JPH08330642A - 圧電変換用強誘電体素子及び圧電変換検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】強誘電体の焦電性に基づく雑音信号を可能な限
り十分に排除することができる圧電変換用強誘電体素子
を提供する。 【構成】強誘電体から成る板状の結晶体２の分極軸方向
にほぼ平行な表裏面２ａ，２ｂに圧電変換用電極３ａ，
３ｂを固着した圧電変換用強誘電体素子１において、結
晶体２の分極軸方向にほぼ垂直に相対する面部２ｃ，２
ｃを含む全外周面に短絡用電極４を固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電変換用強誘電体素
子及びそれを検出素子として用いた加速度センサ等の圧
電変換検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウム、ロッシェル塩等の強
誘電体から成る単結晶体、あるいは強誘電体セラミック
スから成る多結晶体は圧電性を有し、引張力や圧縮力、
剪断力等の応力を加えた時にそれに応じた電気出力を生
じる。このため、この種の強誘電体の結晶体は、圧電変
換用の素子として用いられ、さらに、その素子は、その
圧電変換特性を利用して、加速度、荷重等の物理量を測
定するための検出器の検出素子として使用されている。

【０００３】この場合、前記圧電変換用の素子（以下、
圧電変換用強誘電体素子という）は、通常、例えば図１
７（ａ）に示すように板状に形成された強誘電体の結晶
体ａの表面及び裏面に導体材料から成る一対の圧電変換
用電極ｂ，ｂをそれぞれ蒸着等により固着することによ
り構成される。そして、例えば結晶体ａの表面及び裏面
に平行な方向に剪断力を加えた時にそれに応じて圧電変
換用電極ｂ，ｂ間に生じる電気信号（電荷）を該圧電変
換用電極ｂ，ｂを介して外部に出力する。尚、結晶体ａ
は、例えば単結晶体にあっては、そのインゴットをカッ
ティングして作成される。

【０００４】また、強誘電体セラミックス等の多結晶体
を用いた圧電変換用強誘電体素子にあっては、図１７
（ｂ）に示すように結晶体ｃを超音波加工等によって円
筒形状に製造する場合もある。この場合、結晶体ｃが、
例えばその軸方向に剪断応力を加えた時にそれに応じて
結晶体ｃの径方向に電気信号を生じるように製造され、
その電気信号を外部に出力するための圧電変換用電極
ｄ，ｄが結晶体ｃの内周面及び外周面に固着される。

【０００５】さらに、前述したような圧電変換用強誘電
体素子を、加速度、荷重等の物理量を測定するための検
出器の検出素子として使用する検出器にあっては、加速
度、荷重等の物理量に応じた機械力を前記強誘電体素子
に付与し、それを該素子により電気信号に変換すること
により、該電気信号から間接的に加速度、荷重等の物理
量を測定する。

【０００６】一方、前記強誘電体は、一般に、圧電性に
加えて焦電性という性質をもっており、この焦電性は、
強誘電体の温度のゆらぎ（温度変化）に応じて電気信号
を生じるという性質である。ところが、このような強誘
電体を前述のような圧電変換用強誘電体素子として使用
する場合、該素子に加わる応力に応じた電気信号に加え
て、上記の焦電性によって、温度変化に応じた電気信号
も生成される。そして、このような温度変化に応じた電
気信号は、それが圧電性に基づく電気信号に加わると、
圧電変換の上では雑音信号となるため好ましくない。

【０００７】特に、前記圧電変換用強誘電体素子や、こ
れを用いた検出器を温度変化の比較的大きな環境下で使
用する場合には、上記の焦電性による雑音成分が多くな
って、応力や加速度、荷重等を検出する上で不都合を生
じる。

【０００８】この場合、前記強誘電体にあっては、その
焦電性による電気信号は、該強誘電体の分極軸方向に生
じることが一般に知られている。このため、前記圧電変
換用強誘電体素子を作成する場合には、図１７に示した
ように、一対の圧電変換用電極を固着する結晶体の電極
面が、分極軸方向に平行になるように結晶体を作成す
る。このようにすることで、原理的には、前記素子の圧
電変換用電極間に、強誘電体の焦電性に基づく電気信号
が生じるのが防止され、その焦電性に基づく雑音成分が
排除される。

【０００９】しかしながら、本願発明の発明者等の知見
によれば、上記のように作成した圧電変換用強誘電体素
子であっても、特に温度変化の比較的大きな環境下で
は、強誘電体の焦電性に基づく電気信号が圧電変換用電
極間に加わるのを十分には排除することができず、応力
や加速度、荷重等を検出する上で支障をきたす程度に生
じてしまう場合が多々ある。この理由は、圧電変換用強
誘電体素子の結晶体を作成する際に、インゴットのカッ
ティング方位の精度等、該結晶体の製造精度や製造条件
等に起因して、実際上、圧電変換用電極を固着する電極
面を結晶体の分極軸方向に高精度で平行にすることは困
難であり、このため強誘電体の焦電性に基づく電気信号
が圧電変換用電極間に加わるのを十分には低減すること
ができないためと考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消し、強誘電体の焦電性に基づく雑音信号を可能な
限り十分に排除することができる圧電変換用強誘電体素
子及びそれを用いた加速度センサ等の圧電変換検出器を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の圧電変換用強誘電体素子は、分極軸方向
に略平行な一対の電極面が形成された強誘電体から成る
結晶体と、該一対の電極面にそれぞれ固着された導体材
料から成る一対の圧電変換用電極とにより構成された圧
電変換用強誘電体素子において、前記結晶体の前記分極
軸方向に略垂直に相対する一対の面部を互いに短絡する
導体材料から成る短絡用電極を前記結晶体に固着し、該
短絡用電極を少なくとも前記一対の圧電変換用電極の一
方と絶縁して設けたことを特徴とする。

【００１２】そして、前記結晶体は前記一対の電極面を
表裏面とする板状の結晶体であり、前記各圧電変換用電
極は、その周縁を前記各電極面の周縁から内側に離間さ
せて該電極面に固着され、前記短絡用電極は、前記分極
軸方向に略垂直に相対する一対の面部を含む前記板状の
結晶体の外周面にその全周長にわたって固着されている
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、前記一対の圧電変換用電極及び短
絡用電極は、前記板状の結晶体の全面に固着された導体
材料から成る電極皮膜を前記各電極面の周縁部の位置で
全周にわたって除去することにより形成されていること
を特徴とする。

【００１４】また、前記結晶体は前記一対の電極面を表
裏面とする板状の結晶体であり、前記一対の圧電変換用
電極の一方は、一方の電極面に全面にわたって固着さ
れ、他方の圧電変換用電極は、その側縁が前記結晶体の
分極軸方向に略垂直に相対する一対の面部から離間する
位置で他方の電極面に固着され、前記短絡用電極は、前
記結晶体の分極軸方向に垂直に相対する一対の面部に前
記一方の圧電変換用電極と導通させて固着されているこ
とを特徴とする。

【００１５】また、前記結晶体は、前記分極軸方向に略
平行な軸心を有し、且つ内周面及び外周面を前記一対の
電極面とした円筒形状の多結晶体であり、前記一対の圧
電変換用電極の一方は、前記円筒形状の結晶体の内周面
又は外周面の全周面に固着され、他方の圧電変換用電極
は、該円筒形状の結晶体の外周面又は内周面の両端から
離間した周面部に全周にわたって固着され、前記短絡用
電極は、前記円筒形状の結晶体の前記分極軸方向に略垂
直に相対する両端面に前記一方の圧電変換用電極と導通
させて固着されていることを特徴とする。

【００１６】さらに、前記一対の圧電変換用電極及び短
絡用電極は、前記円筒形状の結晶体の全面に固着された
導体材料から成る電極皮膜を該結晶体の内周面及び外周
面のいずれか一方の両端部の位置で全周にわたって除去
することにより形成されていることを特徴とする。

【００１７】また、前記結晶体は、前記分極軸方向を略
径方向とし、且つ両端面を前記一対の電極面とした円筒
形状の多結晶体であり、前記一対の圧電変換用電極は前
記円筒形状の結晶体の両端面の全面に固着され、前記短
絡用電極は、前記円筒形状の結晶体の内周面及び外周面
に一方の圧電変換用電極から離間した位置で他方の圧電
変換用電極に導通させて該内周面及び外周面の全周にわ
たって固着されていることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の圧電変換検出器は、前記の
目的を達成するために、分極軸方向に略平行な一対の電
極面が形成された強誘電体から成る結晶体と、該一対の
電極面にそれぞれ固着された導体材料から成る一対の圧
電変換用電極とにより構成された圧電変換用強誘電体素
子に、加速度、荷重等の測定対象物理量に応じた機械力
を付与することにより該測定対象物理量に応じた電気信
号を前記一対の圧電変換用電極間に生ぜしめ、該電気信
号により該測定対象物理量を検出する圧電変換検出器に
おいて、前記圧電変換用強誘電体素子の結晶体の前記分
極軸方向に略垂直に相対する一対の面部を互いに短絡す
る導体材料から成る短絡用電極を前記結晶体に固着し、
該短絡用電極を少なくとも前記一対の圧電変換用電極の
一方と絶縁して設けたことを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明の圧電変換用強誘電体素子によれば、前
記結晶体に固着された短絡用電極により、前記分極軸方
向に略垂直に相対する一対の面部が短絡されるため、前
記結晶体を構成する強誘電体の焦電性に基づく温度変化
に応じた電気信号が生じ難くなる。これにより、前記一
対の圧電変換用電極を固着した前記結晶体の電極面が前
記分極軸方向に略平行になっていることと併せて、前記
一対の圧電変換用電極間に強誘電体の圧電性によって生
じる電気信号に、雑音成分となる焦電性に基づく電気信
号が加わるのが防止される。尚、前記短絡電極は、前記
一対の圧電変換用電極のいずれか一方と絶縁されておれ
ば、他方の圧電変換用電極とは導通させておいてもよ
い。この場合には、該他方の圧電変換用電極と短絡電極
とは同電位となる。

【００２０】前記結晶体が前記一対の電極面を表裏面と
する板状の結晶体であるときには、前記各圧電変換用電
極を、その周縁を前記各電極面の周縁から内側に離間さ
せて該電極面に固着し、前記結晶体の分極軸方向に略垂
直に相対する一対の面部を含む外周面にその全周長にわ
たって前記短絡電極を固着することが特に好ましい。こ
のようにすることで、結晶体の分極軸方向に略垂直に相
対する一対の面部を含む外周面の各部がわたって短絡電
極により短絡させることとなり、強誘電体の焦電性に基
づく電気信号の生成が大幅に抑制される。

【００２１】この場合、前記一対の圧電変換用電極及び
短絡用電極は、例えば前記板状の結晶体の全面に固着さ
れた導体材料から成る電極皮膜を前記各電極面の周縁部
の位置で全周にわたって除去することにより容易に形成
される。すなわち、前記結晶体の表裏面の電極面に固着
された電極皮膜によって、前記一対の圧電変換用電極が
形成され、該結晶体の外周面に固着された電極皮膜によ
って、前記短絡電極が形成される。そして、前記各電極
面の周縁部の位置で全周にわたって除去することによ
り、前記一対の圧電変換用電極の周縁が短絡電極から離
間して該短絡電極から電気的に絶縁される。

【００２２】尚、前記結晶体が板状の結晶体である場合
において、前記結晶体の分極軸方向に略垂直に相対する
一対の面部を互いに短絡させるためには、例えば前記一
対の圧電変換用電極の一方を、一方の電極面に全面にわ
たって固着すると共に、他方の圧電変換用電極を、その
側縁が前記結晶体の分極軸方向に略垂直に相対する一対
の面部から離間する位置で他方の電極面に固着し、前記
短絡用電極を、前記結晶体の分極軸方向に垂直に相対す
る一対の面部に前記一方の圧電変換用電極と導通させて
固着してもよい。このようにすると、前記結晶体の分極
軸方向に垂直に相対する一対の面部は、前記短絡用電極
及び一方の圧電変換用電極を介して短絡される。そし
て、他方の圧電変換用電極は、前記短絡電極を固着した
結晶体の分極軸方向に垂直に相対する一対の面部から離
間しているので、該短絡用電極から絶縁される。

【００２３】また、前記結晶体が、前記分極軸方向に略
平行な軸心を有し、且つ内周面及び外周面を前記一対の
電極面とした円筒形状の多結晶体であるときには、前記
一対の圧電変換用電極の一方を、前記円筒形状の結晶体
の内周面又は外周面の全周面に固着すると共に、他方の
圧電変換用電極を、該円筒形状の結晶体の外周面又は内
周面の両端から離間した周面部に全周にわたって固着
し、前記短絡用電極を、前記円筒形状の結晶体の前記分
極軸方向に略垂直に相対する両端面に前記一方の圧電変
換用電極と導通させて固着する。このようにすることに
より、分極軸方向に略垂直に相対する結晶体の両端面が
それに固着された短絡電極と、該短絡電極と導通する前
記一方の圧電変換用電極とを介して短絡される。そし
て、前記他方の圧電変換用電極は、短絡用電極から離間
して絶縁される。

【００２４】この場合、前記一対の圧電変換用電極及び
短絡用電極は、例えば前記円筒形状の結晶体の全面に固
着された導体材料から成る電極皮膜を該結晶体の内周面
及び外周面のいずれか一方の両端部の位置で全周にわた
って除去することにより容易に形成される。すなわち、
前記結晶体の内周面及び外周面の電極面に固着された電
極皮膜によって、前記一対の圧電変換用電極が形成さ
れ、該結晶体の両端面に固着された電極皮膜によって、
前記短絡電極が形成される。そして、該結晶体の内周面
及び外周面のいずれか一方の両端部の位置で全周にわた
って除去することにより、前記結晶体の内周面及び外周
面のいずれか一方に固着された圧電変換用電極が短絡電
極から絶縁される。また、他方の圧電変換用電極は前記
短絡電極と導通した状態に保持される。

【００２５】尚、前記結晶体を円筒形状の多結晶体とし
た場合において、分極軸方向を該結晶体の径方向とした
場合には、前記一対の圧電変換用電極を固着する電極面
は、該結晶体の両端面となる。従って、この場合には、
分極軸方向に略垂直に相対する面部は結晶体の内周面及
び外周面であり、それらの内周面及び外周面を互いに短
絡するためには、該内周面及び外周面に短絡電極を固着
すると共に、それを結晶体の両端面に固着された一対の
圧電変換用電極のいずれか一方のみに導通させる。これ
により、結晶体の内周面及び外周面は、それらに固着さ
れた短絡電極と、これに導通する一方の圧電変換用電極
とを介して互いに短絡される。

【００２６】次に、本発明の圧電変換検出器によれば、
前記測定対象物理量に応じた電気信号を出力する前記圧
電変換用強誘電体素子の結晶体に前記短絡電極を固着し
たことにより、前述の本発明の圧電変換用強誘電体素子
の作用に従って、測定対象物理量の検出に際して雑音成
分となる焦電性に基づく電気信号が、測定対象物理量に
応じた電気信号に加わるのが防止される。

【００２７】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の圧電変換用強誘電体素子の第１実
施例を図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図１
（ａ）は本実施例の圧電変換用強誘電体素子の平面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【００２８】図１（ａ），（ｂ）を参照して、本実施例
の圧電変換用強誘電体素子１は、強誘電体から成る方形
板状の結晶体２と、結晶体２に固着された一対の圧電変
換用電極３及び短絡用電極４とにより構成されている。

【００２９】結晶体２は、例えば強誘電体であるニオブ
酸リチウム（LiNbO₃）単結晶体のインゴット（図示せ
ず）を、図１に示すように設定した空間座標系において
Ｘカット（Ｘ軸に垂直な面でカッティングすること。Ｙ
軸に垂直な面でカッティングするＹカットでもよい）す
ることにより、結晶体２の表裏面２ａ，２ｂ（図１
（ｂ）において上面及び下面）を形成し、それを方形状
に形成したものである。この場合、座標系は、そのＺ軸
をニオブ酸リチウム単結晶体の分極軸方向に向けて設定
され、結晶体２の表裏面２ａ，２ｂはその分極軸方向
（Ｚ軸方向）にほぼ平行とされている。

【００３０】前記圧電変換用電極３ａ，３ｂは、結晶体
２の表裏面２ａ，２ｂを電極面２ａ，２ｂとしてそれぞ
れ該電極面２ａ，２ｂに薄膜状に固着されている。この
場合、圧電変換用電極３ａ，３ｂは、例えば導体材料で
ある銀（金やクロム、アルミニウム等でもよい）を蒸
着、メッキ及び焼き付けにより結晶体２の電極面（表裏
面）２ａ，２ｂに固着したものである。そして、上記蒸
着やメッキに際して、例えば結晶体２の電極面２ａ，２
ｂの周縁部を全周にわたってマスキングしておくことに
より、圧電変換用電極３ａ，３ｂは、その周縁が結晶体
２の電極面２ａ，２ｂの周縁から内側に離間するように
設けられている。

【００３１】前記短絡用電極４は、結晶体２の外周面の
全面にその全周長にわたって薄膜状に固着されている。
これにより、結晶体２の分極軸方向（Ｚ軸方向）にほぼ
垂直に相対する一対の面部２ｃ，２ｃを含めて結晶体２
の外周面の全面がその全周長にわたって短絡用電極４に
より互いに短絡されている。尚、この短絡用電極４は、
圧電変換用電極３ａ，３ｂと同様に、導体材料である銀
等を蒸着、メッキ及び焼き付けにより結晶体２の外周面
に固着したものである。

【００３２】かかる圧電変換用強誘電体素子１において
は、前記短絡用電極４を上記のように設けたことによっ
て、温度変化の比較的大きな環境下で使用した場合に、
圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に、強誘電体である結晶体
２の焦電性に基づく電気信号（以下、焦電出力という）
が加わるのが大幅に低減される。これについては、詳細
を後述する。

【００３３】尚、本実施例の圧電変換用強誘電体素子１
は、ニオブ酸リチウム単結晶のＸカット板を用いたが、
Ｙカット板（インゴットをＹ軸に垂直な面でカッティン
グしたもの）を用いてもよく、あるいは、剪断型圧電セ
ラミックスであってもよい。そして、このような圧電変
換用強誘電体素子１にあっては、その結晶体２に例えば
Ｚ軸方向に剪断力を加えると、それに応じた電気信号が
ニオブ酸リチウム単結晶体である結晶体２の圧電性によ
って、圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に顕著に生じる。従
って、圧電変換用強誘電体素子１は、Ｚ軸方向に加わる
剪断力をそれに応じた電気信号に変換して、それを圧電
変換用電極３ａ，３ｂから外部に取り出して検出する場
合に適する。尚、圧電セラミックスの場合、分極軸方向
だけが異方性をもつので、Ｘ軸、Ｙ軸の区別はなくな
る。 〔実施例２〕次に、本発明の圧電変換用強誘電体素子の
第２実施例を図２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図２（ａ）は本実施例の圧電変換用強誘電体素子の平面
図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図であ
る。

【００３４】本実施例の圧電変換用強誘電体素子５は、
前記実施例１のものと形状が相違するもので、その本体
部である結晶体２を円板形状に形成したものである。こ
の場合、結晶体２は、例えば実施例１と同様に、ニオブ
酸リチウム単結晶体のインゴット（図示せず）を、その
分極軸方向をＺ軸方向としてＸカット（Ｙカットでもよ
い）して作成され、その表裏面２ａ，２ｂが分極軸方向
とほぼ平行に形成されている。そして、実施例１のもの
と同様に、該結晶体２の表裏面の電極面２ａ，２ｂには
圧電変換用電極３ａ，３ｂを固着し、さらに、結晶体２
の分極軸方向にほぼ垂直に相対する一対の面部２ｃ，２
ｃ（この場合は円弧面となる）を含めて結晶体２の外周
面全面に、短絡用電極４を固着している。両圧電変換用
電極３ａ，３ｂは、その周縁が結晶体２の表裏面の電極
面２ａ，２ｂの周縁から内側に離間して、短絡用電極４
から絶縁されている。

【００３５】かかる圧電変換用強誘電体素子５において
も、後述するように圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に焦電
出力が加わるのが低減される。 〔実施例３〕次に、本発明の圧電変換用強誘電体素子の
第３実施例を図３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図３（ａ）は本実施例の圧電変換用強誘電体素子の平面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図
である。

【００３６】本実施例の圧電変換用強誘電体素子６は、
前記実施例１のものと基本的構成は同一のもので、大略
方形板状に形成された結晶体２の分極軸方向にほぼ平行
な表裏面の電極面２ａ，２ｂに圧電変換用電極３ａ，３
ｂが固着され、該結晶体２の外周面にその全周長にわた
って短絡用電極４が固着されている。この場合、圧電変
換用電極３ａ，３ｂは、その周囲の結晶体２の表裏面の
電極面２ａ，２ｂの周縁部に全周にわたって形成された
傾斜した面取り部２ａｍ，２ｂｍを介して結晶体２の外
周面の短絡用電極４と離間し、該短絡用電極４から絶縁
されている。

【００３７】この圧電変換用強誘電体素子６は、次のよ
うに作成されている。すなわち、例えば実施例１と同様
に、ニオブ酸リチウム単結晶体のインゴット（図示せ
ず）を、その分極軸方向をＺ軸方向としてＸカット（Ｙ
カットでもよい）することにより、方形板状の結晶体２
ｘ（図３（ｂ）に仮想線で示す）を作成し、それの全面
（表裏面及び外周面）に蒸着やメッキにより銀等から成
る電極皮膜２ｙ（図３（ｂ）に仮想線で示す）を固着す
る。そして、このように全面に電極皮膜２ｙを固着した
方形板状の結晶体２ｘの表裏面の周縁部（前記面取り部
２ａｍ，２ｂｍの箇所）を図３に示すように全周にわた
って面取りすることにより、その周縁部の電極皮膜２ｙ
を除去する。これにより、結晶体２の表裏面の電極面２
ａ，２ｂに圧電変換用電極３ａ，３ｂが形成されると共
に、結晶体２の外周面にその全周長にわたって圧電変換
用電極３ａ，３ｂと離間して絶縁された短絡用電極４が
形成される。このようにすることで、前記実施例１のも
のと同様の構成の圧電変換用強誘電体素子６を容易に作
成することができる。

【００３８】そして、かかる圧電変換用強誘電体素子６
にあっても、後述するように圧電変換用電極３ａ，３ｂ
間に焦電出力が加わるのが低減される。

【００３９】尚、本実施例の圧電変換用強誘電体素子６
の結晶体２は、略方形板状のものとしたが、前記実施例
２のものと同様に、円板形状としてもよいことはもちろ
んである。この場合には、図２に示したような円板形状
の結晶体の全面に電極皮膜を固着した後、該結晶体の表
裏面の周縁部の位置で全周にわたって面取りして電極皮
膜を除去すればよい。 〔実施例４〕次に、本発明の圧電変換用強誘電体素子の
第４実施例を図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図４（ａ）は本実施例の圧電変換用強誘電体素子の斜視
図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図であ
る。

【００４０】本実施例の圧電変換用強誘電体素子７の本
体部である結晶体２は前記実施例１と同一の方形板状の
ものであり、その結晶体２の表裏面の電極面２ａ，２ｂ
に圧電変換用電極３ａ，３ｂが固着され、結晶体２の分
極軸方向にほぼ垂直な面部２ｃ，２ｃの全面にそれぞれ
短絡用電極４，４が固着されている。この場合、結晶体
２の裏面２ｂの圧電変換用電極３ｂは、該裏面２ｂの全
面にわたって固着され、短絡用電極４，４と一体に導通
されている。従って、結晶体２の分極軸方向にほぼ垂直
な面部２ｃ，２ｃは、それらに固着された短絡用電極
４，４と圧電変換用電極３ｂとを介して互いに短絡され
ている。また、結晶体２の表面２ａの圧電変換用電極３
ａは、その両側縁が上記面部２ｃ，２ｃから離間されて
おり、短絡用電極４，４から絶縁されている。尚、圧電
変換用電極３ａの分極軸方向とほぼ平行な前後縁は、図
４（ａ）に示すように結晶体２の表面２ａの前後辺部ま
で延設されている。

【００４１】かかる圧電変換用強誘電体素子７にあって
も、分極軸方向にほぼ垂直な面部２ｃ，２ｃが互いに短
絡されるため、後述するように圧電変換用電極３ａ，３
ｂ間に焦電出力が加わるのが低減される。 〔実施例５〕次に、本発明の圧電変換用強誘電体素子の
第５実施例を図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図５（ａ）は本実施例の圧電変換用強誘電体素子の斜視
図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。

【００４２】本実施例の圧電変換用強誘電体素子８の本
体部である結晶体２は前記実施例１と同一の方形板状の
ものであり、その結晶体２の表裏面の電極面２ａ，２ｂ
に圧電変換用電極３ａ，３ｂが固着されている。また、
結晶体２の外周面の分極軸方向にほぼ垂直な面部２ｃ，
２ｃと、これらの面部２ｃ，２ｃに直角に連なる一つの
面部２ｄとに、略コ字形に連続した短絡用電極４が固着
され、これにより、面部２ｃ，２ｃが面部２ｄの箇所を
介して互いに短絡されている。この場合、圧電変換用電
極３ａ，３ｂは、短絡用電極４が固着された面部２ｃ，
２ｃ，２ｄから離間して該短絡用電極４から絶縁され、
また、結晶体２の外周面の短絡用電極４が固着されてい
ない面部２ｅ側は、該面部２ｅの位置まで延設されてい
る。

【００４３】かかる圧電変換用強誘電体素子８にあって
も、分極軸方向（Ｚ軸方向）にほぼ垂直な面部２ｃ，２
ｃが互いに短絡されるため、後述するように圧電変換用
電極３ａ，３ｂ間に焦電出力が加わるのが低減される。 〔実施例６〕次に、本発明の圧電変換用強誘電体素子の
第６実施例を図６を参照して説明する。図６は本実施例
の圧電変換用強誘電体素子の一部を破断した斜視図であ
る。

【００４４】本実施例の圧電変換用強誘電体素子９の本
体部である結晶体１０は例えば多結晶体である強誘電体
セラミックスから円筒形状に形成したものである。この
場合、結晶体１０は、例えばあらかじめ図６に示す分極
軸方向に電圧を付与して該分極軸方向に分極を生ぜしめ
た強誘電体セラミックス素材（図示せず）を、その分極
軸方向を軸心として超音波加工等によって円筒形状に加
工することにより作成されている。

【００４５】そして、結晶体１０の分極軸方向にほぼ平
行な内周面１０ａ及び外周面１０ｂを圧電変換用の電極
面として、該内周面１０ａ及び外周面１０ｂにそれぞれ
円筒薄膜状の圧電変換用電極１１ａ，１１ｂが蒸着やメ
ッキにより固着されている。さらに、分極軸方向にほぼ
垂直に相対する結晶体１０の一対の面部である該結晶体
１０の両端面１０ｃ，１０ｃ（図６の上下端面）には、
それらの全面に短絡用電極１２，１２が蒸着やメッキ等
によって固着されている。

【００４６】この場合、外周面１０ｂの圧電変換用電極
１１ｂは、該外周面１０ｂの全面にわたって固着され
て、短絡用電極１２，１２と一体に導通されており、こ
れにより、結晶体１０の分極軸方向にほぼ垂直に相対す
る結晶体１０の一対の面部（両端面）１０ｃ，１０ｃが
短絡用電極１２，１２及び圧電変換用電極１１ｂを介し
て互いに短絡されている。

【００４７】また、内周面１０ａの圧電変換用電極１１
ａは、その両端（上下端）が結晶体１０の両端面１０
ｃ，１０ｃから離間する位置で、内周面１０ａの全周に
わたって固着されており、短絡用電極１２，１２から絶
縁されている。

【００４８】かかる圧電変換用強誘電体素子９にあって
は、例えば結晶体１０の軸心方向に剪断力を付与する
と、内周面１０ａに固着した圧電変換用電極１１ａと外
周面１０ｂに固着した圧電変換用電極１１ｂとの間にそ
の剪断力に応じた電気信号（電荷）が生じ、それを圧電
変換用電極１１ａ，１１ｂから外部に取り出すことで、
結晶体１０の軸方向に加わった剪断力を検出することが
できる。

【００４９】そして、この際、分極軸方向にほぼ垂直に
相対する結晶体１０の一対の面部（両端面）１０ｃ，１
０ｃが短絡用電極１２，１２及び圧電変換用電極１１ｂ
を介して互いに短絡されていることによって、後述する
ように圧電変換用電極１１ａ，１１ｂ間に焦電出力が加
わるのが低減される。 〔実施例７〕次に本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
７実施例を図７を参照して説明する。図７は本実施例の
圧電変換用強誘電体素子の縦断面図である。

【００５０】本実施例の圧電変換用強誘電体素子１３
は、前記実施例６のものと基本的構成は同一のもので、
略円筒形状に形成された強誘電体セラミックスの結晶体
１０の分極軸方向（軸心方向）にほぼ平行な内周面１０
ａ及び外周面１０ｂにそれぞれ圧電変換用電極１１ａ，
１１ｂが固着され、該結晶体１０の分極軸方向にほぼ垂
直に相対する結晶体１０の一対の面部である該結晶体１
０の両端面１０ｃ，１０ｃには、短絡用電極１２，１２
が固着されている。外周面１０ｂの圧電変換用電極１１
ｂと短絡用電極１２，１２は、第６実施例と同様に一体
に導通され、これにより結晶体１０の分極軸方向にほぼ
垂直に相対する結晶体１０の一対の面部（両端面）１０
ｃ，１０ｃが短絡用電極１２，１２及び圧電変換用電極
１１ｂを介して互いに短絡されている。

【００５１】そして、この場合、内周面１０ａの圧電変
換用電極１１ａは、該内周面１０ａの両端部にすり鉢状
に形成された面取り部１０ａｍ，１０ａｍを介して短絡
用電極１２，１２と離間して該短絡用電極１２，１２か
ら絶縁されている。

【００５２】この圧電変換用強誘電体素子１３は、円筒
形状に形成された結晶体１０ｘ（図７に仮想線で示す）
の全面に銀等の電極皮膜１０ｙを蒸着やメッキにより固
着した後、その内周面の両端部（面取り部１０ａｍ，１
０ａｍの箇所）を面取りして、その箇所の電極皮膜１０
ｙを除去することにより作成したものである。このよう
にすることで、前記実施例６のものと同様の構成の圧電
変換用強誘電体素子１３を容易に作成することができ
る。

【００５３】そして、かかる圧電変換用強誘電体素子１
３にあっても、分極軸方向にほぼ垂直に相対する結晶体
１０の一対の面部（両端面）１０ｃ，１０ｃが短絡用電
極１２，１２及び圧電変換用電極１１ｂを介して互いに
短絡されていることによって、圧電変換用電極１１ａ，
１１ｂ間に焦電出力が加わるのが低減される。

【００５４】尚、本実施例と前記実施例６のものとで
は、結晶体１０の両端面１０ｃ，１０ｃの短絡用電極１
２，１２と外周面１０ｂの圧電変換用電極１１ｂとを導
通させるようにしたが、これと逆に、内周面１０ａの圧
電変換用電極１１ａと短絡用電極１２，１２とを導通さ
せ、外周面１０ｂの圧電変換用電極１１ｂと短絡用電極
１２，１２とを離間させて絶縁するようにしてもよい。 〔実施例８〕次に本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
８実施例を図８を参照して説明する。図８は本実施例の
圧電変換用強誘電体素子の一部を破断した斜視図であ
る。

【００５５】本実施例の圧電変換用強誘電体素子１４の
本体部である結晶体１５は、前記実施例６，７のものと
同様に、強誘電体セラミックスにより円筒形状に形成し
たものである。この場合、結晶体１５の分極軸方向は、
該結晶体１５の内周面１５ｃ及び外周面１５ｄ間に電圧
を付与することで、図示のように結晶体１５の軸心部か
ら放射状に該結晶体１５の径方向に向けられている。

【００５６】そして、分極軸方向とほぼ平行な結晶体１
５の両端面１５ａ，１５ｂを圧電変換用の電極面として
それらの両端面１５ａ，１５ｂの全面に圧電変換用電極
１６ａ，１６ｂが固着されている。さらに、結晶体１５
の分極軸方向とほぼ垂直に相対する面部である内周面１
５ｃ及び外周面１５ｄには、円筒薄膜状の短絡用電極１
７ｃ，１７ｄが固着されている。この場合、短絡用電極
１７ｃ，１７ｄの圧電変換用電極１６ａ側の上端は、結
晶体１５の上端面１５ａの位置まで延在して圧電変換用
電極１６ａと一体に導通されている。これにより、分極
軸方向とほぼ垂直に相対する内周面１５ｃ及び外周面１
５ｄが短絡用電極１７ｃ，１７ｄ及び圧電変換用電極１
６ａを介して互いに短絡されている。また、短絡用電極
１７ｃ，１７ｄの圧電変換用電極１６ｂ側の下端は、結
晶体１５の下端面１５ｂの圧電変換用電極１６ｂから全
周にわたって離間され、該圧電変換用電極１６ｂから絶
縁されている。

【００５７】かかる圧電変換用強誘電体素子１４にあっ
ても、分極軸方向にほぼ垂直に相対する結晶体１５の内
周面１５ｃ及び外周面１５ｄが短絡用電極１７ｃ，１７
ｄ及び圧電変換用電極１６ａを介して互いに短絡されて
いることによって、圧電変換用電極１６ａ，１６ｂ間に
焦電出力が加わるのが低減される。

【００５８】尚、本実施例では、短絡用電極１７ｃ，１
７ｄと圧電変換用電極１６ａとを導通させるようにした
が、これと逆に短絡用電極１７ｃ，１７ｄと圧電変換用
電極１６ｂとを導通させ、短絡用電極１７ｃ，１７ｄと
圧電変換用電極１６ａとを離間させて絶縁するようにし
てもよい。また、圧電変換用電極１６ａ及び１６ｂ共に
短絡用電極１７ｃ及び１７ｄから離間絶縁させて、短絡
用電極１７ｃ及び１７ｄをリード線で接続し、導通させ
てもよい。 〔焦電出力に関する実験について〕次に、前述の各実施
例１乃至８のうちのいくつかの実施例の圧電変換用強誘
電体素子について、本願発明者等が行った実験について
図９乃至図１４を参照して説明する。図９は本実験にお
いて使用した装置のシステム構成図、図１０乃至図１４
は本実験による測定データを示す線図である。

【００５９】まず、本実験において使用した装置構成を
簡単に説明する。図９を参照して、本実験装置は、電熱
ヒータ１８を内蔵した恒温槽１９と、この恒温槽１９の
内部の収容部１９ａの温度を制御する温度コントローラ
２０とを備え、該温度コントローラ２０は、恒温槽１９
に取付けられた温度センサ２１により収容部１９ａの温
度を監視しつつ該収容部１９ａの温度を適宜の設定温度
に電熱ヒータ１８を介して制御する。収容部１９ａ内に
は、外来ノイズを排除するためのシールド容器２２が収
容されている。このシールド容器２２内には、前記圧電
変換用強誘電体素子１等、実験に際して作成した圧電変
換用強誘電体素子（図９では参照符号２３を付する）を
恒温槽１９の蓋１９ｂを開けて収容し、該圧電変換用強
誘電体素子２３の一対の圧電変換用電極にハンダ付けに
より取着された一対のリード線２４，２４を、閉じた蓋
１９ｂと恒温槽１９の本体部との間を通して外部に導出
するようになっている。そして、リード線２４，２４
は、圧電変換用強誘電体素子２３の圧電変換用電極間の
出力を増幅するチャージアンプ２５（プリアンプ）に接
続されており、該チャージアンプ２５の出力側がレコー
ダ２６やシンクロスコープ２７に接続されている。この
場合、チャージアンプ２５は、その低域遮断周波数が
０．００３Ｈｚ、０．０３Ｈｚ、０．３Ｈｚ及び３Ｈｚ
の４段に切換可能なもので、低域遮断周波数０．３Ｈｚ
は、この種の圧電変換用強誘電体素子２３を使用する加
速度センサ等の検出器において通常的に必要とされる周
波数の下限である。尚、チャージアンプ２５の高域特性
は１００ｋＨｚで−０．５ｄＢである。

【００６０】このような装置を用いて、本願発明者等は
次のような実験を行った。

【００６１】〔実験１〕前記実施例１の圧電変換用強誘
電体素子１（図１参照）を作成し、その圧電変換用電極
３ａ，３ｂにハンダ付けによりリード線２４，２４を取
着した。そして、その圧電変換用強誘電体素子１を、２
４°Ｃに温調制御された大気中から、あらかじめ１５０
°Ｃの内部温度に制御した恒温槽１９内のシールド容器
２２内に蓋１９ｂを開けて収容した後、蓋１９ｂを素早
く閉じて封入し、圧電変換用強誘電体素子１を恒温槽１
９内で昇温した。この時の圧電変換用強誘電体素子１の
出力の変化をレコーダ２６に記録すると共にシンクロス
コープ２７により観測した。レコーダ２６に記録された
圧電変換用強誘電体素子１の出力の変化の様子を図１０
に示す。

【００６２】また、これと比較するために、前記図１７
（ａ）に示した短絡用電極を備えない従来の圧電変換用
強誘電体素子を作成し、上記と同じ条件の基で同様の実
験を行った。この時、レコーダ２６に記録された圧電変
換用強誘電体素子の出力の変化の様子を図１１に示す。

【００６３】尚、本実験１に使用した圧電変換用強誘電
体素子１は、前述の通りその結晶体２をニオブ酸リチウ
ム単結晶体のインゴットからその分極軸方向をＺ軸方向
としてＸカットによって作成し、それに圧電変換用電極
３ａ，３ｂ及び短絡用電極４を固着したものである。作
成した圧電変換用強誘電体素子１のサイズは１０×１０
×０．３（ｍｍ）である。比較のために作成した従来の
圧電変換用強誘電体素子も同様である。

【００６４】また、図１０及び図１１において、縦軸は
チャージアンプ２５の出力電圧で、圧電変換用強誘電体
素子の出力電荷に比例した長さとなっている（単位はｐ
Ｃ（ピコクーロン））。図１０を参照して明らかなよう
に、前記実施例１の圧電変換用強誘電体素子１にあって
は、それを恒温槽１９内に収容した初期において、急激
な温度変化による結晶体２の焦電性によって、多少の焦
電出力（＋側の最大値が４ｐＣ、−側の最小値が−６ｐ
Ｃ）が圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に発生する様子が見
られるものの、その後は、ほとんど焦電出力が見られな
い（最大で０．５ｐＣ程度）。尚、図１０の時間範囲Ｔ
での出力は、実施例１の圧電変換用強誘電体素子１を恒
温槽１９内に収容した直後において圧電変換用強誘電体
素子１が揺れ動くことによって生じた圧電変換出力であ
る。

【００６５】これに対して、図１１を参照して明らかな
ように、前記図１７（ａ）の従来の圧電変換用強誘電体
素子にあっては、比較的大きな正負の焦電出力（＋側の
最大値が２６３ｐＣ、−側の最小値が−３５２ｐＣ）が
インパルス状に生成されており、このような焦電出力
は、当然、圧電変換による応力測定等に際しては好まし
くないノイズ成分となる。

【００６６】このことから明らかなように、前記実施例
１のように結晶体１の外周面に短絡用電極４を固着する
ことが（図１参照）、温度変化に起因する圧電変換用電
極３ａ，３ｂ間の焦電出力を低減する上で極めて有効で
あることが判る。このように、本発明の実施例のもので
焦電出力が低減する理由については後述する。

【００６７】尚、本願発明者等は、前記チャージアンプ
２５の低域遮断周波数を０．００３Ｈｚ（入力時定数は
５３秒）とした場合についても、上記と同様の昇温実験
（２４°Ｃから１５０°Ｃへの昇温）を行った。この実
験によるデータはここでは図示を省略するが、この時の
圧電変換用強誘電体素子の出力は、実施例１の圧電変換
用強誘電体素子１にあっては、昇温初期を除いて緩やか
に漸増し（最大値は＋３００ｐＣ）、従来の圧電変換用
強誘電体素子にあっては、階段状に増加していく（最大
値は＋２７００ｐＣ）という現象を確認した。この現象
は、図１０及び図１１のデータと整合する。すなわち、
前述のようにチャージアンプ２５の低域遮断周波数を
０．３Ｈｚ（入力時定数は０．５３秒）とした場合の出
力は、チャージアンプ２５の低域遮断周波数を０．００
３Ｈｚ（入力時定数は５３秒）とした場合の出力を微分
したものとなる。このため、チャージアンプ２５の低域
遮断周波数を０．００３Ｈｚとした場合に緩やかに漸増
する実施例１の圧電変換用強誘電体素子１の出力は、チ
ャージアンプ２５の低域遮断周波数を０．３Ｈｚとした
場合には、それが微分されることで図１０に示したよう
にさほど変動を生じないものとなる。これに対して、チ
ャージアンプ２５の低域遮断周波数を０．００３Ｈｚと
した場合に階段状に増加する従来の圧電変換用強誘電体
素子の出力は、チャージアンプ２５の低域遮断周波数を
０．３Ｈｚとした場合には、階段状の出力が微分される
ことで図１１に示したようにインパルス状の出力とな
る。

【００６８】〔実験２〕本願発明者等は、前記実施例１
の圧電変換用強誘電体素子１（図１参照）と、前記実施
例３の圧電変換用強誘電体素子６（図３参照）と、前記
実施例４の圧電変換用強誘電体素子７（図４参照）とを
それぞれ２個ずつ（実施例３のものは３個）作成して前
記リード線２４，２４を取付け、そのそれぞれについ
て、前記実験装置の恒温槽１９内で、１００°Ｃ、１５
０°Ｃ、２００°Ｃの３種類の温度に加熱した後、各圧
電変換強誘電体素子１，６，７を２４°Ｃに温調制御さ
れた大気中に素早く取り出して降温した。そして、この
時の各圧電変換用強誘電体素子１，６，７の出力を前記
チャージアンプ２５（低域遮断周波数：０．３Ｈｚ）及
びレコーダ２６、シンクロスコープ２７を用いて前記実
験１と同様に計測した。この場合の各圧電変換用強誘電
体素子１，６，７の結晶体の作成方法や材質は前記実験
１のものと同じでありサイズは１０×１０×０．５（ｍ
ｍ）である。

【００６９】そして、かかる実験においてレコーダ２６
により得られたデータを基に、各圧電変換用強誘電体素
子１，６，７の焦電出力の＋側の最大値と−側の最小値
を求め、さらにそれらの最大値及び最小値の絶対値の和
を焦電出力の度合いを示すパラメータとして求めた。そ
れをグラフ化したものを各種類の圧電変換用強誘電体素
子１，６，７について図１２乃至図１４に示す。

【００７０】また、これと比較するために前記図１７
（ａ）に示した従来の圧電変換用強誘電体素子を２個作
成し、それについても、上記と同じ条件下で同様の実験
を行った。サイズや材質は実施例１，３，５のものと同
一である。そして、この時、得られたデータに基づいて
焦電出力の最大値及び最小値の絶対値の和を求め、それ
を図１２乃至図１４に併せてグラフ化して示した。

【００７１】尚、図１２乃至図１４において、縦軸は、
焦電出力の最大値（＋側）及び最小値（−側）の絶対値
の和、横軸は前記の降温による温度変化分である。本実
験では、降温による温度変化は、７６°Ｃ（１００°Ｃ
−２４°Ｃ）、１２６°Ｃ（１５０°Ｃ−２４°Ｃ）、
１７６°Ｃ（２００°Ｃ−２４°Ｃ）の３種類である。

【００７２】図１２及び図１３を参照して明らかなよう
に、結晶体２の外周面のその全面にわたって短絡用電極
４を固着した前記実施例１及び３のもの（図１及び図３
参照）では、従来のものに較べて温度変化による焦電出
力が大幅に低減することが判る。

【００７３】また、図１４を参照して明らかなように、
結晶体２の分極軸方向にほぼ垂直に相対する面部２ｃ，
２ｃ同士のみを互いに短絡した前記実施例４のもの（図
４参照）においては、実施例１及び３のものに較べて焦
電出力は大きくなるものの、従来のものに較べると焦電
出力が低減することが判る。

【００７４】尚、図１２乃至図１４に見られるように、
同じ種類の圧電変換用強誘電体素子であっても、焦電出
力は多少のばらつきを生じている。

【００７５】このように前記実施例１，３，４の圧電変
換用強誘電体素子１，６，７において従来のものに較べ
て焦電出力が低減する理由は次のように考えられる。す
なわち、前記図１７（ａ）を参照して、温度変化による
焦電出力は基本的には結晶体ａの分極軸方向に生じるの
で、従来のものでは、結晶体ａの圧電変換用電極ｂ，ｂ
を固着した表裏面の電極面が分極軸方向に完全に平行で
あれば原理的には圧電変換用電極ｂ，ｂ間に焦電出力は
生じないはずである。しかるに、結晶体ａの製造精度等
に起因して、結晶体ａの表裏面の電極面は必ずしも分極
軸方向に完全に平行にならず、このために、圧電変換用
電極ｂ，ｂ間に前記図１１や図１２乃至図１４に示した
ように温度変化による焦電出力が生じるものと考えられ
る。

【０ 【００７６】これに対して、前記実施例４の圧電変換用
強誘電体素子７（図４参照）においては、焦電出力が生
じる分極軸方向にほぼ垂直な結晶体２の面部２ｃ，２ｃ
が短絡電極４及びこれと導通する圧電変換用電極３ｂに
より短絡されているため、温度変化による焦電出力の発
生が抑制され、それによって、圧電変換用電極３ａ，３
ｂ間に焦電出力が生じるのが従来のものに較べて低減す
るものと考えられる。このことは、焦電出力が生じる分
極軸方向にほぼ垂直な結晶体の面部同士を互いに短絡し
た構成を有する前記実施例５のもの（図５参照）や、さ
らには、強誘電体セラミックスの多結晶体により結晶体
を円筒形に形成した前記実施例６乃至８のもの（図６乃
至図８参照）についても同様であり、分極軸方向にほぼ
垂直な結晶体の面部同士を互いに短絡することで焦電出
力が低減する。

【００７７】但し、例えば前記実施例４のもの（図４参
照）において、短絡電極４により短絡した面部２ｃ，２
ｃは、やはり、製造精度等に起因して分極軸方向と完全
に垂直になっているとは限らず、このために、該面部２
ｃ，２ｃ同士のみを短絡した実施例４のものにおいて
は、該面部２ｃ，２ｃと直交しない方向の焦電出力成分
が抑制されず、それによって、図１４に示したようにあ
る程度の焦電出力が圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に生じ
るものと考えれる。

【００７８】これに対して、前記実施例１及び３のもの
では、分極軸方向にほぼ垂直な面部２ｃ，２ｃを含めて
結晶体の全外周面が短絡電極４によって短絡されている
ため（図１及び図３参照）、分極軸方向にほぼ垂直な面
部２ｃ，２ｃに直交しない方向の焦電出力成分もその発
生が抑制され、これによって、前記図１２及び図１３に
示したように、焦電出力が大幅に低減するものと考えら
れる。このことは、短絡電極４を結晶体２の全外周面に
固着した前記実施例２のものにおいても同様であり、圧
電変換用電極３ａ，３ｂ間の焦電出力を大幅に低減する
ことができる。

【００７９】尚、前記実施例１乃至５のものにおいて
は、結晶体２をニオブ酸リチウム単結晶体を、その分極
軸方向をＺ軸としてＸカットすることにより作成した
が、Ｙカット（Ｙ軸に垂直な面でカットすること）によ
り結晶体を作成するようにしてもよい。この場合には、
図１乃至図５に記載したＸ軸がＹ軸に置き換えられ、Ｙ
軸が−Ｘ軸に置き換えられ、電極等の構成は、図１乃至
図５のものと同一でよい。そして、この場合には結晶体
の厚みに沿って剪断力を加えたときに、圧電性によって
圧電変換用電極間に顕著な電気信号が生成される。

【００８０】また、前記実施例１乃至５のものにおいて
は、結晶体２をニオブ酸リチウム単結晶体により構成し
たが、これに限らず、タンタル酸リチウム単結晶体等、
他の強誘電体を用いてもよい。さらには、強誘電体セラ
ミックス等の多結晶体を用いることも可能である。 〔圧電変換検出器の実施例〕次に、本発明の圧電変換検
出器の一例を図１５を参照して説明する。図１５は本実
施例の圧電変換検出器の説明的断面図である。

【００８１】同図を参照して、本実施例の圧電変換検出
器２８は、加速度センサであり、基体２９と、該基体２
９上に固設されたハウジング３０とを備え、ハウジング
３０内には、例えば前記実施例１の圧電変換用強誘電体
素子１が４個収容されている。

【００８２】基体２９の中央部には、ハウジング３０内
に向かって導体材料から成る支柱３１が突設され、この
支柱３１の上部には、該支柱３１から両側に水平方向に
延在する導体材料から成るロッド３２がその中央部に形
成されたネジ部３２ｘを介して支柱３１に螺着されてい
る。この螺着により、支柱３１とロッド３２とは電気的
に導通されている。

【００８３】支柱３１から両側に突出した上記ロッド３
２の突出部３２ａ，３２ａには、それぞれ２個の圧電変
換用強誘電体素子１，１がそれらの中央部に穿設された
取付穴３３を介して垂直姿勢で外挿され、さらに、これ
らの圧電変換用強誘電体素子１，１の間で電極板３４が
垂直姿勢で突出部３２ａに外挿されている。そして、ロ
ッド３２の各端部には、導体材料から成る負荷重量体３
５が支柱３１との間に２個の圧電変換用強誘電体素子
１，１と電極板３４とを挟持するようにして装着されて
いる。

【００８４】さらに詳細には、支柱３１の右側におい
て、支柱３１寄りの圧電変換用強誘電体素子１は、その
一対の圧電変換用電極３ａ，３ｂのうち、例えば圧電変
換用電極３ｂを接地極として支柱３１側に向けてロッド
３２の突出部３２ａに外挿され、さらに、支柱３１との
間に介装された導体材料から成るスペーサ３６を介して
圧電変換用電極３ｂが支柱３１に接触されて電気的に導
通されている。

【００８５】この支柱３１寄りの圧電変換用強誘電体素
子１の圧電変換用電極３ａ側には、導体材料から成るス
ペーサ３７を介して前記電極板３４が互いに接触・導通
するようにしてロッド３２の突出部３２ａに外挿されて
いる。また、突出部３２ａの端部寄りの圧電変換用強誘
電体素子１は、その圧電変換用電極３ａを電極板３４側
に向けて突出部３２ａに外挿されると共に、該電極板３
４との間に介在された導体材料から成るスペーサ３８を
介して電極板３４に接触・導通されている。さらに、負
荷重量体３５は、突出部３２ａの端部寄りの圧電変換用
強誘電体素子１の圧電変換用電極３ｂとの間に導体材料
から成るスペーサ３９を介在させて該突出部３２ａの端
部に外挿されると共に、該端部に形成されたネジ部３２
ｂに螺着されたナット４０によって、支柱３１側に向か
って締付・固定されている。これにより、支柱３１と負
荷重量体３５との間に圧電変換用強誘電体素子１，１及
び電極板３４が、スペーサ３６〜３９を介して相互に接
触しつつ挟持されている。そして、負荷重量体３５は、
ナット４０の締付により、ロッド３２を介して支柱３１
に導通し、さらに、これらの支柱３１及び負荷重量体３
５には、それらの間の圧電変換用強誘電体素子１，１の
圧電変換用電極３ｂ，３ｂがスペーサ３６，３９を介し
て導通される。また、圧電変換用強誘電体素子１，１の
圧電変換用電極３ａ，３ａが電極板３４にスペーサ３
７，３８を介して導通される。かかる構成は支柱３１の
左側においても同様である。

【００８６】尚、各圧電変換用強誘電体素子１、電極板
３４及びスペーサ３６〜３９はロッド３２との間にクリ
アランス４１を有し、各圧電変換用強誘電体素子１の圧
電変換用電極３ａ、電極板３４及びこれらの間のスペー
サ３７，３８はロッド３２と電気的に絶縁されている。
また、スペーサ３６〜３９は、各圧電変換用強誘電体素
子１の外周面に形成された前記短絡用電極４が電極板３
４や支柱３１、負荷重量体３５等に接触することがない
ようにするためのものである。

【００８７】各電極板３４は、支柱３１の上面部に設け
た端子４２にリード線４２ａを介して接続されている。
そして、支柱３１には、端子４２の位置から基体２９の
内部にかけて挿通孔４３が穿設されており、端子４２か
ら導出されたリード線４４が、その挿通孔４２内に支柱
３１と絶縁した状態で挿通されている。さらに、このリ
ード線４４は、基体２９の側面部に前記挿通孔４３と連
通して形成された開口４５を介して外部に導出されてい
る。

【００８８】尚、基体２９の下面部には、それを適所に
取り付けるためのネジ穴２９ａが形成されている。

【００８９】かかる圧電変換検出器（加速度センサ）２
８においては、それに上下方向の振動が加わると、その
振動加速度に応じた垂直方向の剪断力が負荷重量体３５
により各圧電変換用強誘電体素子１に加わり、それに応
じた電気信号（電荷）が各圧電変換用強誘電体素子１の
圧電変換用電極３ａ，３ｂ間に前記結晶体１の圧電性に
よって生じる。この場合、支柱３１の左右の電極板３４
から左右各一対づつの圧電変換用強誘電体素子１，１の
出力を加算した形の電気信号がリード線４３，４４を外
部に出力され、その電荷を検出することで、圧電変換検
出器（加速度センサ）２８に作用した加速度が検出され
る。

【００９０】そして、本実施例の圧電変換検出器（加速
度センサ）２８においては、各圧電変換用強誘電体素子
１の結晶体２には前述のようにその外周面全体に短絡用
電極４が設けられているため、温度変化による焦電出力
が、加速度の検出に際して得られる電気信号にノイズ成
分として加わるのが大幅に低減する。このため、本実施
例の圧電変換検出器（加速度センサ）２８を温度変化の
比較的大きな環境下で使用しても、加速度の検出を精度
よく行うことができる。

【００９１】次に、本発明の圧電変換検出器の他の例を
図１６を参照して説明する。図１６は本実施例の圧電変
換検出器の説明的断面図である。

【００９２】本実施例の圧電変換検出器４６は、前記実
施例４の圧電変換用強誘電体素子７を用いて構成した加
速度センサであり、基本構造は図１５の加速度センサと
同一である。以下、図１５のものと異なる構成のみを説
明し、他の同一構成のものについては、同一の参照符号
を付して詳細な説明を省略する。

【００９３】本実施例の圧電変換検出器４６において
は、支柱３１寄りの圧電変換用強誘電体素子７は、その
前記短絡用電極４と一体に導通された圧電変換用電極２
ｂがスペーサを介さずに直接的に支柱３１に接触され、
また、負荷重量体４５寄りの圧電変換用強誘電体素子７
は、その前記短絡用電極４と一体に導通された圧電変換
用電極２ｂがスペーサを介さずに直接的に負荷重量体４
５に接触されている。他の構成は、図１５のものと全く
同一である。

【００９４】かかる圧電変換検出器４６（加速度セン
サ）においても図１５のものと全く同様に上下方向の加
速度が検出される。そして、各圧電変換用強誘電体素子
７の結晶体２には前述のように短絡用電極４，４が設け
られているため、温度変化による焦電出力が、加速度の
検出に際して得られる電気信号にノイズ成分として加わ
るのが低減する。このため、本実施例の圧電変換検出器
（加速度センサ）４６においても、それを温度変化の比
較的大きな環境下で使用しても、加速度の検出を精度よ
く行うことができる。

【００９５】尚、以上説明した圧電変換検出器の各実施
例においては、前記実施例１，４の圧電変換用強誘電体
素子１，７を用いた場合について説明したが、前記実施
例２，３，５において説明した圧電変換用強誘電体素子
を使用することも可能であることはもちろんであり、さ
らには、前記実施例６乃至８において説明したような円
筒形の圧電変換用強誘電体素子を用いて、加速度センサ
を構成することも可能である。

【００９６】また、図１５及び図１６の実施例において
は、加速度センサを例にとって説明したが、これに限ら
ず、荷重検出器等、圧電変換用強誘電体素子を使用して
構成される他の種類の圧電変換検出器においても本発明
を適用することができることはもちろんである。

【００９７】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
の圧電変換用強誘電体素子によれば、その本体部の結晶
体に、その分極軸方向に略垂直に相対する一対の面部を
互いに短絡する短絡用電極を少なくとも一方の圧電変換
用電極と絶縁して固着したことによって、強誘電体の焦
電性に基づく雑音信号を抑制して、その雑音信号が圧電
変換用電極間に加わるのを低減することができ、温度変
化の比較的大きな環境下であっても圧電性による所望の
電気信号を精度よく検出することができる。

【００９８】そして、このような効果は、結晶体を板状
に形成した場合、あるいは強誘電体セラミックス等の多
結晶を用いて円筒形又は板状に形成した場合のいずれで
あっても、その分極軸方向や形状に則して的確に短絡用
電極を固着することで奏することができる。

【００９９】特に、結晶体を板状に形成した場合に、そ
の分極軸方向に略垂直に相対する一対の面部を含む結晶
体の外周面にその全周長にわたって短絡電極を固着した
ことによって、焦電性に基づく雑音信号を大幅に低減す
ることができ、該圧電変換用強誘電体素子を使用した測
定等を温度変化の大きな環境下でも高精度で行うことが
できる。

【０１００】さらに、結晶体を板状に形成し、あるい
は、分極軸方向を略軸心方向として円筒形状に形成した
場合に、該結晶体の全面に固着した電極皮膜を適宜の箇
所で除去して所望の圧電変換用電極及び短絡用電極を形
成することによって、前述の効果を奏する圧電変換用強
誘電体素子を極めて簡単に作成することができる。

【０１０１】また、本発明の圧電変換検出器によれば、
前述の効果を奏する圧電変換用強誘電体素子を用いるこ
とによって、焦電性による雑音信号が圧電変換用電極間
に加わるのを低減することができるため、加速度や荷重
等の測定対象物理量を、温度変化の比較的大きな環境下
であっても圧電変換用強誘電体素子の出力信号により精
度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
１実施例の平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面
図。

【図２】（ａ）は本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
２実施例の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線
断面図。

【図３】（ａ）は本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
３実施例の平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ線断面図。

【図４】（ａ）は本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
４実施例の斜視図、（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ線
断面図。

【図５】（ａ）は本発明の圧電変換用強誘電体素子の第
５実施例の斜視図、（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線断面
図。

【図６】本発明の圧電変換用強誘電体素子の第６実施例
の一部を破断した斜視図。

【図７】本発明の圧電変換用強誘電体素子の第７実施例
の縦断面図。

【図８】本発明の圧電変換用強誘電体素子の第８実施例
の一部を破断した斜視図。

【図９】本発明の圧電変換用強誘電体素子の実施例に係
わる実験に使用した装置のシステム構成図。

【図１０】図９の装置による実施例の圧電変換用強誘電
体素子の実験における測定データ示す線図。

【図１１】図９の装置による従来の圧電変換用強誘電体
素子の実験における測定データ示す線図。

【図１２】図９の装置による実施例１の素子及び従来素
子の実験データを示す線図。

【図１３】図９の装置による実施例３の素子及び従来素
子の実験データを示す線図。

【図１４】図９の装置による実施例４の素子及び従来素
子の実験データを示す線図。

【図１５】本発明の圧電変換検出器（加速度センサ）の
一例の説明的断面図。

【図１６】本発明の圧電変換検出器（加速度センサ）の
他の例の説明的断面図。

【図１７】従来の圧電変換用強誘電体素子を説明するた
めの説明図。

【符号の説明】

１，５，６，７，８，９，１３，１４…圧電変換用強誘
電体素子、２，１０…結晶体、３ａ，３ｂ，１１ａ，１
１ｂ，１６ａ，１６ｂ…圧電変換用電極、４，１２，１
７ｃ，１７ｄ…短絡用電極、２ｙ，１０ｙ…電極皮膜、
２８，４６…圧電変換検出器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分極軸方向に略平行な一対の電極面が形成
   された強誘電体から成る結晶体と、該一対の電極面にそ
   れぞれ固着された導体材料から成る一対の圧電変換用電
   極とにより構成された圧電変換用強誘電体素子におい
   て、前記結晶体の前記分極軸方向に略垂直に相対する一
   対の面部を互いに短絡する導体材料から成る短絡用電極
   を前記結晶体に固着し、該短絡用電極を少なくとも前記
   一対の圧電変換用電極の一方と絶縁して設けたことを特
   徴とする圧電変換用強誘電体素子。
2. 【請求項２】前記結晶体は前記一対の電極面を表裏面と
   する板状の結晶体であり、前記各圧電変換用電極は、そ
   の周縁を前記各電極面の周縁から内側に離間させて該電
   極面に固着され、前記短絡用電極は、前記分極軸方向に
   略垂直に相対する一対の面部を含む前記板状の結晶体の
   外周面にその全周長にわたって固着されていることを特
   徴とする請求項１記載の圧電変換用強誘電体素子。
3. 【請求項３】前記一対の圧電変換用電極及び短絡用電極
   は、前記板状の結晶体の全面に固着された導体材料から
   成る電極皮膜を前記各電極面の周縁部の位置で全周にわ
   たって除去することにより形成されていることを特徴と
   する請求項２記載の圧電変換用強誘電体素子。
4. 【請求項４】前記結晶体は前記一対の電極面を表裏面と
   する板状の結晶体であり、前記一対の圧電変換用電極の
   一方は、一方の電極面に全面にわたって固着され、他方
   の圧電変換用電極は、その側縁が前記結晶体の分極軸方
   向に略垂直に相対する一対の面部から離間する位置で他
   方の電極面に固着され、前記短絡用電極は、前記結晶体
   の分極軸方向に垂直に相対する一対の面部に前記一方の
   圧電変換用電極と導通させて固着されていることを特徴
   とする請求項１記載の圧電変換用強誘電体素子。
5. 【請求項５】前記結晶体は、前記分極軸方向に略平行な
   軸心を有し、且つ内周面及び外周面を前記一対の電極面
   とした円筒形状の多結晶体であり、前記一対の圧電変換
   用電極の一方は、前記円筒形状の結晶体の内周面又は外
   周面の全周面に固着され、他方の圧電変換用電極は、該
   円筒形状の結晶体の外周面又は内周面の両端から離間し
   た周面部に全周にわたって固着され、前記短絡用電極
   は、前記円筒形状の結晶体の前記分極軸方向に略垂直に
   相対する両端面に前記一方の圧電変換用電極と導通させ
   て固着されていることを特徴とする請求項１記載の圧電
   変換用強誘電体素子。
6. 【請求項６】前記一対の圧電変換用電極及び短絡用電極
   は、前記円筒形状の結晶体の全面に固着された導体材料
   から成る電極皮膜を該結晶体の内周面及び外周面のいず
   れか一方の両端部の位置で全周にわたって除去すること
   により形成されていることを特徴とする請求項５記載の
   圧電変換用強誘電体素子。
7. 【請求項７】前記結晶体は、前記分極軸方向を略径方向
   とし、且つ両端面を前記一対の電極面とした円筒形状の
   多結晶体であり、前記一対の圧電変換用電極は前記円筒
   形状の結晶体の両端面の全面に固着され、前記短絡用電
   極は、前記円筒形状の結晶体の内周面及び外周面に一方
   の圧電変換用電極から離間した位置で他方の圧電変換用
   電極に導通させて該内周面及び外周面の全周にわたって
   固着されていることを特徴とする請求項１記載の圧電変
   換用強誘電体素子。
8. 【請求項８】分極軸方向に略平行な一対の電極面が形成
   された強誘電体から成る結晶体と、該一対の電極面にそ
   れぞれ固着された導体材料から成る一対の圧電変換用電
   極とにより構成された圧電変換用強誘電体素子に、加速
   度、荷重等の測定対象物理量に応じた機械力を付与する
   ことにより該測定対象物理量に応じた電気信号を前記一
   対の圧電変換用電極間に生ぜしめ、該電気信号により該
   測定対象物理量を検出する圧電変換検出器において、前
   記圧電変換用強誘電体素子の結晶体の前記分極軸方向に
   略垂直に相対する一対の面部を互いに短絡する導体材料
   から成る短絡用電極を前記結晶体に固着し、該短絡用電
   極を少なくとも前記一対の圧電変換用電極の一方と絶縁
   して設けたことを特徴とする圧電変換検出器。