JP3378116B2 - 圧電型加速度センサおよび圧電素子 - Google Patents
圧電型加速度センサおよび圧電素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種機械の振動検知、
あるいは自動車の安全確保用のエアバック等の安全装置
に用いられる圧電型加速度センサに関し、特に、加速度
センサ用圧電素子の構造に関するものである。
あるいは自動車の安全確保用のエアバック等の安全装置
に用いられる圧電型加速度センサに関し、特に、加速度
センサ用圧電素子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から加速度の検出には、種々の方式
のものが実用化されている。その中でも、圧電セラミッ
クを用いた加速度センサは、構造が簡単であることか
ら、各種機械の振動検出や自動車のエアバック等の安全
装置等に広く使用されている。
のものが実用化されている。その中でも、圧電セラミッ
クを用いた加速度センサは、構造が簡単であることか
ら、各種機械の振動検出や自動車のエアバック等の安全
装置等に広く使用されている。
【０００３】圧電セラミックが加速度センサとして使用
できるのは、加速度αに比例する力Ｆを対向電極を設け
た圧電セラミックに加えると、対向電極間に電圧Ｖ（あ
るいは電荷Ｑ）が生じ、この電圧Ｖから加速度αが求ま
るからである。これを数式で表せば、
できるのは、加速度αに比例する力Ｆを対向電極を設け
た圧電セラミックに加えると、対向電極間に電圧Ｖ（あ
るいは電荷Ｑ）が生じ、この電圧Ｖから加速度αが求ま
るからである。これを数式で表せば、
【０００４】Ｆ＝ｋ1・α ・・・・・・・・・・・・・（１）
【０００５】Ｖ（Ｑ）＝ｋ2・Ｆ ・・・・・・・（２）
【０００６】となる。ここに、ｋ1及びｋ2は、比例定数
である。
である。
【０００７】このような圧電セラミックを用いた加速度
センサの構造例を図４及び図５に示す。図４は、片持ち
梁構造の加速度センサであり、図５は、両持ち梁構造の
加速度センサである。図４及び図５に示すように、固定
台（図４では３４ａの１個、図５では４４ａ，４４ｂの
２個）を設けて、その上に圧電素子を接着剤（図４では
３５ａ，図５では４５ａ，４５ｂ）で固定して、片持ち
梁（図４）、あるいは両持ち梁（図５）にするのが、一
般的である。圧電素子は、圧電セラミック層（図４では
３１、図５では４１）と電極層（図４では３２、図では
４２）が交互に積層され、上下に最外電極層を保護する
ためのダミー層（図４では３３ａ及び３３ｂ、図５では
４３ａ及び４３ｂ）が設けられて構成されている。
センサの構造例を図４及び図５に示す。図４は、片持ち
梁構造の加速度センサであり、図５は、両持ち梁構造の
加速度センサである。図４及び図５に示すように、固定
台（図４では３４ａの１個、図５では４４ａ，４４ｂの
２個）を設けて、その上に圧電素子を接着剤（図４では
３５ａ，図５では４５ａ，４５ｂ）で固定して、片持ち
梁（図４）、あるいは両持ち梁（図５）にするのが、一
般的である。圧電素子は、圧電セラミック層（図４では
３１、図５では４１）と電極層（図４では３２、図では
４２）が交互に積層され、上下に最外電極層を保護する
ためのダミー層（図４では３３ａ及び３３ｂ、図５では
４３ａ及び４３ｂ）が設けられて構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固定台に圧電素子を接着固定する方法は、自由振動部の
寸法がばらつくため、固定状態が一定でなくなり、加速
度センサの感度がばらつくという問題点があった。又、
一つ一つ圧電素子を固定台に接着しなければならないの
で、低コスト化の妨げの要因にもなっていた。
固定台に圧電素子を接着固定する方法は、自由振動部の
寸法がばらつくため、固定状態が一定でなくなり、加速
度センサの感度がばらつくという問題点があった。又、
一つ一つ圧電素子を固定台に接着しなければならないの
で、低コスト化の妨げの要因にもなっていた。
【０００９】本発明は、上述の問題点を解決し、ばらつ
きが少なく、低コスト化のできる高信頼性の圧電型加速
度センサ及び圧電素子を提供することを目的とする。
きが少なく、低コスト化のできる高信頼性の圧電型加速
度センサ及び圧電素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電セラミッ
ク層と電極層が交互に積層され、一体焼結して得られる
圧電セラミック矩形板を用いた加速度センサにおいて、
前記圧電セラミック矩形板の上下の厚み面に形成した、
圧電セラミックからなるダミー層を研削して自由振動部
を形成した圧電型加速度センサ用圧電素子である。
ク層と電極層が交互に積層され、一体焼結して得られる
圧電セラミック矩形板を用いた加速度センサにおいて、
前記圧電セラミック矩形板の上下の厚み面に形成した、
圧電セラミックからなるダミー層を研削して自由振動部
を形成した圧電型加速度センサ用圧電素子である。
【００１１】又、圧電セラミック矩形板をＬ字形となる
ようにダミー層を研削し、研削された部分のダミー層
と、もう一方の研削されない側のダミー層は同じ厚みで
ある圧電素子を片持ち梁とする圧電型加速度センサであ
り、又、圧電セラミック矩形板をコの字形となるように
ダミー層を研削し、研削された部分のダミー層と、もう
一方の研削されない側のダミー層は同じ厚みである圧電
素子を両持ち梁とすることを特徴とする圧電型加速度セ
ンサであり、又、圧電セラミック矩形板をＨ字形となる
ように両側のダミー層を研削し、二つのダミー層の研削
された部分は同じ厚みである圧電素子を両持ち梁とする
圧電型加速度センサである。
ようにダミー層を研削し、研削された部分のダミー層
と、もう一方の研削されない側のダミー層は同じ厚みで
ある圧電素子を片持ち梁とする圧電型加速度センサであ
り、又、圧電セラミック矩形板をコの字形となるように
ダミー層を研削し、研削された部分のダミー層と、もう
一方の研削されない側のダミー層は同じ厚みである圧電
素子を両持ち梁とすることを特徴とする圧電型加速度セ
ンサであり、又、圧電セラミック矩形板をＨ字形となる
ように両側のダミー層を研削し、二つのダミー層の研削
された部分は同じ厚みである圧電素子を両持ち梁とする
圧電型加速度センサである。
【００１２】
【作用】本発明によれば、圧電セラミック層と電極層が
交互に積層され、一体焼結して得られる圧電セラミック
矩形板を用いた加速度センサにおいて、前記圧電セラミ
ック矩形板の上下厚み面に形成した、圧電セラミックか
らなるダミー層をＬ字形となるようにダミー層を研削
し、研削された部分のダミー層と、もう一方のダミー層
は同じ厚みである圧電素子を片持ち梁とする、又は圧電
セラミック矩形板をコの字形となるようにダミー層を研
削し、研削された部分のダミー層と、もう一方のダミー
層は同じ厚みである圧電素子を両持ち梁とする、又は圧
電セラミック矩形板をＨ字形となるようにダミー層を研
削し、研削された二つのダミー層は同じ厚みである圧電
素子を両持ち梁とすることにより、自由振動部の寸法の
ばらつきは、研削の精度により決まるので、小さくする
ことができ、固定条件が一定となり、加速度センサの感
度のばらつきを小さくすることができる。又、研削工程
は、複数個の素子を同時に行うことができるので、工数
を少なくすることができ、低コスト化することができ
る。
交互に積層され、一体焼結して得られる圧電セラミック
矩形板を用いた加速度センサにおいて、前記圧電セラミ
ック矩形板の上下厚み面に形成した、圧電セラミックか
らなるダミー層をＬ字形となるようにダミー層を研削
し、研削された部分のダミー層と、もう一方のダミー層
は同じ厚みである圧電素子を片持ち梁とする、又は圧電
セラミック矩形板をコの字形となるようにダミー層を研
削し、研削された部分のダミー層と、もう一方のダミー
層は同じ厚みである圧電素子を両持ち梁とする、又は圧
電セラミック矩形板をＨ字形となるようにダミー層を研
削し、研削された二つのダミー層は同じ厚みである圧電
素子を両持ち梁とすることにより、自由振動部の寸法の
ばらつきは、研削の精度により決まるので、小さくする
ことができ、固定条件が一定となり、加速度センサの感
度のばらつきを小さくすることができる。又、研削工程
は、複数個の素子を同時に行うことができるので、工数
を少なくすることができ、低コスト化することができ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例によって詳細に説明す
る。
る。
【００１４】（実施例１）図１に、実施例１の圧電素子
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、一方のダミ
ー層３ａの厚みは０.１５ｍｍとし、もう一方のダミー
層３ｂの厚みは０.３ｍｍとした。圧電素子がＬ字形に
なるように、厚み０.３ｍｍの側のダミー層３ｂを端部
から１ｍｍ残して、０.１５ｍｍに研削し、長さ４ｍｍ
の自由振動部を形成した。なお、研削部分を斜めの破線
を施して示している。この圧電素子を回路基板５に接着
し、片持ち梁にして加速度センサとして用いた。表１
に、従来の固定台に圧電素子を接着固定し片持ち梁構造
にした加速度センサと、本発明の加速度センサの比較を
示す。
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、一方のダミ
ー層３ａの厚みは０.１５ｍｍとし、もう一方のダミー
層３ｂの厚みは０.３ｍｍとした。圧電素子がＬ字形に
なるように、厚み０.３ｍｍの側のダミー層３ｂを端部
から１ｍｍ残して、０.１５ｍｍに研削し、長さ４ｍｍ
の自由振動部を形成した。なお、研削部分を斜めの破線
を施して示している。この圧電素子を回路基板５に接着
し、片持ち梁にして加速度センサとして用いた。表１
に、従来の固定台に圧電素子を接着固定し片持ち梁構造
にした加速度センサと、本発明の加速度センサの比較を
示す。
【００１５】
【００１６】表１からも分かるとおり、本発明の加速度
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数が１／１０以下にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数が１／１０以下にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
【００１７】（実施例２）図２に、実施例２の圧電素子
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、一方のダミ
ー層１３ａの厚みは０.１５ｍｍとし、もう一方のダミ
ー層１３ｂの厚みは０.３ｍｍとした。圧電素子がコの
字形になるように、厚み０.３ｍｍの側のダミー層１３
ｂを両端部からそれぞれ１ｍｍ残して、厚み０.１５ｍ
ｍに研削して、長さ３ｍｍの自由振動部を形成した。な
お、研削部分を斜めの破線を施して示している。この圧
電素子を回路基板５に接着し、両持ち梁にして加速度セ
ンサとして用いた。表２に、従来の固定台に圧電素子を
接着固定し両持ち梁構造にした加速度センサと、本発明
の加速度センサの比較を示す。
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、一方のダミ
ー層１３ａの厚みは０.１５ｍｍとし、もう一方のダミ
ー層１３ｂの厚みは０.３ｍｍとした。圧電素子がコの
字形になるように、厚み０.３ｍｍの側のダミー層１３
ｂを両端部からそれぞれ１ｍｍ残して、厚み０.１５ｍ
ｍに研削して、長さ３ｍｍの自由振動部を形成した。な
お、研削部分を斜めの破線を施して示している。この圧
電素子を回路基板５に接着し、両持ち梁にして加速度セ
ンサとして用いた。表２に、従来の固定台に圧電素子を
接着固定し両持ち梁構造にした加速度センサと、本発明
の加速度センサの比較を示す。
【００１８】
【００１９】表２からも分かるとおり、本発明の加速度
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数が１／１０以下にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数が１／１０以下にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
【００２０】（実施例３）図３に、実施例３の圧電素子
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、ダミー層の
厚みは０.３ｍｍずつとした。圧電素子がＨ字形になる
ように、上下二つのダミー層２３ａ，２３ｂをそれぞれ
両端部から１ｍｍ残して、０.１５ｍｍずつ研削し、長
さ３ｍｍの自由振動部を形成した。なお、研削部分を斜
めの破線を施して示している。この圧電素子を回路基板
５に接着し、両持ち梁にして加速度センサとして用い
た。表３に、従来の固定台に圧電素子を接着固定し両持
ち梁構造にした加速度センサと、本発明の加速度センサ
の比較を示す。
の断面図を示す。圧電材料としてＰＺＴ系セラミックを
用いて、圧電セラミック矩形板は、長さ５ｍｍ×幅２ｍ
ｍ、セラミック１層６５μｍを４層積層し、ダミー層の
厚みは０.３ｍｍずつとした。圧電素子がＨ字形になる
ように、上下二つのダミー層２３ａ，２３ｂをそれぞれ
両端部から１ｍｍ残して、０.１５ｍｍずつ研削し、長
さ３ｍｍの自由振動部を形成した。なお、研削部分を斜
めの破線を施して示している。この圧電素子を回路基板
５に接着し、両持ち梁にして加速度センサとして用い
た。表３に、従来の固定台に圧電素子を接着固定し両持
ち梁構造にした加速度センサと、本発明の加速度センサ
の比較を示す。
【００２１】
【００２２】表３からも分かるとおり、本発明の加速度
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数がほぼ１／１０にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
センサは、従来よりも感度のばらつきが１／４に抑える
ことができ、又、固定に関する工数がほぼ１／１０にな
っているで、高信頼性で低コストな加速度センサを得る
ことができた。
【００２３】
【発明の効果】以上、説明したように、圧電セラミック
層と電極層が交互に積層され、一体焼結して得られる圧
電セラミック矩形板の上下厚み面に形成した圧電セラミ
ックからなるダミー層を、Ｌ字形となるようにダミー層
を研削して自由振動部を形成し、片持ち梁とする、又、
圧電セラミック矩形板をコの字形となるようにダミー層
を研削して自由振動部を形成し、両持ち梁とする、又、
圧電セラミック矩形板をＨ字形となるように両側のダミ
ー層を研削して自由振動部を形成し、両持ち梁とするこ
とにより、ばらつきが少なく、低コスト化できる高信頼
性の圧電型加速度センサを提供することができる。
層と電極層が交互に積層され、一体焼結して得られる圧
電セラミック矩形板の上下厚み面に形成した圧電セラミ
ックからなるダミー層を、Ｌ字形となるようにダミー層
を研削して自由振動部を形成し、片持ち梁とする、又、
圧電セラミック矩形板をコの字形となるようにダミー層
を研削して自由振動部を形成し、両持ち梁とする、又、
圧電セラミック矩形板をＨ字形となるように両側のダミ
ー層を研削して自由振動部を形成し、両持ち梁とするこ
とにより、ばらつきが少なく、低コスト化できる高信頼
性の圧電型加速度センサを提供することができる。
【図１】実施例１の圧電素子の断面図。
【図２】実施例２の圧電素子の断面図。
【図３】実施例３の圧電素子の断面図。
【図４】従来の固定台上に接着された片持ち梁の圧電素
子の断面図。
子の断面図。
【図５】従来の固定台上に接着された両持ち梁の圧電素
子の断面図。
子の断面図。
１，１１，２１，３１，４１ 圧電セラミック層
２，１２，２２，３２，４２ （内部）電極層
３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ
（セラミック）ダミー層 ３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ （セラミック）ダ
ミー層 ３４ａ，４４ａ，４４ｂ 固定台 ３５ａ，４５ａ，４５ｂ 接着剤 ５ 回路基板
（セラミック）ダミー層 ３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ （セラミック）ダ
ミー層 ３４ａ，４４ａ，４４ｂ 固定台 ３５ａ，４５ａ，４５ｂ 接着剤 ５ 回路基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 15/09
H01L 41/08
Claims (7)
- 【請求項１】 圧電セラミック層と電極層が交互に積層
され、一体焼結して得られる圧電セラミック矩形板を用
いた加速度センサ用圧電素子において、前記圧電セラミ
ック矩形板の上下の両面に形成した、圧電セラミックか
らなるダミー層を研削して自由振動部を形成したことを
特徴とする加速度センサ用圧電素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電セラミック矩形板を
Ｌ字形となるように片側のダミー層を研削し、研削され
た部分のダミー層と対向する側のダミー層とを同じ厚み
として自由振動部を形成したことを特徴とする加速度セ
ンサ用圧電素子。 - 【請求項３】 請求項２記載の加速度センサ用圧電素子
を片持ちの梁構造としたことを特徴とする圧電型加速度
センサ。 - 【請求項４】 請求項１記載の圧電セラミック矩形板を
コの字形となるように片側のダミー層を研削し、研削さ
れた部分のダミー層と対向する側のダミー層とを同じ厚
みとして自由振動部を形成したことを特徴とする加速度
センサ用圧電素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の加速度センサ用圧電素子
を両持ちの梁構造としたことを特徴とする圧電型加速度
センサ。 - 【請求項６】 請求項１記載の圧電セラミック矩形板を
Ｈ字形となるように両側のダミー層を研削し、研削され
た部分の両側のダミー層を同じ厚みとして自由振動部を
形成したことを特徴とする加速度センサ用圧電素子。 - 【請求項７】 請求項６記載の加速度センサ用圧電素子
を両持ちの梁構造としたことを特徴とする圧電型加速度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09146295A JP3378116B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 圧電型加速度センサおよび圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09146295A JP3378116B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 圧電型加速度センサおよび圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262055A JPH08262055A (ja) | 1996-10-11 |
| JP3378116B2 true JP3378116B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=14027048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09146295A Expired - Fee Related JP3378116B2 (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 圧電型加速度センサおよび圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3378116B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5134027B2 (ja) * | 2010-02-18 | 2013-01-30 | 北陸電気工業株式会社 | 圧電型三軸加速度センサ |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP09146295A patent/JP3378116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08262055A (ja) | 1996-10-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071206 Year of fee payment: 5 |
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