中１０個
未満であった。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧電型振動
センサ装置は、上記検知部の電極および上記接続端子部
のいずれか一方に導電性突起を形成し、この突起を用い
て上記検知部の電極と上記接続端子部とを電気的に接続
したものであるので、上記検知部の電極と上記接続端子
部とを固着するだけで、上記検知部の電極と上記接続端
子部との電気的接続を容易に良好にすることができる。
上記検知部の電極と上記接続端子部との電気的接続に
は、超音波ワイヤーボンディングやはんだ付けが採用さ
れていないので、コストの削減が可能で、圧電体に熱劣
化が生じることもない。また、突起を接続端子部に形成
する場合は、この突起の弾性率が、検知部の電極の弾性
率とほぼ等しいかこれより大きい弾性率を有するものを
用いることで、上記検知部の電極と上記接続端子部との
電気的接続をより確実にすることができる。また、突起
を検知部の電極に形成する場合は、この突起の弾性率
が、接続端子部の弾性率とほぼ等しいかこれより大きい
弾性率を有するものを用いることで、上記検知部の電極
と上記接続端子部との電気的接続をより確実にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一の実施例の圧電型振動センサ装置を示し
た概略構成図である。

【図２】 図１に示した圧電型振動センサ装置の他の例
を示した概略構成図である。

【図３】 第二の実施例の圧電型振動センサ装置を示し
た概略構成図である。

【図４】 従来の圧電型振動センサ装置を示した縦断面
図である。

【図５】 比較例２の圧電型振動センサ装置を示した縦
断面図である。

【符号の説明】

２１・・・検知部、２３・・・荷重体、２５・・・センサ、２７・
・・台座、２７ａ・・・センサ取付部、２９・・・接続端子部、
３１・・・圧電体、３５ａ・・・荷重体体側電極、３５ｂ・・・
台座側電極、３９・・・突起

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の両面に電極を設けた検知部の上
   に荷重体を積層してなるセンサと、このセンサからの電
   気的出力を取り出すための接続端子部を有する圧電型振
   動センサ装置において、 上記検知部の電極および上記接続端子部のいずれか一方
   に導電性突起を形成し、この突起を用いて上記検知部の
   電極と上記接続端子部とを電気的に接続したことを特徴
   とする圧電型振動センサ装置。