JPH073333Y2 - 圧電式風速センサー - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、自動車等の吸入空気量を検出したり汎用風速
計等に用いられ、空気，その他種々のガスの流速を検出
する圧電式風速センサーに関する。

［従来技術］ 第３図に示すように、金属製基板ｂの両面に表裏に電極
を有する圧電素子板c,cを貼着してなるバイモルフを電
歪振動板ａとして用いると共に、該バイモルフ型電歪振
動板ａの端縁に、金属板からなるブレードｄを接着層ｆ
を介して接合し、さらに該ブレードｄの基端上に圧電性
高分子フィルムｅを被着してなる圧電式風速センサーは
公知である。

この圧電式風速センサーは、前記ブレードｄを気体の流
動方向と対向させて管路等に取付けられ、電歪振動板ａ
の圧電素子板c,cに交番電圧を印加して電歪振動板ａを
湾曲振動させる。この振動系の振幅量は圧電性高分子フ
ィルムｅの歪み量として変換され、該振幅量に比例した
信号電圧が圧電性高分子フィルムｅから取り出される。

ところでブレードｄに風圧が作用すると、該風圧（風
速）に比例してその振動が抑制され、振幅が減衰して圧
電性高分子フィルムｅからの電圧出力が低下する。すな
わち圧電性高分子フィルムｅからの信号電圧は風速に反
比例するといい得る。

そこでこの圧電性高分子フィルムｅからの信号電圧を検
出すれば、あらかじめ測定された信号電圧と風速との関
係から風速を割り出すことが可能となる。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、上述の構成にあっては、圧電性高分子フィル
ムｅを電歪振動板ａ上に別途接合する必要があり、製造
が面倒であると共にその継続使用により圧電性高分子フ
ィルムｅの剥れを生じ易く、機械的耐久性が劣ってい
た。また圧電性高分子フィルムｅは、たとえばPVDFでは
実用最高使用温度が100℃程度であり、耐熱性が劣って
いた。

本考案は、このような問題点の無い圧電式風速センサー
及びその製造方法の提供を目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、金属製基板の両面に圧電素子板を配設し、一
方の圧電素子板を励振用とし、他方の圧電素子板の表面
に電圧印加電極と、圧電検出電極とを分離して形成し
て、前記電圧印加電極に覆われる部分を励振電歪層と
し、前記検出電極に覆われる部分を圧電検出層としてな
る電歪振動板を備え、該電歪振動板から気流に対向する
ブレードを延設し、前記励振用圧電素子板と他方の圧電
素子板の励振電歪層の表裏面電極間に発振器を電気的に
接続し、他方の圧電素子板の圧電検出層からの信号出力
に基づき風速を算出するようにしたものである。

［作用］ 前記励振用圧電素子板及び励振電歪層に発振器から交番
電圧を印加することにより、電歪振動板を励振させる。
そして気流の発生に伴い前記ブレードに風圧が作用する
と電歪振動板の振幅は減衰する。この振幅量は圧電検出
層によりピックアップされる。そしてこの圧電検出層か
らの信号電圧を検出することにより該信号電圧出力と反
比例する風速が知得される。

［実施例］ 第1,2図について本考案の一実施例を説明する。

１は電歪振動板であって、金属製基板２の両面に、表裏
に銀等の導電性金属による電極が形成された圧電セラミ
ックからなる圧電素子板3,4を配設している。

下面側の圧電素子板３は励振用としている。また、上面
側の圧電素子板４は前記圧電素子板３と同様の作用を生
じる励振電歪振層５と、信号検出するための圧電検出層
６とを有している。すなわち、前記圧電素子板４の外面
電極は、エッチング部７を介して、電圧印加電極８と、
圧電検出電極９とを分離して形成して、前記電圧印加電
極８に覆われる部分を励振電歪層５とし、前記圧電検出
電極９に覆われる部分を圧電検出層６としている。また
前記金属製基板２を圧電素子板３と励振電歪層５と、圧
電検出層６のアース電極としている。さらには金属製基
板２の後端も少し延出して接続用端部10としている。前
記圧電素子板3,圧電素子板４はあらかじめ厚み方向に分
極処理が施されている。その分極方向は同一方向に揃え
られている。

さらには電歪振動板１の先端部後面には前記圧電素子板
３に接合して金属板からなるブレード11としている。

そして圧電素子板３の表面電極及び励振電歪層５の電圧
印加電極８と金属製基板２の接続用端部10間に発振器13
を接続して、圧電検出層６の圧電検出電極９と接続用端
部10間に電圧計12を接続すると共に、前記接続用端部10
側をアース接続している。

前記ブレード11は金属製基板２のみを前方に延成して、
その延成部により構成しても良い。また前記電歪振動板
１はその表面形状を矩形状としているが、固定部側を幅
広とした台形等種々の形状が提案される。

この電歪振動板１はホルダー14の装着孔14aに挿入さ
れ、その後部をホルダー14の支持面14bで支持し、さら
にその上部に押え片15を載置し、ホルダー14の前端部の
螺子孔14cに上方から螺合した押し螺子16の下端で押え
片15を加圧して、該電歪振動板１はホルダー14内に挾持
される。そして電歪振動板１の先端のブレード11をホル
ダー14から前方突出させている。

かかる構成の圧電式風速センサーにあって、空気，種々
のガス等が流動している流路に前記ブレード11を流れの
方向に対向させて取付ける。そして、発振器13により圧
電素子板３及び圧電素子板４の励振電歪層５に交番電圧
を印加することにより電歪振動板１及びブレード11を基
本モードで共振させる。このブレード11の基本周波数
は、その形状，材質，固定位置等により異なる。

ブレード11により風圧を受けると、圧電検出層６にはそ
の振幅に比例した信号電圧が発生し、この電圧信号は電
圧計12に取り出される。このとき前記電歪振動板１によ
る湾曲振動は一方向からの風圧により阻害され減衰す
る。従ってこの振幅はその風圧（風速）に反比例するこ
ととなる。すなわち圧電検出層６間から発生する信号電
圧と、風速とは反比例の関係にあり、この関係をあらか
じめ測定しておくことにより、圧電検出層６間から発生
する信号電圧によって風速が知得される。この信号電圧
を直接、種々の装置の制御信号として用いても良い。

上述の構成にあっては、従来のように信号検出するため
に圧電性高分子フィルムを使用していないために機械的
強度が高い。また信号検出用に圧電性高分子フィルムを
用いた従来構成は、耐熱温度が100℃程度であったが、
これを用いないために200℃以上となり、大幅に耐熱性
が向上した。さらにまた検出感度は、圧電セラミックの
方が圧電定数が大きい分だけ向上した。しかも従来のよ
うに金属製基板２の両面に励振用の圧電素子を貼着した
ものと比較すると、ブレード11先端部の振幅は同じであ
り、支障はなかった。

かかる電歪振動板１の製造方法にあっては、金属板２の
表裏面に圧電素子板3,圧電素子板４を配設した後に圧電
素子板４側の外面電極をエッチング加工して電圧印加電
極8,電圧検出電極９を分割形成することにより電歪振動
板１を構成し得るから、製造が極めて容易となり、量産
性に富む。

尚、前記電圧印加電極8,電圧検出電極９はスクリーン印
刷等により分離形成することもできる。

［考案の効果］ 本考案は、上述したように、金属製基板２の両面に圧電
素子板を配設し、その一側の圧電素子板４に励振電歪層
5,圧電検出層６を形成し、該圧電検出層６で従来構成の
圧電性高分子フィルムに換えたものであるから、圧電性
高分子フィルムを別途設けてこれを接合する必要がな
く、製造が容易であると共に圧電性高分子フィルムの剥
離等の故障を生ずることがなく機械的強度が高くなり、
耐熱性が向上し、かつ高感度となる等の優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本考案の実施例を示し、第１図は第一実施例
の縦断側面図、第２図は電歪振動板１の斜視図、第３図
は従来構成の縦断側面図である。 １……電歪振動板 ２……金属製基板 ３……圧電素子板 ４……圧電素子板 ５……励振電歪層 ６……圧電検出層 ８……電圧印加電極 ９……圧電検出電極 11……ブレード 14……ホルダー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製基板の両面に圧電素子板を配設し、
   一方の圧電素子板を励振用とし、他方の圧電素子板の表
   面に電圧印加電極と、検出電極とを分離して形成して、
   前記電圧印加電極に覆われる部分を励振電歪層とし、前
   記検出電極に覆われる部分を圧電検出層としてなる電歪
   振動板を備え、該電歪振動板から気流に対向するブレー
   ドを延設し、前記励振用圧電素子板と他方の圧電素子板
   の励振電歪層の表裏面電極間に発振器を電気的に接続
   し、他方の圧電素子板の圧電検出層からの信号出力に基
   づき風速を算出するようにしたことを特徴とする圧電式
   風速センサー。