JPH09178642A - Vibration controller sensor - Google Patents

Vibration controller sensor

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JPH09178642A
JPH09178642A JP7334651A JP33465195A JPH09178642A JP H09178642 A JPH09178642 A JP H09178642A JP 7334651 A JP7334651 A JP 7334651A JP 33465195 A JP33465195 A JP 33465195A JP H09178642 A JPH09178642 A JP H09178642A
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vibration
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piezoelectric element
piezoelectric
substrate
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Hidemasa Okumura
英正 奥村
Kazuyoshi Shibata
和義 柴田
Yukihisa Takeuchi
幸久 武内
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent or decrease the unnecessary vibration of a sensor element excited by bending vibration without obstructing the bending vibration of a piezoelectric element and a vibrating part. SOLUTION: This sensor has a substrate 10 having a vibrating part 12, a piezoelectric element 20 having a piezoelectric film 22 and a pair of electrodes 24a and 24b and a vibration preventing layer 30, which covers at least a part of the substrate. The vibration preventing layer 30 can have plates 32 and 34 and a bonding layer 36 for fixing the plates and the substrate. A hole 38 can be formed in the vibration preventing layer 30 so as not to cover the piezoelectric element 20. In the battery having a pair of first electrodes 42a and 42b and a porous body 44, the above described sensor is provided in the interior of the porous body 44, and the porous body or the first electrodes act as a vibration preventing layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、圧電素子を有す
るセンサ素子に関し、ノイズとなる振動を防止すること
を目的とする。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor element having a piezoelectric element, and an object thereof is to prevent vibration that causes noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】 圧電素子などの振動子を有するセンサ
素子は、流体の粘度測定などに用いられている。例え
ば、特開平1−311250号公報、特開平2−213
743号公報、特開平3−189540号公報では、圧
電素子、特に水晶振動子を流体と接触させ、その際の共
振周波数又は損失抵抗の変化により、粘度を測定する。
また、特開平3−148040号公報では、バイモルフ
振動子を流体中で所定の振動数で振動させ、その際のイ
ンピーダンスを検出することにより、粘度を測定する。
2. Description of the Related Art A sensor element having a vibrator such as a piezoelectric element is used for measuring the viscosity of a fluid. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-311250 and 2-213.
In Japanese Patent No. 743 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-189540, a piezoelectric element, particularly a crystal oscillator, is brought into contact with a fluid, and the viscosity is measured by a change in resonance frequency or loss resistance at that time.
Further, in JP-A-3-148040, the viscosity is measured by vibrating a bimorph oscillator in a fluid at a predetermined frequency and detecting the impedance at that time.

【0003】更に、特願平7−112128号では、セ
ラミックからなる圧電膜及び振動部を振動させ、圧電膜
の損失係数、電気抵抗、リアクタンス等の変化により、
粘度を測定する。圧電膜又は振動部が流体に接触するの
で、流体の粘度が大きい場合には、圧電膜及び振動部の
振幅が小さくなり、流体の粘度が小さい場合には、圧電
膜及び振動部の振幅が大きくなる。そして、圧電膜に電
圧を印加した場合には、振幅などに対応する電流を検出
する。一方、流体の粘度が、流体の密度又は流体中の成
分の濃度と相関を有する場合には、流体の密度、濃度も
検出することができる。例えば、硫酸水溶液では、粘度
と密度とが一定の相関があり、また、粘度と硫酸の濃度
とも一定の相関がある。
Further, in Japanese Patent Application No. 7-112128, a piezoelectric film made of ceramic and a vibrating part are vibrated, and the loss coefficient, electric resistance, reactance, etc. of the piezoelectric film are changed,
Measure the viscosity. Since the piezoelectric film or the vibrating part contacts the fluid, the amplitude of the piezoelectric film and the vibrating part becomes small when the viscosity of the fluid is large, and the amplitude of the piezoelectric film and the vibrating part becomes large when the viscosity of the fluid is small. Become. When a voltage is applied to the piezoelectric film, a current corresponding to the amplitude or the like is detected. On the other hand, when the viscosity of the fluid has a correlation with the density of the fluid or the concentration of the component in the fluid, the density and the concentration of the fluid can also be detected. For example, in an aqueous sulfuric acid solution, the viscosity and the density have a certain correlation, and the viscosity and the concentration of sulfuric acid also have a certain correlation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 これらの方法は、何
れも、振動子を振動させ、流体の粘度と相関のある何ら
かの物性を検出するものである。しかし、振動子の振動
がセンサ素子自体の振動を生じさせることになって、ノ
イズが発生し、かかる物性の検出を妨害する場合があっ
た。例えば、一対の電極により電流等の電気信号を検出
する場合において、センサ素子自体の振動に起因するノ
イズが検出すべき電気信号に重畳してしまい、本来検出
すべき電気信号を検出し難くするときがあった。特に、
セラミック基体の振動部に圧電素子を固定した場合など
では、セラミック基体そのものの質量は振動部及び圧電
素子より10倍〜100倍程度の場合もあり、セラミッ
ク基体自体の振動を無視できないようであった。そこ
で、本発明者は、圧電素子及び振動部の振動を妨害する
ことなく、この振動が励起するセンサ素子の不要な振動
を防止すべく試行錯誤を重ねた結果、振動防止層を設け
ることによりセンサ素子の振動を防止又は低減すること
ができることを見出し、本発明を完成した。
All of these methods are for vibrating a vibrator to detect some physical property correlated with the viscosity of a fluid. However, the vibration of the vibrator causes the vibration of the sensor element itself, resulting in noise, which may interfere with the detection of such physical properties. For example, when detecting an electric signal such as a current with a pair of electrodes, noise caused by vibration of the sensor element itself is superimposed on the electric signal to be detected, which makes it difficult to detect the electric signal to be originally detected. was there. Especially,
When the piezoelectric element is fixed to the vibrating portion of the ceramic substrate, the mass of the ceramic substrate itself may be about 10 to 100 times that of the vibrating portion and the piezoelectric element, and it seems that the vibration of the ceramic substrate itself cannot be ignored. . Therefore, the present inventor repeated trial and error to prevent unnecessary vibration of the sensor element excited by the vibration without disturbing the vibration of the piezoelectric element and the vibration part, and as a result, the sensor is provided by providing the vibration prevention layer. The present invention has been completed by finding that vibration of the element can be prevented or reduced.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
振動部を有する基体と、当該振動部の一方の表面に固定
され、かつ、圧電膜と当該圧電膜を挟む一対の電極とを
有する圧電素子と、当該基体の少なくとも一部を被覆す
る振動防止層とを有することを特徴とするセンサ素子が
提供される。ここで、振動部の振動は、基体に肉薄に形
成された振動部における屈曲運動であることが好まし
い。本発明によれば、当該振動防止層が、合成樹脂から
なるフィルムを有することが好ましい。また、当該振動
防止層が、金属、セラミックス又は合成樹脂からなる板
と、当該板及び当該基体を固定するための接着層とを有
してもよい。更に、当該振動防止層には、当該圧電素子
を被覆しないように、穴が形成されていることが好まし
い。更にまた、当該基体は、当該圧電素子を覆う保護カ
バーを有していて、当該振動防止層が当該保護カバーの
少なくとも一部を被覆することが好ましい。
That is, according to the present invention,
A piezoelectric element having a base having a vibrating portion, a piezoelectric film fixed to one surface of the vibrating portion and having a piezoelectric film and a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric film, and a vibration prevention layer covering at least a part of the base. There is provided a sensor element having: Here, it is preferable that the vibration of the vibrating portion is a bending motion in the vibrating portion thinly formed on the base body. According to the present invention, it is preferable that the vibration prevention layer has a film made of a synthetic resin. Further, the vibration prevention layer may include a plate made of metal, ceramics, or synthetic resin, and an adhesive layer for fixing the plate and the base. Further, it is preferable that holes are formed in the vibration prevention layer so as not to cover the piezoelectric element. Furthermore, it is preferable that the substrate has a protective cover that covers the piezoelectric element, and that the vibration prevention layer covers at least a part of the protective cover.

【0006】 更に、当該基体には、当該振動部に対し
て当該圧電素子の反対側に、流体を導くことができる空
所が形成されることが好ましい。更にまた、当該振動防
止層には、当該基体の当該空所に連通する穴が形成され
ていることが好ましい。更に、当該基体には、当該空所
に連通する導入孔が形成され、当該基体は、当該空所の
外側であって当該導入孔の近傍に突起部を有することが
好ましい。当該圧電素子の当該電極に接続し、かつ、当
該基体又は当該振動防止層に固定されるリード線を有
し、当該振動防止層が、少なくとも、当該リード線にお
ける当該基体側の端部と、当該基体における当該リード
線側の端部を被覆することが好ましい。
Further, it is preferable that a space in which fluid can be guided is formed in the base body on a side opposite to the piezoelectric element with respect to the vibrating portion. Furthermore, it is preferable that a hole communicating with the void of the base is formed in the vibration prevention layer. Further, it is preferable that an introduction hole communicating with the void is formed in the base body, and the base body has a protrusion portion outside the void and near the introduction hole. The piezoelectric element has a lead wire connected to the electrode of the piezoelectric element and fixed to the base body or the vibration prevention layer, and the vibration prevention layer has at least an end portion of the lead wire on the base body side, It is preferable to coat the end of the base on the lead wire side.

【0007】 また、本発明によれば、一対の第1電極
と、当該第1電極に挟まれた多孔体とを有する電池にお
いて、上記のセンサ素子が当該多孔体の内部に設けら
れ、当該多孔体又は当該第1電極が当該振動防止層とし
て作用することを特徴とする電池が提供される。
Further, according to the present invention, in a battery having a pair of first electrodes and a porous body sandwiched by the first electrodes, the sensor element is provided inside the porous body, and There is provided a battery, characterized in that the body or the first electrode acts as the anti-vibration layer.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】 図1は、本発明のセンサ素子1
0の説明断面図である。また、図2は、図1のセンサ素
子10の一部の展開図である。センサ素子は、基体10
と、基体10の振動部12に固定される圧電素子20と
を有する。基体10は、セラミックスから形成されるこ
とが好ましく、2枚以上のセラミックシートが積層して
一体化した積層構造を有することが好ましい。基体10
は、シート10a、10b、10cが一体的に積層され
た構造を有する。基体の形状は、特に限定されず、用途
に応じて適宜選ばれる。基体の形状は、板状が好ましい
が、棒状、パイプ状であってもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 shows a sensor element 1 of the present invention.
It is an explanatory sectional view of 0. Further, FIG. 2 is a developed view of a part of the sensor element 10 of FIG. The sensor element is the base body 10.
And a piezoelectric element 20 fixed to the vibrating portion 12 of the base body 10. The substrate 10 is preferably formed of ceramics, and preferably has a laminated structure in which two or more ceramic sheets are laminated and integrated. Substrate 10
Has a structure in which the sheets 10a, 10b, and 10c are integrally laminated. The shape of the substrate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the application. The substrate preferably has a plate shape, but may have a rod shape or a pipe shape.

【0009】 基体10には、振動部12が肉薄になる
ように、空所14が形成されている。振動部12は一対
の表面12s、12tを有し、一方の表面12sには、
圧電素子20が固定される。振動部12の反対側の他方
の表面12tは、基体10の内部に空所14を付与す
る。基体10には、空所14に連通し、流体を空所14
に導入するための導入孔16a、16bが形成される。
空所14の形状は制限されない。ただし、導入孔は必須
の要件ではなく、流体が空所に導入することができれば
よい。例えば、基体10に凹部が形成され、振動部12
の他方の表面が凹部形状を付与してもよい。また、導入
孔を設けた場合には、流体が空所に導入することができ
る限り、導入孔は1個であってもよいし、2個以上であ
ってもよい。導入孔が2個以上あるときには、各々の導
入孔の形状は同一であってもよいし、異なってもよい。
振動に好適な形状のため、振動部12は、板形状である
ことが好ましく、この場合、板の厚さは、1〜100μ
mであることが好ましく、3〜50μmが更に好まし
く、5〜20μmが更になお好ましい。厚さが100μ
mより大きいときには、感度が低下し、厚さが1μmよ
り小さいときには機械的強度が低下するからである。
A cavity 14 is formed in the base 10 so that the vibrating portion 12 is thin. The vibrating portion 12 has a pair of surfaces 12s and 12t, and one surface 12s has
The piezoelectric element 20 is fixed. The other surface 12t on the opposite side of the vibrating portion 12 provides a void 14 inside the base 10. The base body 10 communicates with the void 14 to allow the fluid to flow into the void 14.
Introducing holes 16a and 16b are formed for introduction into the.
The shape of the void 14 is not limited. However, the introduction hole is not an essential requirement as long as the fluid can be introduced into the void. For example, a concave portion is formed in the base body 10, and the vibrating portion 12
The other surface may have a concave shape. Further, when the introduction hole is provided, the introduction hole may be one or two or more as long as the fluid can be introduced into the void. When there are two or more introduction holes, the shape of each introduction hole may be the same or different.
Since the shape is suitable for vibration, the vibrating portion 12 is preferably in the shape of a plate. In this case, the thickness of the plate is 1 to 100 μm.
m is preferable, 3 to 50 μm is more preferable, and 5 to 20 μm is still more preferable. Thickness is 100μ
This is because when it is larger than m, the sensitivity is lowered, and when the thickness is smaller than 1 μm, the mechanical strength is lowered.

【0010】 圧電素子20は、圧電膜22と、圧電膜
22を挟む一対の電極24a、24bを有する。一対の
電極24a、24bを介して、電圧を圧電膜22に印加
すると、誘電分極を生じ、圧電素子20が振動部12と
共に圧電膜22及び振動部12の厚さ方向に屈曲振動す
る。圧電膜の厚さは、1〜100μmであることが好ま
しく、5〜50μmが更に好ましく、5〜30μmが更
になお好ましい。厚さが100μmより大きいときに
は、感度が低下し、厚さが1μmより小さいときには信
頼性が確保し難いからである。
The piezoelectric element 20 has a piezoelectric film 22 and a pair of electrodes 24 a and 24 b sandwiching the piezoelectric film 22. When a voltage is applied to the piezoelectric film 22 through the pair of electrodes 24a and 24b, dielectric polarization occurs, and the piezoelectric element 20 flexurally vibrates together with the vibrating portion 12 in the thickness direction of the piezoelectric film 22 and the vibrating portion 12. The thickness of the piezoelectric film is preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm, even more preferably 5 to 30 μm. This is because when the thickness is larger than 100 μm, the sensitivity is lowered, and when the thickness is smaller than 1 μm, it is difficult to secure the reliability.

【0011】 圧電膜は、緻密であっても、多孔質であ
ってもよく、多孔質のとき、気孔率は40%以下である
ことが好ましい。また、圧電膜22は、1層であっても
よければ、2層以上の積層構造であってもよい。2層以
上の積層構造であるとき、各層は横設してもよいし、ま
た、立設してもよい。電極は、用途に応じて適宜な厚さ
とするが、0.1〜50μmの厚さであることが好まし
い。
The piezoelectric film may be dense or porous, and when it is porous, the porosity is preferably 40% or less. Further, the piezoelectric film 22 may have a single layer or a laminated structure of two or more layers. When the laminated structure has two or more layers, each layer may be provided laterally or may be provided upright. The electrode has an appropriate thickness depending on the application, but preferably has a thickness of 0.1 to 50 μm.

【0012】 図1で、振動防止層30は、フィルム3
2、34と接着層36を有する。振動防止層30が、基
体10に固定されることにより、センサ素子全体の質量
が増加し、振動部12及び圧電素子20の屈曲振動以外
の不要な振動が防止又は低減する。なお、この不要な振
動は、基体10等に発生し、屈曲振動により励起される
と考えられる。また、振動防止層30が、柔らかい合成
樹脂、ゴム、接着剤として作用するエポキシ樹脂などを
有する場合には、これらが振動を吸収することにより、
振動を減衰する。図1では、振動防止層30には、導入
孔16a、16bに連通する穴37が形成されている。
また、圧電素子20を被覆しないように、穴38が形成
されている。振動防止層30が圧電素子20を被覆する
場合には、圧電素子20及び振動部12の屈曲振動まで
が阻害され兼ねないからである。しかし、図1では、こ
の穴38により、圧電素子20及び振動部12が屈曲振
動を行うことができる。なお、この屈曲振動は、上記し
たように、振動防止層30によりセンサ素子全体に波及
しない。フィルム32、34は、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアミ
ド、ポリプレン等の合成樹脂等から構成されていてもよ
い。
In FIG. 1, the anti-vibration layer 30 is the film 3
2, 34 and an adhesive layer 36. By fixing the vibration prevention layer 30 to the substrate 10, the mass of the entire sensor element is increased, and unnecessary vibration other than bending vibration of the vibrating portion 12 and the piezoelectric element 20 is prevented or reduced. It is considered that this unnecessary vibration is generated in the substrate 10 and the like and is excited by the bending vibration. Further, when the anti-vibration layer 30 has a soft synthetic resin, rubber, epoxy resin that acts as an adhesive, or the like, these absorb the vibration,
Damps vibration. In FIG. 1, the vibration prevention layer 30 is provided with a hole 37 communicating with the introduction holes 16a and 16b.
Further, a hole 38 is formed so as not to cover the piezoelectric element 20. This is because when the vibration prevention layer 30 covers the piezoelectric element 20, the bending vibration of the piezoelectric element 20 and the vibrating portion 12 may be hindered. However, in FIG. 1, the hole 38 allows the piezoelectric element 20 and the vibrating portion 12 to perform bending vibration. It should be noted that this bending vibration does not spread to the entire sensor element due to the vibration prevention layer 30 as described above. The films 32 and 34 may be made of a synthetic resin such as polyethylene, polypropylene, polyester, polyvinyl chloride, polyamide, or polypropylene.

【0013】 接着層は必ずしも必須の要件ではない。
例えば、合成樹脂の溶液又は溶融液を素子に塗布等し
て、硬化させるいわゆる樹脂モールドにより振動防止層
を基体10に固定してもよい。また、基体と振動防止層
とをボルト、ネジ等の締結具により固定してもよい。更
に、フィルムの代わりに、セラミックス製の板が用いら
れる場合において、基体がセラミック製のときには、セ
ラミック板とセラミック基体とを一体的に形成すること
ができる。基体10が平面方向に伸びるほぼ板形状を有
している場合には、振動防止層30の面積は、基体の面
積の1倍以上であることが好ましく、1.5倍以上であ
ることが好ましく、2倍以上であることが更に好まし
い。振動防止層30が大きい方が、基体の振動をより低
減することができるからである。
The adhesive layer is not always an essential requirement.
For example, the antivibration layer may be fixed to the substrate 10 by a so-called resin mold in which a solution or a melt of a synthetic resin is applied to the element and then cured. Further, the base body and the vibration prevention layer may be fixed with a fastener such as a bolt or a screw. Furthermore, when a ceramic plate is used instead of the film and the base body is made of ceramic, the ceramic plate and the ceramic base body can be integrally formed. When the substrate 10 has a substantially plate shape extending in the plane direction, the area of the vibration-proof layer 30 is preferably 1 time or more, and more preferably 1.5 times or more the area of the substrate. It is more preferable that the amount is 2 times or more. This is because the larger the vibration prevention layer 30 is, the more the vibration of the substrate can be reduced.

【0014】 図2は、振動防止層が被覆されていない
状態におけるセンサ素子の分解斜視図を示す。4枚のセ
ラミックグリーンシート22、10a、10b及び10
cを積層して、焼結することにより一体化することがで
きる。即ち、圧電素子20も基体10と共に一体化して
形成されることが好ましい。本発明のセンサ素子では、
圧電素子に電力等を供給して圧電素子及び振動部を振動
させ、振動部に接触する流体を振動させる。そして、圧
電素子の圧電膜がこの振動を電気信号に変換し、圧電膜
を挟む電極を介してこの電気信号を出力する。例えば、
圧電素子20に電圧を印加し、圧電素子20及び振動部
12を、流体に接触させながら又は流体中で屈曲振動さ
せる。そして、圧電素子20の電極24a、24bを介
して電流を検出することにより、圧電素子のインピーダ
ンス、位相、抵抗、リアクタンス、アドミッタンス、コ
ンダクタンス、サセプタンス、インダクタンス、キャパ
シタンス、損失係数等の値、並びに、この値に対応する
周波数(共振周波数)の値などに関する情報が得られ
る。これらの情報は、流体の粘度等の特性に相関がある
ので、かかる流体の特性を検出しうる。
FIG. 2 shows an exploded perspective view of the sensor element in a state where the vibration prevention layer is not covered. Four ceramic green sheets 22, 10a, 10b and 10
It can be integrated by laminating c and sintering. That is, the piezoelectric element 20 is also preferably formed integrally with the base body 10. In the sensor element of the present invention,
Electric power or the like is supplied to the piezoelectric element to vibrate the piezoelectric element and the vibrating portion, and vibrates the fluid that contacts the vibrating portion. Then, the piezoelectric film of the piezoelectric element converts this vibration into an electric signal, and outputs this electric signal via the electrodes sandwiching the piezoelectric film. For example,
A voltage is applied to the piezoelectric element 20, and the piezoelectric element 20 and the vibrating portion 12 are flexibly vibrated while being in contact with the fluid or in the fluid. Then, by detecting a current through the electrodes 24a and 24b of the piezoelectric element 20, values such as impedance, phase, resistance, reactance, admittance, conductance, susceptance, inductance, capacitance, loss coefficient of the piezoelectric element, and the like, Information about the value of the frequency (resonance frequency) corresponding to the value is obtained. Since such information has a correlation with characteristics such as viscosity of the fluid, the characteristics of the fluid can be detected.

【0015】 図3及び図4に示すように、図1のフィ
ルム32、34の代わりに、金属、セラミックス又は合
成樹脂からなる板が接着層36により基体10及び圧電
素子に固定されていてもよい。この場合でも、板により
センサ素子全体の質量が増加し、センサ素子自体が振動
し難くなる。また、接着層36により振動が吸収される
場合もある。金属、セラミックス、合成樹脂は、センサ
素子を保持するために十分な強度を有するものであれ
ば、特に制限はない。金属としては、鉄鋼、炭素鋼、合
金鋼等が挙げられる。また、セラミックスとしては、安
定化又は部分安定化ジルコニア、窒化珪素、酸化アルミ
ニウム等が挙げられる。図3及び図4では、図1及び図
2に示される素子本体(基体10及び圧電素子20を有
するもの)を用いてもよいし、図5及び図6に示される
素子本体を用いてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, instead of the films 32 and 34 of FIG. 1, a plate made of metal, ceramics or synthetic resin may be fixed to the substrate 10 and the piezoelectric element by an adhesive layer 36. . Even in this case, the plate increases the mass of the entire sensor element, which makes it difficult for the sensor element itself to vibrate. Further, vibration may be absorbed by the adhesive layer 36. The metal, ceramics, and synthetic resin are not particularly limited as long as they have sufficient strength to hold the sensor element. Examples of the metal include steel, carbon steel, alloy steel and the like. Examples of ceramics include stabilized or partially stabilized zirconia, silicon nitride, and aluminum oxide. 3 and 4, the element body shown in FIGS. 1 and 2 (having the base body 10 and the piezoelectric element 20) may be used, or the element body shown in FIGS. 5 and 6 may be used. .

【0016】 図5及び図6では、基体10がカバー1
7及び突起部18を有する。ただし、図6では、振動防
止層は省略されている。図5で、カバー17は、蓋部材
17a及び枠17bを有し、圧電素子20がカバー17
で覆われている。カバー17の表面17sが振動防止層
で被覆された場合には、振動防止層が圧電素子20及び
振動部12の振動自体に影響することなく、基体10自
体の振動を防止又は低減することができる。また、硫酸
等の強酸、水酸化ナトリウム水溶液等の強アルカリの粘
度を測定する場合に、カバー17により圧電素子とこれ
らの液体とを更に隔離することができる。図5及び図6
では、導入孔16a、16bの外側に流体が滞留しうる
空間を形成するため突起部18が形成されている。図5
及び図6では、突起部18は、導入孔16a、16bに
連通する凹部19を形成する。しかし、突起部18が基
体10の周囲を連続的に囲む必要はなく、一部が突起し
ているだけでもよい。また、突起部の高さが一定である
必要もない。
In FIGS. 5 and 6, the base body 10 is the cover 1.
7 and a protrusion 18. However, in FIG. 6, the vibration prevention layer is omitted. In FIG. 5, the cover 17 has a lid member 17a and a frame 17b, and the piezoelectric element 20 covers the cover 17a.
Covered with. When the surface 17s of the cover 17 is covered with the vibration preventing layer, the vibration preventing layer can prevent or reduce the vibration of the substrate 10 itself without affecting the vibration itself of the piezoelectric element 20 and the vibrating portion 12. . Further, when measuring the viscosity of a strong acid such as sulfuric acid or a strong alkali such as an aqueous sodium hydroxide solution, the piezoelectric element can be further separated from these liquids by the cover 17. 5 and 6
In the above, the protrusion 18 is formed to form a space where the fluid can stay outside the introduction holes 16a and 16b. FIG.
Also, in FIG. 6, the protrusion 18 forms a recess 19 communicating with the introduction holes 16a and 16b. However, it is not necessary that the protruding portion 18 continuously surround the periphery of the base body 10, and only a part of the protruding portion 18 may protrude. In addition, the height of the protrusion need not be constant.

【0017】 図5及び図6で、リード線26a、26
bは、それぞれ、圧電素子20の電極24a、24bに
接続する。リード線26a、26bは、コネクションを
介して、基体10の表面を被覆するリードに接続し、リ
ードが電極24a、24bに接続する。リード線26
a、26bは、コネクションで基体10に固定される 振動防止層32、34、36が、リード線26a、26
bにおける基体10側の端部と、基体10におけるリー
ド線26a、26b側の端部10dを被覆する。図5で
は、振動防止層32、34、36は、基体10等を不要
な振動を防止するのみならず、リード線26a、26b
を保護して、リード線26a、26bがコネクション等
から破断し難くする。
In FIGS. 5 and 6, the lead wires 26 a, 26
b is connected to the electrodes 24a and 24b of the piezoelectric element 20, respectively. The lead wires 26a and 26b are connected to leads covering the surface of the base 10 via a connection, and the leads are connected to the electrodes 24a and 24b. Lead wire 26
a and 26b are fixed to the base body 10 by connection. The vibration prevention layers 32, 34 and 36 are connected to the lead wires 26a and 26.
The end of the base 10 on the side of the base 10 and the end 10d of the base 10 on the side of the lead wires 26a and 26b are covered. In FIG. 5, the anti-vibration layers 32, 34, 36 not only prevent unnecessary vibration of the base body 10 and the like, but also lead wires 26a, 26b.
To protect the lead wires 26a, 26b from breaking easily from the connection or the like.

【0018】 図7では、図5のセンサ素子の分解斜視
図を示す。ただし、接着層は省略されている。また、リ
ード線26a、26bは、図5と比べて、基体10の他
の辺で固定されている。更に、図7の基体10は、突起
部18が既に形成されているものに相当する。ここで、
基体10に突起部を形成するために、枠17bと同様の
形状を有するセラミックシートを用いてもよい。枠は、
蓋部材17aを支持しうる形状であれば制限されない。
図7で、枠17bは、圧電素子20の回りを囲むよう
に、四辺を有する。しかし、枠はこれらの何れかの一辺
が欠けている形状等を有しても良い。かかる形状であっ
ても、枠は蓋部材17aを支持することができ、振動防
止層が圧電素子20に接触することを防止しうるからで
ある。
FIG. 7 shows an exploded perspective view of the sensor element of FIG. However, the adhesive layer is omitted. Further, the lead wires 26a and 26b are fixed on the other side of the base 10 as compared with FIG. Further, the base body 10 of FIG. 7 corresponds to the base body 10 on which the protrusions 18 are already formed. here,
A ceramic sheet having the same shape as the frame 17b may be used to form the protrusions on the base 10. The frame is
There is no limitation as long as it has a shape capable of supporting the lid member 17a.
In FIG. 7, the frame 17b has four sides so as to surround the piezoelectric element 20. However, the frame may have a shape in which any one of these sides is missing. This is because, even with such a shape, the frame can support the lid member 17a and can prevent the vibration prevention layer from coming into contact with the piezoelectric element 20.

【0019】 枠は、電気絶縁材料であることが好まし
い。基体10の表面を被覆するリードと短絡を防止する
ためである。枠としては、例えば、セラミックス、有機
樹脂等の板状態の打ち抜き体が用いられる。有機樹脂の
場合には、フィルムであってもよい。また、枠は、基体
10の表面に塗布した接着剤、ペースト等から構成され
てもよい。カバー17及び突起部18がセラミックスか
ら構成される場合には、基体10と共に焼結して一体化
してもよい。あるいは、カバー17及び突起部18は、
これらの材質にかかわらず、エポキシ樹脂等の合成樹
脂、ガラス等からなる接着層によりカバー17及び突起
部を基体10に固定してもよい。ただし、圧電素子20
の表面を振動部12の表面12sに接触させて固定する
場合には、即ち、圧電素子20及び振動部12の間に接
着剤等を介在させない場合には、枠と基体10とはエポ
キシ樹脂等の合成樹脂、ガラス等からなる接着層で接合
することが好ましい。接着層を用いる場合には、接着層
は、センサ素子が検出する流体に接触することになるの
で、接着層がかかる流体に対する耐性が必要になること
はいうまでもない。また、基体、カバー等も被検流体に
接触することになるので、基体、カバー等の材質も流体
に対する耐性が要求される。
The frame is preferably an electrically insulating material. This is to prevent a short circuit with the lead covering the surface of the base 10. As the frame, for example, a punched body in a plate state such as ceramics or organic resin is used. In the case of an organic resin, it may be a film. Further, the frame may be composed of an adhesive, a paste, or the like applied to the surface of the base body 10. When the cover 17 and the protrusion 18 are made of ceramics, they may be sintered and integrated with the base 10. Alternatively, the cover 17 and the protrusion 18 are
Regardless of these materials, the cover 17 and the protrusions may be fixed to the base 10 by an adhesive layer made of synthetic resin such as epoxy resin or glass. However, the piezoelectric element 20
When the surface of the frame is fixed to the surface 12s of the vibrating portion 12 by fixing, that is, when no adhesive or the like is interposed between the piezoelectric element 20 and the vibrating portion 12, the frame and the base 10 are made of epoxy resin or the like. It is preferable to use an adhesive layer made of synthetic resin, glass or the like for bonding. In the case of using the adhesive layer, it goes without saying that the adhesive layer needs to have resistance to the fluid because the adhesive layer comes into contact with the fluid detected by the sensor element. Further, since the base body, the cover and the like come into contact with the fluid to be measured, the materials of the base body, the cover and the like are required to have resistance to the fluid.

【0020】 圧電素子20の電極24a、24bは、
基体10の表面を被覆するリードに接続し、リードとリ
ード線26a、26bが基体10の表面のコネクション
で接続する。即ち、電極24a、24bがそれぞれリー
ド線26a、26bに接続する。リードとリード線との
コネクションは、半田、導電体ペースト等の導通部材を
介して、又はリード線26a、26bとリードとの機械
的な接触等で行われる。リード線26a、26bは、有
機樹脂で被覆されたワイヤであってもよいし、絶縁フィ
ルムで挟持される金属層であってもよい。あるいは、リ
ードとリード線との間に更に他の電気伝導部材を介して
コネクションで接続してもよい。
The electrodes 24 a and 24 b of the piezoelectric element 20 are
The leads are connected to the leads covering the surface of the substrate 10, and the leads and the lead wires 26a and 26b are connected by the connection on the surface of the substrate 10. That is, the electrodes 24a and 24b are connected to the lead wires 26a and 26b, respectively. The connection between the lead and the lead wire is made through a conductive member such as solder or a conductive paste, or by mechanical contact between the lead wire 26a, 26b and the lead. The lead wires 26a and 26b may be wires covered with an organic resin, or may be metal layers sandwiched by insulating films. Alternatively, the leads may be connected to each other by a connection via another electric conductive member.

【0021】 図8では、電池40は、一対の電極42
a、42bと、これらに挟まれた多孔体44とを有す
る。電極42a、42bは何れも板形状を有する。多孔
体44の気孔には、硫酸等の電解液が充填されていても
よい。多孔体44には、圧電素子及び基体を有する素子
本体48を埋設するために、空所46が形成されてい
る。素子本体48としては、図1に記載されるものでも
よいし、また、図5に記載されるものでもよい。
In FIG. 8, the battery 40 includes a pair of electrodes 42.
a and 42b, and a porous body 44 sandwiched between them. Each of the electrodes 42a and 42b has a plate shape. The pores of the porous body 44 may be filled with an electrolytic solution such as sulfuric acid. A void 46 is formed in the porous body 44 to embed an element body 48 having a piezoelectric element and a base body. The element body 48 may be the one shown in FIG. 1 or the one shown in FIG.

【0022】 図8では、多孔体46が素子本体48の
振動防止層として作用する。従って、素子本体には、板
部材、フィルム等の振動防止層30は不要である。ただ
し、素子本体に振動防止層が被覆していてもよい。多孔
体44の空所46が素子本体48の形状に適合するよう
に形成され、素子本体48が空所46にはめ込まれるこ
とにより固定されてもよい。一方、素子本体48は、エ
ポキシ樹脂等の接着剤により多孔体44の空所46に固
定されてもよい。
In FIG. 8, the porous body 46 acts as a vibration preventing layer of the element body 48. Therefore, the element body does not require the vibration prevention layer 30 such as a plate member or a film. However, the element body may be covered with a vibration prevention layer. The void 46 of the porous body 44 may be formed so as to conform to the shape of the element body 48, and the element body 48 may be fixed by being fitted into the void 46. On the other hand, the element body 48 may be fixed to the space 46 of the porous body 44 with an adhesive such as an epoxy resin.

【0023】 図9及び図10では、基体10が、空所
19を形成する突起部18を有する場合である。図9で
は、基体10の空所19がある側が多孔体44に接触
し、基体10の表面であって空所19の反対側が電極4
2aに接触する。一方、図10では、基体10の空所1
9がある側が電極42aに接触し、基体10の表面であ
って空所19の反対側が多孔体44に接触する。図9及
び10では、ほぼ板形状の基体10が伸びる方向が電極
42a、42bが伸びる方向とほぼ平行に配置されてい
る。しかし、基体10が伸びる方向が電極42a、42
bが伸びる方向と交わるように配置されてもよい。
In FIGS. 9 and 10, the base body 10 has a protrusion 18 that forms a void 19. In FIG. 9, the side of the substrate 10 where the void 19 is present is in contact with the porous body 44, and the surface of the substrate 10 opposite to the void 19 is the electrode 4
Touch 2a. On the other hand, in FIG.
9 is in contact with the electrode 42a, and the surface of the substrate 10 opposite to the void 19 is in contact with the porous body 44. 9 and 10, the extending direction of the substantially plate-shaped substrate 10 is arranged substantially parallel to the extending directions of the electrodes 42a and 42b. However, the electrodes 42a, 42
It may be arranged so as to intersect the direction in which b extends.

【0024】 図11では、多孔体44には、素子本体
48の導入孔16a、16bに連通するように、空所4
7が形成されている。空所47により、導入孔16a、
16bに電解液等の流体が容易に流入することができ
る。素子本体48を多孔体44に組み込む際には、素子
本体48の空所19の内部に電解液又は電解液と混合す
ることができ、かつ、混合してもよい液体を予め封入し
ておくことが好ましい。これにより、多孔体44の気孔
中の電解液が空所19の内部の電解液又は液体と容易に
置換することができる。
In FIG. 11, the porous body 44 is provided with a cavity 4 so as to communicate with the introduction holes 16 a and 16 b of the element body 48.
7 are formed. Due to the space 47, the introduction hole 16a,
A fluid such as an electrolytic solution can easily flow into 16b. When the element main body 48 is incorporated into the porous body 44, an electrolyte solution or a liquid which can be mixed with the electrolyte solution and which may be mixed is sealed in advance inside the cavity 19 of the element body 48. Is preferred. As a result, the electrolytic solution in the pores of the porous body 44 can be easily replaced with the electrolytic solution or liquid in the void 19.

【0025】 以下、各要素の材料、材質について記載
する。振動部12は、電気絶縁材料であることが好まし
い。振動部12の少なくとも一部を被覆する電極が導電
性だからである。振動部12は、高耐熱性の金属であっ
て、その金属表面をガラス等のセラミックスで被覆した
ものであってもよい。しかし、振動部12は、セラミッ
クスからなることが好ましい。振動部を構成するセラミ
ックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、
窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス等を用いることが
できる。安定化された酸化ジルコニウムは、振動部が薄
くても機械強度が高いこと、靱性が高いこと、圧電膜及
び電極と化学反応性が小さいこと等のため、好ましい。
The materials and materials of each element will be described below. The vibrating portion 12 is preferably made of an electrically insulating material. This is because the electrode that covers at least a part of the vibrating portion 12 is conductive. The vibrating portion 12 may be a highly heat resistant metal, and the metal surface may be coated with a ceramic such as glass. However, the vibrating portion 12 is preferably made of ceramics. Examples of ceramics forming the vibrating portion include stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, mullite,
Aluminum nitride, silicon nitride, glass or the like can be used. Stabilized zirconium oxide is preferable because of its high mechanical strength, high toughness, and low chemical reactivity with the piezoelectric film and electrodes even when the vibrating part is thin.

【0026】 安定化された酸化ジルコニウムとは、安
定化ジルコニア及び部分安定化ジルコニアを包含する。
安定化された酸化ジルコニウムでは、立方晶等の結晶構
造をとるので、相転移を起こさない。一方、酸化ジルコ
ニウムは、1000℃前後で、単斜晶と正方晶とで相転
移し、この相転移のときクラックが発生したりする。安
定化された酸化ジルコニウムは、酸化カルシウム、酸化
マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、
酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属の酸
化物等の安定化剤を、1〜30モル%含有する。振動部
の機械強度を高めるため、安定化剤が、酸化イットリウ
ムを含有することが好ましい。このとき、酸化イットリ
ウムは、好ましくは1.5〜6モル%含有し、更に好ま
しくは2〜4モル%含有する。更に主なる結晶相は、正
方晶、正方晶及び立方晶の混合相、立方晶及び単斜晶の
混合相、正方晶及び単斜晶の混合相、又は、立方晶、正
方晶及び単斜晶の混合相であってもよい。この中でも、
主なる結晶相が、正方晶、又は、正方晶及び立方晶の混
合相であるときが、機械強度、靱性及び耐久性の観点か
ら好ましい。
Stabilized zirconium oxide includes stabilized zirconia and partially stabilized zirconia.
Stabilized zirconium oxide does not cause a phase transition because it has a crystal structure such as cubic crystal. On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic system and a tetragonal system at around 1000 ° C., and cracks may occur during this phase transition. Stabilized zirconium oxide includes calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide,
1 to 30 mol% of a stabilizer such as ytterbium oxide, cerium oxide, or an oxide of a rare earth metal is contained. The stabilizer preferably contains yttrium oxide in order to increase the mechanical strength of the vibrating portion. At this time, yttrium oxide is preferably contained in an amount of 1.5 to 6 mol%, more preferably 2 to 4 mol%. Further, the main crystal phase is tetragonal, mixed phase of tetragonal and cubic, mixed phase of cubic and monoclinic, mixed phase of tetragonal and monoclinic, or cubic, tetragonal and monoclinic. May be a mixed phase. Among them,
From the viewpoint of mechanical strength, toughness and durability, it is preferable that the main crystal phase is tetragonal or a mixed phase of tetragonal and cubic.

【0027】 振動部12を構成するセラミックスが、
0.5〜5重量%の酸化珪素を含有することが好まし
く、1〜3重量%の酸化珪素を含有することが更に好ま
しい。これは、圧電素子20を熱処理して形成すると
き、酸化珪素が、振動部12と圧電素子20との過剰な
反応を避けて、良好な圧電体特性を得ることができるか
らである。また、振動部12がセラミックスからなると
き、多数の結晶粒が振動部を構成するが、振動部の機械
強度を高めるため、結晶粒の平均粒径は、0.05〜2
μmであることが好ましく、0.1〜1μmであること
が更に好ましい。
The ceramics forming the vibrating section 12 are
It preferably contains 0.5 to 5% by weight of silicon oxide, and more preferably 1 to 3% by weight of silicon oxide. This is because when the piezoelectric element 20 is formed by heat treatment, silicon oxide can avoid an excessive reaction between the vibrating portion 12 and the piezoelectric element 20 and obtain good piezoelectric characteristics. When the vibrating portion 12 is made of ceramics, a large number of crystal grains form the vibrating portion, but the average grain size of the crystal grains is 0.05 to 2 in order to increase the mechanical strength of the vibrating portion.
The thickness is preferably μm, more preferably 0.1 to 1 μm.

【0028】 圧電膜には、好適には、圧電性セラミッ
クスを用いることができるが、電歪セラミックス又は強
誘電体セラミックスであってもよい。分極処理が必要な
材料であっても、必要がない材料であってもよい。圧電
膜に用いるセラミックスは、例えば、ジルコン酸鉛、マ
グネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオ
ブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チ
タン酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ
酸鉛、チタン酸バリウム等、又はこれらの何れかを組み
合わせた成分を含有するセラミックスが挙げられる。こ
れらの化合物が50重量%以上をしめる主成分であって
もよいことはいうまでもない。また、ジルコン酸鉛を含
有するセラミックスは、好ましく用いれる。上記セラミ
ックスに、更に、ランタン、カルシウム、ストロンチウ
ム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜
鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、若しくはこれらの
何れかの組み合わせ、又は他の化合物を、適宜、添加し
たセラミックスを用いてもよい。例えば、マグネシウム
ニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛と、チタン酸鉛とからなる
成分を主成分とし、更にランタンやストロンチウムを含
有するセラミックスを用いることが好ましい。
For the piezoelectric film, piezoelectric ceramics can be preferably used, but electrostrictive ceramics or ferroelectric ceramics may be used. The material may or may not require a polarization treatment. Ceramics used for the piezoelectric film are, for example, lead zirconate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead titanate, lead manganese tungstate, cobalt niobate. Examples of the ceramic include lead, barium titanate, and the like, or a component containing a combination of any of these. It goes without saying that these compounds may be the main components that account for 50% by weight or more. Ceramics containing lead zirconate are preferably used. In addition to the above-mentioned ceramics, lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, oxides such as manganese, or any combination thereof, or any other compound, ceramics appropriately added. You may use. For example, it is preferable to use ceramics containing lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate as main components, and further containing lanthanum and strontium.

【0029】 電極24aは、室温で固体であって、導
電性の金属で構成されていることが好ましい。例えば、
アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジ
ウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウ
ム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げ
られる。これらの元素が任意の組み合わせで含有してい
てもよいことはいうまでもない。また、白金、ロジウ
ム、パラジウム等の白金族金属、又はこれらの白金族金
属を含有する、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を
主成分とする電極材料が好適に用いられる。また、銅、
銀及び金は耐久性があるので、より好ましい。
The electrode 24a is preferably solid at room temperature and made of a conductive metal. For example,
A single metal or an alloy containing aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead and the like can be mentioned. . It goes without saying that these elements may be contained in any combination. Further, an electrode material containing a platinum group metal such as platinum, rhodium or palladium, or an alloy containing these platinum group metals and having an alloy such as silver-platinum or platinum-palladium as a main component is preferably used. Also copper,
Silver and gold are more preferable because they are durable.

【0030】 電極24bは、白金、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリ
ブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト
等の高融点の金属を含有する単体又は合金からなること
が好ましい。また、これらの高融点金属が任意の組み合
わせで含有していてもよいことはいうまでもない。ま
た、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属、又は
これらの白金族金属を含有する、銀−白金、白金−パラ
ジウム等の合金を主成分とする電極材料が好適に用いら
れる。電極24bは、圧電膜の熱処理の時に高温に晒さ
れる場合があるので、高温酸化雰囲気に耐えられる金属
であることが好ましいからである。また、これらの高融
点金属と、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、
ガラス等のセラミックスとを含有するサーメットであっ
てもよい。
The electrode 24b is preferably made of a simple substance or an alloy containing a high melting point metal such as platinum, ruthenium, rhodium, palladium, iridium, titanium, chromium, molybdenum, tantalum, tungsten, nickel and cobalt. It goes without saying that these refractory metals may be contained in any combination. Further, an electrode material containing a platinum group metal such as platinum, rhodium or palladium, or an alloy containing these platinum group metals and having an alloy such as silver-platinum or platinum-palladium as a main component is preferably used. This is because the electrode 24b may be exposed to a high temperature during the heat treatment of the piezoelectric film, and is therefore preferably a metal that can withstand a high-temperature oxidizing atmosphere. Further, with these refractory metals, alumina, zirconium oxide, silicon oxide,
It may be a cermet containing a ceramic such as glass.

【0031】 次に、本発明のセンサ素子の素子本体の
製造方法を説明する。基体は、グリーンシート又はグリ
ーンテープである成形層を、熱圧着等で積層して、次い
で、焼結することで一体化できる。例えば、図1の基体
10では、3層のグリーンシート又はグリーンテープを
積層するが、その第二層に、空所となるように所定形状
の貫通孔を積層前に予め設けておけばよい。また、成形
型を用いる加圧成形、鋳込み成形、射出成形等によっ
て、成形層を作成し、切削、研削加工、レーザー加工、
プレス加工による打ち抜き等の機械加工により、空所等
を設けてもよい。成形層は、互いに同一の厚さである必
要はないが、焼結による収縮が同じ程度になるようにし
ておくことが好ましい。また、焼結前のグリーンシート
又はグリーンテープであるときに空所に対応する形状に
成形していてもよいし、また、焼結後に機械加工を施し
てもよい。
Next, a method of manufacturing the element body of the sensor element of the present invention will be described. The base body can be integrated by stacking a molding layer, which is a green sheet or a green tape, by thermocompression bonding and then sintering. For example, in the substrate 10 of FIG. 1, three layers of green sheets or green tapes are laminated, but a through hole having a predetermined shape may be provided in advance in the second layer before lamination so as to be a void. In addition, forming a molding layer by pressure molding using a molding die, casting molding, injection molding, etc., cutting, grinding processing, laser processing,
A void or the like may be provided by mechanical processing such as punching by pressing. The molding layers do not have to have the same thickness as each other, but it is preferable that the molding layers have the same degree of shrinkage due to sintering. Further, the green sheet or green tape before sintering may be formed into a shape corresponding to the void, or may be machined after sintering.

【0032】 振動部12に、圧電素子20を形成する
方法を記載する。金型を用いたプレス成形法又はスラリ
ー原料を用いたテープ成形法等によって圧電体を成形
し、この焼結前の圧電体を、焼結前の基板における振動
部に、熱圧着で積層し、同時に焼結して、基板と圧電体
とを形成する方法がある。この場合には、電極は後述す
る膜形成法により、基板又は圧電体に予め形成しておく
必要がある。圧電膜の焼結温度は、これを構成する材料
によって適宜定められるが、一般には、800℃〜14
00℃であり、好ましくは、1000℃〜1400℃で
ある。この場合、圧電膜の組成を制御するために、圧電
膜材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。
A method of forming the piezoelectric element 20 on the vibrating portion 12 will be described. A piezoelectric body is molded by a press molding method using a die or a tape molding method using a slurry raw material, and the piezoelectric body before sintering is laminated on the vibrating portion of the substrate before sintering by thermocompression bonding, There is a method of simultaneously sintering and forming a substrate and a piezoelectric body. In this case, the electrodes need to be formed on the substrate or the piezoelectric body in advance by a film forming method described later. The sintering temperature of the piezoelectric film is appropriately determined depending on the material constituting the piezoelectric film, but is generally 800 ° C to 14 ° C.
The temperature is 00 ° C, preferably 1000 ° C to 1400 ° C. In this case, in order to control the composition of the piezoelectric film, it is preferable to perform sintering in the presence of an evaporation source of the piezoelectric film material.

【0033】 一方、膜形成法では、振動部12に、電
極24b、圧電膜22、及び電極24aをこの順序に積
層して、圧電素子20を形成する。公知の膜形成法、例
えば、スクリーン印刷のごとき厚膜法、ディッピング等
の塗布法、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、
イオンプレーティング、化学蒸着法(CVD)、メッキ
等の薄膜法等が適宜用いられるが、これらに何等限定さ
れるものではない。この中では、スクリーン印刷法が安
定に製造することができるので好ましい。電極24b及
びリードは、スクリーン印刷によって、同時に印刷塗布
することができる。また、圧電膜22は、好ましくは、
スクリーン印刷、ディッピング、塗布等によって形成す
る。これらの手法は、圧電膜の材料からなるセラミック
粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、基板
上に膜形成することができ、良好な圧電体特性が得られ
る。また、このように圧電膜を膜形成法によって形成す
ると、接着剤を用いることなく、圧電素子と振動部とを
一体的に接合することができるため、信頼性、再現性に
優れ、更に、集積化し易いことから、特に好ましい。ま
た、そのような膜の形状は、適当なパターンを形成して
もよい。スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法等に
よって、パターン形成してもよく、また、レーザー加工
法、スライシング、超音波加工等の機械加工法を用い、
不必要な部分を除去してパターン形成してもよい。
On the other hand, in the film forming method, the piezoelectric element 20 is formed by laminating the electrode 24 b, the piezoelectric film 22, and the electrode 24 a on the vibrating portion 12 in this order. Known film forming methods, for example, thick film method such as screen printing, coating method such as dipping, ion beam, sputtering, vacuum deposition,
A thin film method such as ion plating, chemical vapor deposition (CVD), and plating is appropriately used, but is not limited thereto. Of these, the screen printing method is preferable because it allows stable production. The electrodes 24b and the leads can be simultaneously printed and applied by screen printing. Further, the piezoelectric film 22 is preferably
It is formed by screen printing, dipping, coating, etc. These methods can form a film on a substrate by using a paste or slurry containing ceramic particles made of a material of a piezoelectric film as a main component, and excellent piezoelectric characteristics can be obtained. In addition, when the piezoelectric film is formed by the film forming method as described above, the piezoelectric element and the vibrating portion can be integrally bonded without using an adhesive, so that the reliability and reproducibility are excellent, and further, the integration is improved. It is particularly preferable because it is easily converted into. Moreover, the shape of such a film may form an appropriate pattern. The pattern may be formed by a screen printing method, a photolithography method or the like, and a mechanical processing method such as a laser processing method, slicing or ultrasonic processing is used,
Unnecessary portions may be removed to form a pattern.

【0034】 また、作成される圧電膜及び電極の形状
は、何等限定されるものではなく、用途に応じて如何な
る形状を採用してもよい。例えば、三角形、四角形等の
多角形、円、楕円、円環等の曲線形状、櫛形状、格子状
又はこれらを組み合わせた特殊形状であってもよい。ま
た、圧電素子20は振動部12の全面に設ける必要はな
く、振動により発生する歪みが最も大きい部分に設ける
ことが好ましい。そして、このようにして基板状に形成
されたそれぞれの膜(22、24a、24b)は、各膜
の形成の都度、熱処理して、基板と一体構造となるよう
にしてもよく、又は、これらの膜を形成した後に、これ
らの膜を同時に熱処理して、各膜が基板に一体的に接合
せしめてもよい。なお、薄膜法により電極を形成する場
合には、これらの電極を一体化するためには、必ずしも
熱処理を必要としない。
Further, the shapes of the piezoelectric film and the electrodes to be formed are not limited at all, and any shape may be adopted depending on the application. For example, it may be a polygon such as a triangle or a quadrangle, a curved shape such as a circle, an ellipse, or a ring, a comb shape, a lattice shape, or a special shape in which these are combined. Further, the piezoelectric element 20 does not need to be provided on the entire surface of the vibrating portion 12, but is preferably provided on a portion where the strain generated by vibration is the largest. The respective films (22, 24a, 24b) thus formed on the substrate may be subjected to heat treatment every time each film is formed so as to be integrated with the substrate, or After forming the films, the films may be heat-treated simultaneously to integrally bond the films to the substrate. Note that when electrodes are formed by a thin film method, heat treatment is not necessarily required to integrate these electrodes.

【0035】[0035]

【発明の効果】 本発明のセンサ素子では、振動防止層
により、圧電素子及び振動部の振動を妨害することな
く、この振動が励起するセンサ素子の不要な振動を防止
又は低減することができる。センサ素子が電気信号を出
力する際に、不要な振動に起因するノイズが減少する。
According to the sensor element of the present invention, the vibration prevention layer can prevent or reduce unnecessary vibration of the sensor element excited by this vibration without disturbing the vibration of the piezoelectric element and the vibration part. When the sensor element outputs an electric signal, noise due to unnecessary vibration is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のセンサ素子の断面説明図であって、
図2のX−X’断面である。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a sensor element of the present invention,
It is a XX 'cross section of FIG.

【図2】 素子本体の一実施例の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of an example of an element body.

【図3】 本発明のセンサ素子の一実施態様の正面説明
図である。
FIG. 3 is a front explanatory view of an embodiment of the sensor element of the present invention.

【図4】 図3の実施態様の側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of the embodiment of FIG.

【図5】 本発明のセンサ素子の他の実施態様の断面説
明図である。
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of another embodiment of the sensor element of the present invention.

【図6】 図5の実施態様の正面説明図である。FIG. 6 is a front view of the embodiment of FIG.

【図7】 図5の実施態様の分解斜視図である。FIG. 7 is an exploded perspective view of the embodiment of FIG.

【図8】 本発明の電池の一実施態様の断面説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of one embodiment of the battery of the present invention.

【図9】 本発明の電池の他の実施態様の断面説明図で
ある。
FIG. 9 is a cross sectional view showing another embodiment of the battery of the present invention.

【図10】 本発明の電池の他の実施態様の断面説明図
である。
FIG. 10 is a cross sectional view showing another embodiment of the battery of the present invention.

【図11】 本発明の電池の他の実施態様の断面説明図
である。
FIG. 11 is a cross sectional view showing another embodiment of the battery of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・センサ素子、10a・・・センサ素子の端部、10
b・・・センサ素子の端部、12・・・振動部、12s、12
t・・・振動部の表面、14・・・空所、16a、16b・・・
導入孔、17・・・保護カバー、17a・・・蓋部材、17b
・・・枠、18・・・穴、20・・・圧電素子、22・・・圧電膜、
24a、24b・・・電極、26a、26b・・・リード線、
30・・・振動防止層、32、34・・・フィルム又は板、3
6・・・接着層、37・・・穴、38・・・穴、40・・・電池、4
2a、42b・・・電極、44・・・多孔体、46・・・空所、
48・・・素子本体
10 ... Sensor element, 10a ... End of sensor element, 10
b ... end of sensor element, 12 ... vibrating section, 12s, 12
t ... surface of vibrating part, 14 ... void, 16a, 16b ...
Introduction hole, 17 ... Protective cover, 17a ... Lid member, 17b
... Frame, 18 ... hole, 20 ... piezoelectric element, 22 ... piezoelectric film,
24a, 24b ... Electrodes, 26a, 26b ... Lead wires,
30 ... Anti-vibration layer, 32, 34 ... Film or plate, 3
6 ... Adhesive layer, 37 ... Hole, 38 ... Hole, 40 ... Battery, 4
2a, 42b ... electrode, 44 ... porous body, 46 ... void,
48: Element body

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動部を有する基体と、 当該振動部の一方の表面に固定され、かつ、圧電膜と当
該圧電膜を挟む一対の電極とを有する圧電素子と、 当該基体の少なくとも一部を被覆する振動防止層とを有
することを特徴とするセンサ素子。
1. A piezoelectric element having a vibrating portion, a piezoelectric element fixed to one surface of the vibrating portion and having a piezoelectric film and a pair of electrodes sandwiching the piezoelectric film, and at least a part of the substrate. A vibration-proof layer covering the sensor element.
【請求項2】 当該振動防止層が、合成樹脂からなるフ
ィルムを有することを特徴とする請求項1に記載のセン
サ素子。
2. The sensor element according to claim 1, wherein the anti-vibration layer has a film made of synthetic resin.
【請求項3】 当該振動防止層が、金属、セラミックス
又は合成樹脂からなる板と、当該板及び当該基体を固定
するための接着層とを有することを特徴とする請求項1
に記載のセンサ素子。
3. The anti-vibration layer has a plate made of metal, ceramics or synthetic resin, and an adhesive layer for fixing the plate and the base.
The sensor element according to 1.
【請求項4】 当該振動防止層には、当該圧電素子を被
覆しないように、穴が形成されていることを特徴とする
請求項1、2又は3に記載のセンサ素子。
4. The sensor element according to claim 1, 2 or 3, wherein a hole is formed in the vibration prevention layer so as not to cover the piezoelectric element.
【請求項5】 当該基体は、当該圧電素子を覆う保護カ
バーを有していて、当該振動防止層が当該保護カバーの
少なくとも一部を被覆することを特徴とする請求項1、
2又は3に記載のセンサ素子。
5. The substrate has a protective cover that covers the piezoelectric element, and the vibration-preventing layer covers at least a part of the protective cover.
The sensor element according to 2 or 3.
【請求項6】 当該基体には、当該振動部に対して当該
圧電素子の反対側に、流体を導くことができる空所が形
成されることを特徴とする上記請求項の何れかに記載の
センサ素子。
6. The base body according to claim 1, wherein a space into which a fluid can be introduced is formed in the base body on a side opposite to the piezoelectric element with respect to the vibrating portion. Sensor element.
【請求項7】 当該振動防止層には、当該基体の当該空
所に連通する穴が形成されていることを特徴とする請求
項6に記載のセンサ素子。
7. The sensor element according to claim 6, wherein the vibration preventing layer has a hole communicating with the void of the base body.
【請求項8】 当該基体には、当該空所に連通する導入
孔が形成され、当該基体は、当該空所の外側であって当
該導入孔の近傍に突起部を有することを特徴とする請求
項6又は7に記載のセンサ素子。
8. An introduction hole communicating with the void is formed in the substrate, and the substrate has a projection portion outside the void and near the introduction hole. Item 6. The sensor element according to Item 6 or 7.
【請求項9】 当該圧電素子の当該電極に接続し、か
つ、当該基体又は当該振動防止層に固定されるリード線
を有し、当該振動防止層が、少なくとも、当該リード線
における当該基体側の端部と、当該基体における当該リ
ード線側の端部を被覆することを特徴とする上記請求項
の何れかに記載のセンサ素子。
9. A lead wire connected to the electrode of the piezoelectric element and fixed to the base body or the vibration prevention layer, wherein the vibration prevention layer is at least on the base body side of the lead wire. The sensor element according to claim 1, wherein an end portion and an end portion of the base body on the lead wire side are covered.
【請求項10】 一対の第1電極と、当該第1電極に挟
まれた多孔体とを有する電池において、上記請求項1〜
9に記載のセンサ素子が当該多孔体の内部に設けられ、
当該多孔体又は当該第1電極が当該振動防止層として作
用することを特徴とする電池。
10. A battery having a pair of first electrodes and a porous body sandwiched between the first electrodes, wherein
The sensor element according to 9 is provided inside the porous body,
A battery, wherein the porous body or the first electrode acts as the vibration prevention layer.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2006162538A (en) * 2004-12-10 2006-06-22 Seiko Instruments Inc Apparatus for measuring trace mass
JP2008026011A (en) * 2006-07-18 2008-02-07 Seiko Instruments Inc Microreactor, dissociation constant measuring device, dissociation constant measuring method, and dissociation constant measuring program
CN103199190A (en) * 2013-04-11 2013-07-10 济南大学 Orthotropic piezoelectric sensor for monitoring/detection of civil engineering structure, preparation method thereof and application thereof

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