JPH1151961A

JPH1151961A - 圧電振動子

Info

Publication number: JPH1151961A
Application number: JP21491897A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kaneko; 貴之金子
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】加速度検出の感度を向上し、温度ドリフトを
改善した圧電振動子を提供する。【解決手段】圧電振動子１の圧電素子２１ａ、２１
ｂ、２１ｃ、２１ｄの幅を振動体２の幅の略２／３と
し、厚みを振動体２の厚みの略３／４に薄くする。【効果】圧電振動子の振動体のたわみの量を大きく
し、加速度検出の感度を向上させ、これによって温度ド
リフトを小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動子、特に
自動車用ナビゲーションシステムに使用される圧電型加
速度センサに用いられる圧電振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に、従来の片持ち梁構造の圧電振動
子の例を示す。図５において、圧電振動子１は、板状の
振動体２、振動体２の一方主面に貼り付けられた圧電素
子３ａおよび３ｂ、同じく他方主面に貼り付けられた圧
電素子３ｃおよび３ｄ、水平支持部４ａおよび４ｂ、重
り取り付け部５、連結部６、７、８、９、重り１０、支
持台１１で構成されている。ここで、圧電素子３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄは圧電体セラミックスで、振動体２とほ
ぼ同じ幅、およびほぼ同じ厚みの板状に形成されてい
る。連結部６、７、８、９は、それぞれ２つのカプラ６
ａと６ｂ、７ａと７ｂ、８ａと８ｂ、９ａと９ｂで構成
されている。水平支持部４ａおよび４ｂは、振動体２の
面に水平で、その長手方向に対して直交する方向に伸び
た４つのカプラ６ａと６ｂ、７ａと７ｂからなる２つの
連結部６と７によって振動体２の長手方向の一端側に接
続されている。また、重り取り付け部５も、振動体２の
面に水平で、その長手方向に対して直交する方向に伸び
た４つのカプラ８ａと８ｂ、９ａと９ｂからなる２つの
連結部８と９によって振動体２の長手方向の他端側に接
続されている。また、重り１０は重り取り付け部５に取
り付けられている。

【０００３】ここで、振動体２、水平支持部４ａおよび
４ｂ、重り取り付け部５、連結部６、７、８、９は、エ
リンバなどの恒弾性金属材料を所定の形状に打ち抜くな
どして一体的に形成されている。また、連結部６、７、
８、９を構成するカプラ６ａ、６ｂ、７ａ，７ｂ，８
ａ，８ｂ，９ａ、９ｂは、振動体２の長手方向の伸縮振
動を妨げないように細い部材で構成されている。そし
て、水平支持部４ａおよび４ｂは支持台１１に固定され
ている。その結果、圧電振動子１は、振動体２を、その
長手方向の一端側で連結部６と７によって保持する片持
ち梁構造となっている。

【０００４】このように構成された圧電振動子１におい
て、振動体２の長手方向の他端側に設けられた圧電素子
３ａおよび３ｃと、一端側に設けられた圧電素子３ｂお
よび３ｄは、その両面に電極が形成され駆動信号が印加
される。圧電素子は両面の電極に印加される電圧の方向
によって、全体が収縮したり伸長したりする性質を持っ
ている。そこで、圧電振動子１においては、駆動信号に
よって振動体２の一端側の２つの圧電素子３ｂと３ｄが
収縮すれば他端側の２つの圧電素子３ａと３ｃが伸長
し、一端側の２つの圧電素子３ｂと３ｄが伸長すれば他
端側の２つの圧電素子３ａと３ｃが収縮するように構成
されている。その結果、振動体２は正弦波の駆動信号に
よってその一端側と他端側が交互に収縮と伸長を繰り返
す伸縮振動を行う。そして、このとき、各圧電素子に形
成された電極からは、圧電素子の伸縮振動に応じた信号
が出力される。なお、この場合、振動体２の一端側と他
端側が互いに逆向きの伸縮振動をするため、伸縮振動中
も振動体２の全長は変わらない。

【０００５】この状態において、圧電振動子１に対して
振動体２の面に垂直な方向に加速度が加わると、振動体
２に水平支持部４ａおよび４ｂと連結部６と７で保持さ
れた部分を基点としたたわみが生じる。この時、重り１
０は振動体２のたわみを大きくする働きをしている。振
動体２がたわむと、圧電素子３ｂ、３ｄには振動体２の
たわみに対応して互いに逆位相の電圧が発生する。そこ
で、この２つの圧電素子３ｂと３ｄの出力電圧の差を取
ることにより、圧電振動子１に加わる加速度を検出する
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、圧電素子は、
その幅が狭くなるほど、また、その厚みが薄くなるほど
たわみやすくなる。圧電素子がたわみやすくなると、圧
電素子を貼り付けた振動体もたわみやすくなり、その結
果、圧電振動子の加速度検出の感度が向上する。しかし
逆に、圧電素子の幅が狭くなるほど、また厚みが薄くな
るほど、たわみによる起電力は小さくなる。これは、圧
電振動子の加速度検出の感度を劣化させる方向に働く。
そこで、圧電素子の幅と厚みを、互いに相反する条件の
中で最適な条件に合わせることによって、加速度検出の
感度を最も良くすることができる。

【０００７】ここで、図６および図７に、圧電振動子１
の平面図および側面図を示す。図６および図７に示すよ
うに、圧電振動子１においては、圧電素子３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄの幅Ａは、振動体２の幅Ｂとほぼ等しく形成
され、また、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの厚みＣ
は、振動体２の厚みＤとほぼ等しく形成されている。し
かも、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは変形しにくい
セラミックスで構成されている。そのため、振動体２の
面に垂直な方向の加速度が加わったとき、圧電素子３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが妨げとなって振動体２のたわみ
量が小さくなり、加速度検出の感度が小さくなってい
る。

【０００８】また、圧電素子や振動体を構成する金属板
には温度の変化により熱膨脹が発生し、圧電素子は振動
体との熱膨張の違いによってわずかにたわむ。このわず
かなたわみによって圧電素子の出力電圧に変化が発生す
る（これを温度ドリフトという）。そして、振動体２の
加速度によるたわみの量が小さい場合、この温度変化に
よるたわみの量が加速度によるたわみの量に対して相対
的に無視できない程度に大きくなり、これが原因で圧電
振動子の温度ドリフトが大きくなってしまうという問題
がある。

【０００９】そこで、本発明は、加速度検出の感度を向
上させ、温度ドリフトを改善した圧電振動子を提供す
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の圧電振動子は、両面に板状の圧電素子を
貼り付けた板状の振動体と、前記振動体の長手方向の一
端を固定する支持台と、前記振動体の長手方向の他端に
取り付けられた重りからなる圧電振動子において、前記
圧電素子の幅を、前記振動体の幅の略２／３としたこと
を特徴とする。

【００１１】また、本発明の圧電振動子は、両面に板状
の圧電素子を貼り付けた板状の振動体と、前記振動体の
長手方向の一端を固定する支持台と、前記振動体の長手
方向の他端に取り付けられた重りからなる圧電振動子に
おいて、前記圧電素子の厚みを、前記振動体の厚みの略
３／４としたことを特徴とする。

【００１２】このように構成することにより、本発明の
圧電振動子は、振動体の面に垂直な方向の加速度に対し
てたわみ量が大きくなり、加速度検出の感度が向上し、
温度ドリフトが改善される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の圧電振動子の一
実施例の平面図を示す。また、図２のその側面図を示
す。図１および図２で、図５ないし図７と同一もしくは
同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００１４】図１および図２において、圧電振動子２０
の振動体２に貼り付けられた圧電素子２１ａ、２１ｂ、
２１ｃ、２１ｄの幅Ｅは、振動体２の幅Ｂの略２／３に
なるように形成されている。また、圧電素子２１ａ、２
１ｂ、２１ｃ、２１ｄの厚みＦは、振動体２の厚みＤの
略３／４になるように形成されている。

【００１５】ここで、図３に、振動体の幅を固定し、圧
電素子の厚みを振動体の厚みと等しくしたときの、圧電
素子の幅と温度ドリフトとの関係を表すグラフを示す。
図３において、横軸は圧電素子の幅を、縦軸は温度ドリ
フトを表している。図３より分かるように、圧電素子の
幅が振動体の幅と同じところから狭くなるにつれて温度
ドリフトは小さくなり、圧電素子の幅が振動体の幅の２
／３の時に最も小さくなり、さらに圧電素子の幅が狭く
なると、今度は逆に温度ドリフトは大きくなっている。

【００１６】次に、図４に、振動体の厚みを固定し、圧
電素子の幅と厚みを変えたときの温度ドリフトとの関係
を表すグラフを示す。図４において、横軸は圧電素子の
幅と厚みの組み合わせを、縦軸は温度ドリフトを表して
いる。図４より分かるように、圧電素子の幅を振動体の
幅の２／３に狭くするだけでも、図３にも示したように
温度ドリフトは小さくなる。そして、圧電素子の厚み
を、振動体の厚みから、振動体の厚みの３／４に薄くす
ることによって、さらに温度ドリフトは小さくなってい
る。

【００１７】このように、圧電素子２１ａ、２１ｂ、２
１ｃ、２１ｄの幅を振動体２の幅の略２／３とすること
によって、加速度検出の感度が向上し、温度ドリフトを
最も小さくすることができる。また、同じく圧電素子２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの厚みを振動体２の厚み
の略３／４とすることによっても、加速度検出の感度が
向上し、温度ドリフトをさらに小さくすることができ
る。

【００１８】なお、振動体２の一方主面側および他方主
面側にはそれぞれ２つの圧電素子２１ａと２１ｂ、２１
ｃと２１ｄが貼り付けられているが、２つで構成するこ
とに限られるものではなく、それぞれ一体化して１つの
圧電素子として構成しても構わない。

【００１９】

【発明の効果】本発明の圧電振動子によれば、圧電素子
の幅を、振動体の幅の略２／３とし、また、圧電素子の
厚みを、振動体の厚みの略３／４とすることによって、
振動体のたわみの量が大きくなり、加速度検出の感度が
向上し、圧電振動子の温度ドリフトを小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動子の一実施例を示す平面図で
ある。

【図２】図１の実施例の側面図である。

【図３】圧電素子の幅と温度ドリフトとの関係を示すグ
ラフである。

【図４】圧電素子の幅と厚みの組み合わせと温度ドリフ
トとの関係を示すグラフである。

【図５】従来の圧電振動子を示す斜視図である。

【図６】図５の圧電振動子の平面図である。

【図７】図５の圧電振動子の側面図である。

【符号の説明】

２…振動体４ａ、４ｂ…水平支持部５…重り取り付け部６、７、８、９…連結部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ…カ
プラ１０…重り１１…支持台２０…圧電振動子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に板状の圧電素子を貼り付けた板状
の振動体と、前記振動体の長手方向の一端を固定する支
持台と、前記振動体の長手方向の他端に取り付けられた
重りからなる圧電振動子において、前記圧電素子の幅を、前記振動体の幅の略２／３とした
ことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】両面に板状の圧電素子を貼り付けた板状
の振動体と、前記振動体の長手方向の一端を固定する支
持台と、前記振動体の長手方向の他端に取り付けられた
重りからなる圧電振動子において、前記圧電素子の厚みを、前記振動体の厚みの略３／４と
したことを特徴とする圧電振動子。