JPH0943270A - 圧電型力学量センサ - Google Patents

圧電型力学量センサ

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JPH0943270A
JPH0943270A JP18998695A JP18998695A JPH0943270A JP H0943270 A JPH0943270 A JP H0943270A JP 18998695 A JP18998695 A JP 18998695A JP 18998695 A JP18998695 A JP 18998695A JP H0943270 A JPH0943270 A JP H0943270A
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JP
Japan
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piezoelectric
metal case
low
mechanical quantity
case
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JP18998695A
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English (en)
Inventor
Takio Kojima
多喜男 小島
Yoshikuni Sato
美邦 佐藤
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】圧電型力学量センサにおいてセンサ検出精度を
低下させることなく外部環境温度の変化の影響を軽減し
て焦電ノイズを更に軽減できるようにすること。 【解決手段】本発明による圧電型力学量センサは低熱伝
導性の樹脂スペーサを介して圧電共振体の中心部を金属
ケースに固定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に車両用の加速
度センサとして使用され得る圧電型力学量センサに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の圧電型力学量センサとし
ては、導電性を有する薄板を挟んで、それぞれ電極を備
えた二つの薄板状の圧電素子を、これらの二つの圧電素
子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に同じ方向
になりしかも電気的には並列接続となるようにして薄板
の両面に固着して成るバイモルフ構造の共振体を金属ケ
ース内に収納したものが知られている(特公平7−1548
5号公報参照) すなわち添附図面の図9に示すように、この形式のセン
サはシールドを兼ねる金属ケースA内に圧電共振体Bが
ケースの下壁面に立設された絶縁性の保持ポストCによ
り中心保持形式で装着され、さらに金属ケースA内には
圧電共振体Bで検出した検出信号を増幅し、ろ波するた
めの所要の電子回路を構成している回路基板Dが収納さ
れ、圧電共振体Bと電子回路との間を接続するリード線
E、Eによって配線接続されている。尚、同図中Fは電
子回路より処理された適正な出力信号を外部の測定装置
(図示省略)へ供給するコネクタ端子で、ケースAの上
壁面に装着されている。
【0003】上記従来の圧電型力学量センサの動作につ
いて説明すると、例えば外部から圧電共振体Bに対して
直交する方向の加速度が作用すると、金属ケースAを介
して圧電共振体Bに伝えられ、該圧電共振体Bに歪みが
発生する。この圧電共振体Bに発生した歪みは二枚の圧
電素子に引っ張り力と圧縮力とを交互に与えるため、該
圧電素子から加速度の大きさに比例した電荷が発生す
る。この電荷は回路基板Dの電子回路部品により最適な
出力レベルになるように変換、処理された後、制御信号
として取り出される。一方、熱伝導性の良い金属ケース
Aの壁面から保持ポストCを介して圧電共振体Bに伝達
する熱によって、圧電共振体の周囲に温度勾配(温度変
化)を生じると、焦電作用により各圧電素子には電荷
(ノイズ信号)を発生するが、この場合各圧電素子の分
極方向が相互に同一であり、しかも電気的並列に接続し
てあるため、焦電により発生した電荷は理想的にはキャ
ンセルされ、前記加速度による信号のみが出力されるこ
とになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のも
のは、金属薄板の両面に圧電素子を配列し、これら二つ
の圧電素子が焦電作用による電荷をキャンセルするよう
に構成しているので、ノイズ電圧の発生は比較的小さく
抑えられるが、実際には二つの圧電素子の焦電特性差
(すなわち電気的特性偏差)、金属薄板と圧電素子との
接着層の厚さの不均一、金属薄板と圧電素子との熱膨張
率の相違等により、焦電電圧の発生を確実に抑制するこ
とができず、これは特に0.1Hz以下の低周波で、低力学
量を精度良く検出する際には問題となる。
【0005】そこで、本発明は、前記のような問題点に
鑑みてなされたもので外部環境温度の変化の影響を軽減
して焦電ノイズを更に軽減できる圧電型力学量センサを
提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明によれば、導電性を有する薄板を挟んで、そ
れぞれ電極を備えた二つの薄板状の圧電素子を、これら
の二つの圧電素子の分極方向が力学量印加方向に対して
相互に同じ方向になりしかも電気的には並列接続となる
ようにして薄板の両面に固着して成るバイモルフ構造の
共振体を金属ケース内に収納した圧電型力学量センサに
おいて、低熱伝導性の樹脂スペーサを介して圧電共振体
の中心部を前記金属ケースに固定したことを特徴として
いる。好ましくは、樹脂スペーサと金属ケースとの間の
所要箇所には空隙が設けられ得、この空隙は樹脂スペー
サと対向した金属ケースの接触面にまたは金属ケースと
対向した樹脂スペーサの接触面に凹部を設けることによ
って形成され得る。本発明において使用される樹脂スペ
ーサは圧電共振体に比較して充分に大きな大きさ(体
積)をもつようにするのが好ましく、使用する樹脂材料
としてはフェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネ
ート(PC)、ポリフェニレンサルファイド(PP
S)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエ
ーテルエーテルケトン(PEEK)などを用いることが
できる。
【0007】
【作用】本発明による圧電型力学量センサにおいては、
低熱伝導性の樹脂スペーサを介して圧電共振体の中心部
を金属ケースに固定しているので、金属ケースから支持
部を介しての熱の伝導は低熱伝導性の樹脂スペーサによ
り軽減され、そのため温度勾配は緩くなり、その結果、
印加される力学量に応じた歪みによって発生される信号
電圧Sと環境温度変化時に生じる焦電電圧等のノイズ電
圧Nとの比(S/N比)が向上し、低周波、低力学量を
精度よく検出することができるようになる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を添付図
面の図1〜図6に示す実施例に基いて説明する。
【実施例】図1〜図4には、本発明の一実施例による圧
電型力学量センサを示し、これらの図面において1は金
属製ケース、2は圧電共振体で、この圧電共振体2は図
4に示すように、円環状の二枚の圧電素子3、4を、こ
れらの圧電素子3、4とほぼ等しい熱膨脹率をもちかつ
これらの圧電素子3、4より大きい面積をもつ振動板を
成す円形の金属薄板5の両面に、二つの圧電素子の分極
方向が力学量印加方向に対して相互に同じ方向になりし
かも電気的には並列に接続となるようにして導電性接着
剤により貼着して構成されている。このように金属薄板
5の両面に圧電素子3、4を配置することにより焦電に
よる出力はキヤンセルすることができ、また印加力学量
に対する金属薄板5の変形が両面で異なるため二倍の電
荷が発生され得る。また図4において6は圧電共振体2
を保持する保持ポストで、その両端にはねじが切られて
いる。保持ポスト6の上方のねじ部には、圧電共振体2
の金属薄板5の中央孔5aがはめ込まれ、座金7、7及び
ナット8により金属薄板5が規定のトルクで固定され、
そして保持ポスト6の他端すなわち下方のねじ部は、金
属製ケース1の下壁面の内壁に締付けボルト9により固
着された樹脂製のスペーサ10に捩じ込み固定されてい
る。こうして圧電共振体2は、金属製ケース1内に固定
されている。スペーサ10に使用される樹脂特性として
は、低熱伝導性であること、印加される力学量に応じた
歪をロスなく圧電共振体2へ伝達するために高硬度であ
ること、加工性に富み、安価であること、及び電気絶縁
性であること(体積固有抵抗が高いこと)が要求され
る。このような樹脂材としては前述したように、フェノ
ール樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポ
リエーテルエーテルケトンなどが好適である。また、ス
ペーサ10の寸法及び形状に関しては圧電共振体2より充
分に大きいことが必要であり、スペーサ10の厚さはケー
ス1の寸法に応じて決められるが、熱絶縁の観点からは
スペーサ10の厚さは厚ければ厚い程効果があると認めら
れる。また11は金属製ケース1内に取付けられた回路基
板、そして12は金属製ケース1の上壁面を貫いて金属製
ケース1の内外に突出させて設けられかつ回路基板11に
電気的に接続された出力端子装置である。圧電共振体2
における二枚の圧電素子3、4の外側電極(すなわち各
圧電素子の、金属薄板5から離れた側の表面)はリード
線13を介して互いに接続され、そして回路基板11一方の
入力端子に接続され、一方二枚の圧電素子3、4の内側
電極は金属薄板5及びリード線14を介して回路基板11の
他方の入力端子に接続されている。回路基板11には従来
技術の項で説明したと同様に圧電共振体2で検出した検
出信号を増幅し、ろ波するための電子回路が設けられて
いる。なお各リード線13、14としては、振動が出力に影
響しないようにするため太さφ0.1程度のものが用いら
れる。
【0009】図5には本発明の変形実施例を示し、上述
の実施例の装置に対応した部分は同じ符号で示す。この
変形実施例では樹脂製のスペーサ10の取付けられたケー
ス1の下壁面の内面をザクリ加工して凹部15を設け、空
気断熱層を形成している。この場合、保持ポスト6の下
端は凹部15の空気断熱層に突き出しており、それにより
外部温度変化の影響を更に緩和させることができる。そ
の他の部分は上述の実施例の装置と実質的に同じに構成
されている。
【0010】図6は本発明の別の変形実施例を示す。こ
の場合も図5の場合と同様にケース1と樹脂製のスペー
サ10との間に空気断熱層を形成しているが、図5の場合
と違ってケース1の壁面と対向する樹脂製のスペーサ10
の面にザクリ加工により凹部16を設けている。図5の場
合と同様に保持ポスト6の下端は凹部16の空気断熱層に
突き出しており、それにより外部温度変化の影響を更に
緩和させることができる。その他の部分は上述の実施例
の装置と実質的に同じに構成されている。ところで図5
及び図6に示す実施例においては、空気断熱層を画定す
る凹部15、16を設けるに際しては、印加される力学量に
応じた歪が圧電共振体2に正しく伝達できるよう樹脂ス
ペーサに対し剛性を確保できるように設計する必要があ
る。例えば、図5の実施例のものにあっては図7に示す
ように樹脂スペーサ10の下面中央領域に凹部15側に突出
する突部10aを設けたり、また図6の実施例にあっては
図8に示すように樹脂スペーサ10の上面中央領域に突部
10bを設けて剛性を高めるようにすることができる。
【0011】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、低熱伝導性の樹脂スペーサを介して圧電共振体の中
心部を金属ケースに固定しているので、従来のものに比
べて低熱伝導性の樹脂スペーサを組み込むだけで簡単か
つ廉価に金属ケースから支持部を介しての熱の伝導を軽
減でき、それにより温度勾配を緩くでき、その結果、印
加される力学量に応じた歪みによって発生される信号電
圧Sと環境温度変化時に生じる焦電電圧等のノイズ電圧
Nとの比(S/N比)を大きく取れ、低周波、低力学量
でも精度よく検出することができる安価で高精度の圧電
型力学量センサが提供できる。また金属ケースと樹脂ス
ペーサとの間に隙間を設けて空気断熱層を形成した場合
には外部温度変化の影響を更に緩和させて焦電電圧等の
ノイズ電圧Nの発生を更に低く抑えることができるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による圧電型力学量センサ
の概略水平断面図。
【図2】 図1の圧電型力学量センサの概略垂直線断面
図。
【図3】 図1の圧電型力学量センサの概略側面図。
【図4】 図1の圧電型力学量センサの要部の拡大断面
図。
【図5】 本発明の変形実施例を示す概略水平断面図。
【図6】 本発明の別の変形実施例を示す概略水平断面
図。
【図7】 図5に示す圧電型力学量センサの更に別の変
形実施例を示す要部の断面図。
【図8】 図6に示す圧電型力学量センサの更に別の変
形実施例を示す要部の断面図。
【図9】 従来技術による圧電型力学量センサの一例を
示す概略水平断面図。
【符号の説明】
1:金属製ケース 2:圧電共振体 3:圧電素子 4:圧電素子 5:金属薄板 6:保持ポスト 7:座金 8:ナット 9:締付けボルト 10:スペーサ 11:回路基板 12:出力端子装置 13:リード線 14:リード線 15:凹部(空気断熱層) 16:凹部(空気断熱層)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性を有する薄板を挟んで、それぞれ
    電極を備えた二つの薄板状の圧電素子を、これらの二つ
    の圧電素子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に
    同じ方向になりしかも電気的には並列接続となるように
    して薄板の両面に固着して成るバイモルフ構造の共振体
    を金属ケース内に収納した圧電型力学量センサにおい
    て、低熱伝導性の樹脂スペーサを介して前記共振体の中
    心部を前記金属ケースに固定したことを特徴とする圧電
    型力学量センサ。
  2. 【請求項2】 樹脂スペーサと金属ケースとの間の所要
    箇所に空隙が形成されている請求項1に記載の圧電型力
    学量センサ。
  3. 【請求項3】 空隙が樹脂スペーサと対向した金属ケー
    スの接触面に設けた凹部から成る請求項2に記載の圧電
    型力学量センサ。
  4. 【請求項4】 空隙が金属ケースと対向した樹脂スペー
    サの接触面に設けた凹部から成る請求項2に記載の圧電
    型力学量センサ。
JP18998695A 1995-07-26 1995-07-26 圧電型力学量センサ Pending JPH0943270A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004138523A (ja) * 2002-10-18 2004-05-13 Kurashiki Kako Co Ltd アクティブ防振システムの加速度検出装置
JP2008046115A (ja) * 2006-07-07 2008-02-28 Mettler-Toledo Ag 計量モジュール
JP2009511923A (ja) * 2005-10-18 2009-03-19 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト センサ
JP2013186108A (ja) * 2012-03-12 2013-09-19 Seiko Epson Corp 物理量センサーモジュール及び電子機器

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