JPH10177031A - Piezoelectric acceleration sensor - Google Patents
Piezoelectric acceleration sensorInfo
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- JPH10177031A JPH10177031A JP33778096A JP33778096A JPH10177031A JP H10177031 A JPH10177031 A JP H10177031A JP 33778096 A JP33778096 A JP 33778096A JP 33778096 A JP33778096 A JP 33778096A JP H10177031 A JPH10177031 A JP H10177031A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
た圧電式加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric acceleration sensor using a piezoelectric element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の圧電式加速度センサは、図４に示
すように、ベース１００の上面に形成されている支持部
１０１に、剪断形環状圧電素子１０２が嵌め込まれ、こ
の素子１０２の外周に質量体１０３が取り付けられてい
る（例えば、実公平６−５０７７３号公報参照）。この
素子１０２の支持部１０１への固定、および質量体１０
３の素子１０２外周への固定は、接着によってなされて
いる。しかし、接着材を使用しているために、耐熱性に
乏しい等の性能上の問題、および接着剤の可使時間、加
熱を要すること等の組立上の問題があった。2. Description of the Related Art In a conventional piezoelectric acceleration sensor, as shown in FIG. 4, a shear-shaped annular piezoelectric element 102 is fitted into a support portion 101 formed on the upper surface of a base 100, The mass body 103 is attached (for example, see Japanese Utility Model Publication No. 6-50773). Fixing of the element 102 to the support portion 101 and the mass body 10
The element 3 is fixed to the outer periphery of the element 102 by bonding. However, since the adhesive is used, there are performance problems such as poor heat resistance, and assembling problems such as the pot life of the adhesive and the necessity of heating.
【０００３】そのような耐熱性の問題を解決するため
に、接着剤を使用しない圧電式加速度センサが提案され
ている（例えば、実公平５−３９８３号公報参照）。こ
の圧電式加速度センサは、図５に示すように、ベース上
面に立設した支持部１０５に段部１０５ａを設け、この
段部１０５ａ上に環状剪断形圧電素子１０６を載せ、こ
の圧電素子１０６の外周側に円柱状の質量体１０７を、
質量体１０７の内面に形成した段部１０７ａに圧電素子
１０６の上端エッジがかかるようにして載せている。そ
して、支持部１０５の頂部に螺着した締め付けナット１
０８により質量体１０７の上端を加圧することにより、
質量体１０７および圧電素子１０６をベースに固定して
いる。[0003] In order to solve such a problem of heat resistance, a piezoelectric acceleration sensor not using an adhesive has been proposed (for example, see Japanese Utility Model Publication No. 5-3983). In this piezoelectric acceleration sensor, as shown in FIG. 5, a step portion 105a is provided on a support portion 105 erected on the upper surface of a base, and an annular shear-type piezoelectric element 106 is mounted on the step portion 105a. A cylindrical mass body 107 is provided on the outer peripheral side,
The piezoelectric element 106 is placed on the step 107 a formed on the inner surface of the mass body 107 so that the upper end edge of the piezoelectric element 106 overlaps the step 107 a. Then, the fastening nut 1 screwed to the top of the support portion 105
08, by pressing the upper end of the mass body 107,
The mass body 107 and the piezoelectric element 106 are fixed to the base.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示す圧
電式加速度センサは、締め付けナット１０８が必要とな
る点、締め付けナット１０８を支持部１０５へ螺着する
ため支持部１０５の頂部にねじを形成しなければならな
い点等、部品や加工にコストがかかり、しかも組立作業
性が良くないという問題点を有していた。However, the piezoelectric acceleration sensor shown in FIG. 5 requires a tightening nut 108, and a screw is provided on the top of the supporting portion 105 to screw the tightening nut 108 to the supporting portion 105. There is a problem that parts and processing are costly and that the assembling workability is not good, such as the point that they must be formed.
【０００５】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、部品や加工にコストがかからず簡易に組立がで
き、しかも耐熱性を備える圧電式加速度センサを提供し
ようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to make it possible to easily assemble parts and processing without cost, and to further reduce heat resistance. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric acceleration sensor having flexibility.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、ベース部と質量体との間に圧電素子を配置した
圧電式加速度センサにおいて、前記ベース部と質量体と
の間に磁気的吸引力を作用させ、この磁気的吸引力によ
り前記圧電素子を前記ベース部と質量体との間に保持す
るものである。According to the present invention, there is provided a piezoelectric acceleration sensor in which a piezoelectric element is disposed between a base and a mass body, wherein a magnetic element is provided between the base and the mass body. A magnetic attraction force is applied, and the piezoelectric element is held between the base portion and the mass body by the magnetic attraction force.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る
圧電式加速度センサの断面図、図２は環状剪断形圧電素
子の斜視図、図３は本発明に係る圧電式加速度センサの
他の実施の形態を示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric acceleration sensor according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an annular shear-type piezoelectric element, and FIG. 3 is a cross-section showing another embodiment of the piezoelectric acceleration sensor according to the present invention. FIG.
【０００８】圧電式加速度センサは、図１に示すよう
に、ベース１に円柱状の支柱２を形成し、支柱２に環状
剪断形圧電素子３を嵌合し、更に圧電素子３に環状の質
量体４を嵌合してなる。なお、１ａは測定対象物へ加速
度センサを取り付けるための雌ねじ部、６は圧電素子３
に発生した電圧を外部に取出すためのコネクタ、７は外
部の電磁波が圧電素子３に作用するのを防止するための
ケースである。As shown in FIG. 1, the piezoelectric acceleration sensor has a column 1 formed on a base 1, an annular shear-type piezoelectric element 3 fitted on the column 2, and an annular mass attached to the piezoelectric element 3. The body 4 is fitted. 1a is a female screw portion for attaching an acceleration sensor to a measurement object, and 6 is a piezoelectric element 3.
A connector 7 for taking out the voltage generated in the piezoelectric element 3 is a case for preventing an external electromagnetic wave from acting on the piezoelectric element 3.
【０００９】また、支柱２の中途にはテーパー状段部２
ａが形成され、質量体４の内周面上部にはテーパー状の
段部４ａが形成されている。In the middle of the support 2, there is a tapered step 2.
a is formed, and a tapered step portion 4 a is formed in the upper portion of the inner peripheral surface of the mass body 4.
【００１０】環状剪断形圧電素子３は、図２に示すよう
に、軸方向Ａに分極し、電極を内周面３ａと外周面３ｂ
に設け、内径は支柱２の径よりやや大きく、外径は質量
体４の内径よりやや小さくなっている。As shown in FIG. 2, the annular shear type piezoelectric element 3 is polarized in the axial direction A, and the electrodes are connected to the inner peripheral surface 3a and the outer peripheral surface 3b.
The inner diameter is slightly larger than the diameter of the column 2, and the outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the mass body 4.
【００１１】従って、環状剪断形圧電素子３は、支柱２
に嵌合することによりその段部２ａに下面内周エッジ３
ｃが当接し、更に質量体４を支柱２に嵌合した圧電素子
３に嵌合することによりその段部４ａに上面外周エッジ
３ｄが当接することにより、支柱２と質量体４で保持さ
れる。Therefore, the annular shearing type piezoelectric element 3 is
The lower surface inner peripheral edge 3 on the step 2a.
c, and the mass body 4 is further fitted to the piezoelectric element 3 fitted to the support column 2, whereby the upper surface outer peripheral edge 3 d abuts the step portion 4 a, thereby being held by the support column 2 and the mass body 4. .
【００１２】また、ベース１と質量体４との間に強い磁
気的吸引力を作用させるために、ベース１は軟磁性部材
（例えば、磁性ＳＵＳ合金）によって形成し、質量体４
は磁石（例えば金属磁石）により形成し、質量体４は厚
み方向に着磁している。しかも、質量体４の下端とベー
ス１の上端との距離Ｌ１は、小さい値（０．３ｍｍ程
度）に設定している。The base 1 is formed of a soft magnetic member (for example, a magnetic SUS alloy) so that a strong magnetic attraction force acts between the base 1 and the mass body 4.
Is formed by a magnet (for example, a metal magnet), and the mass body 4 is magnetized in the thickness direction. Moreover, the distance L1 between the lower end of the mass body 4 and the upper end of the base 1 is set to a small value (about 0.3 mm).
【００１３】圧電素子３の外周側電極３ｂと質量体４、
圧電素子３の内周側電極３ａと支柱２とは、夫々電気的
に接触している。更に、コネクタ６の中心電極と質量体
４とをリード線５を介して電気的に接続している。ま
た、コネクタ６を圧入によりベース１に取り付けている
ので、コネクタ６の外周側電極は支柱２と電気的に導通
している。従って、圧電素子３に発生した電圧をコネク
タ６から外部に取出すことができる。The outer electrode 3b of the piezoelectric element 3 and the mass body 4,
The inner peripheral electrode 3a of the piezoelectric element 3 and the column 2 are in electrical contact with each other. Further, the center electrode of the connector 6 and the mass body 4 are electrically connected via the lead wire 5. Since the connector 6 is attached to the base 1 by press-fitting, the outer peripheral electrode of the connector 6 is electrically connected to the support 2. Therefore, the voltage generated in the piezoelectric element 3 can be extracted from the connector 6 to the outside.
【００１４】ケース７の内部上面には、耐熱樹脂で形成
されたフィルム状のストッパ８が耐熱性の接着剤により
貼付されている。しかも、ストッパ８と質量体４との距
離Ｌ２を小さい値（０．３ｍｍ程度）に設定している。
これは、上方に跳ね上がるような加速度が質量体４に作
用しても、加速度が無くなれば、質量体４をもとの位置
に復帰させる機能を有する。A film-like stopper 8 made of a heat-resistant resin is adhered to the inner upper surface of the case 7 with a heat-resistant adhesive. In addition, the distance L2 between the stopper 8 and the mass body 4 is set to a small value (about 0.3 mm).
This has a function of returning the mass body 4 to the original position when the acceleration disappears even if the acceleration that jumps upward acts on the mass body 4.
【００１５】圧電式加速度センサを組立てるには、先
ず、支柱２に環状剪断形圧電素子３を嵌め込み、予め着
磁された質量体４を外周部に被せるようにして載せる。
ベース１が軟磁性部材であり、質量体４が磁石部材であ
るので、これらの間には磁気的な吸引力Ｆｍが矢印Ｂ方
向に作用し、環状剪断形圧電素子３は、ベース１と質量
体４の間に安定に保持される。このように、ベース１に
圧電素子３と質量体４を組み付けるには、単に圧電素子
３と質量体４を積み上げるだけで済むので組立作業性の
向上が図れる。In order to assemble the piezoelectric acceleration sensor, first, the annular shearing type piezoelectric element 3 is fitted into the column 2, and the mass body 4 which has been magnetized in advance is placed so as to cover the outer periphery.
Since the base 1 is a soft magnetic member and the mass body 4 is a magnet member, a magnetic attractive force Fm acts between them in the direction of arrow B, and the annular shear piezoelectric element 3 It is stably held between the bodies 4. As described above, since the piezoelectric element 3 and the mass body 4 are assembled on the base 1 simply by stacking the piezoelectric element 3 and the mass body 4, the assembling workability can be improved.
【００１６】圧電式加速度センサに加速度が作用して質
量体４を上方にはね上げる力Ｆａが作用することも考え
られるが、Ｆａ＜Ｆｍの範囲では、安定に加速度が検出
できる。Ｆａ＞Ｆｍの範囲では、質量体４は加速度に応
じて所定位置からはずれることになり、この時には、加
速度を検出することは不可能である。しかし、ストッパ
８を近接して設けているので、加速度が作用しなくなれ
ば、質量体４は所定の位置に速やかに復帰し、次の測定
に支障を来すことはない。It is conceivable that an acceleration acts on the piezoelectric acceleration sensor to exert a force Fa for flipping the mass body 4 upward, but the acceleration can be detected stably in the range of Fa <Fm. In the range of Fa> Fm, the mass body 4 deviates from a predetermined position according to the acceleration. At this time, it is impossible to detect the acceleration. However, since the stoppers 8 are provided close to each other, if the acceleration stops acting, the mass body 4 quickly returns to the predetermined position and does not hinder the next measurement.
【００１７】この加速度センサが高温環境下で振動測定
に供される場合、接着材を使用していないので、安定に
振動測定が行える。一般的に、磁石は高温になると磁気
的吸引力が低下する場合もあるが、耐熱性の磁石を使用
すれば、この問題は解決できる。When the acceleration sensor is used for vibration measurement in a high-temperature environment, vibration measurement can be performed stably because no adhesive is used. Generally, when the temperature of a magnet becomes high, the magnetic attraction force may decrease. However, this problem can be solved by using a heat-resistant magnet.
【００１８】図３に本発明の他の実施の形態を示す。図
３の加速度センサと図１の加速度センサとの構成の大き
な差異は、図１では圧電素子として環状剪断形圧電素子
３を用いているのに対し、図３では円板状の圧縮型圧電
素子１１を用いている点にある。なお、圧縮型圧電素子
１１は、円板形状をなし、厚み方向に分極し、上面と下
面に電極１１ａ，１１ｂが設けられている。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The major difference between the acceleration sensor shown in FIG. 3 and the acceleration sensor shown in FIG. 1 is that the annular shear-type piezoelectric element 3 is used as the piezoelectric element in FIG. 1, whereas the disk-shaped compression type piezoelectric element is used in FIG. 11 is used. The compression type piezoelectric element 11 has a disk shape, is polarized in the thickness direction, and has electrodes 11a and 11b on the upper and lower surfaces.
【００１９】図３に示す圧電式加速度センサは、ベース
１０、圧電素子１１、質量体１２等からなる。ベース１
０は上面に凹部１０ｂを形成し、質量体１２の下面に凹
部１２ａを形成している。圧電素子１１は、凹部１０
ｂ、１２ａに嵌め込まれた状態で、ベース１０と質量体
１２間に保持される。なお、１０ａは測定対象物へ加速
度センサを取り付けるための雌ねじ部である。The piezoelectric acceleration sensor shown in FIG. 3 includes a base 10, a piezoelectric element 11, a mass body 12, and the like. Base 1
Numeral 0 has a concave portion 10b formed on the upper surface and a concave portion 12a formed on the lower surface of the mass body 12. The piezoelectric element 11 is
It is held between the base 10 and the mass body 12 in a state of being fitted to the b and 12a. Reference numeral 10a denotes a female screw portion for attaching the acceleration sensor to the object to be measured.
【００２０】また、質量体１２とベース１０間に強い磁
気的吸引力を作用させるために、ベース１０を軟磁性部
材によって形成し、質量体１２を磁石により形成してい
る。しかも、質量体４の下端とベース１の上端との距離
Ｌ３は、小さい値（０．３ｍｍ程度）に設定している。
ここで、質量体１２は厚み方向に着磁している。In order to exert a strong magnetic attraction between the mass body 12 and the base 10, the base 10 is formed by a soft magnetic member, and the mass body 12 is formed by a magnet. Moreover, the distance L3 between the lower end of the mass body 4 and the upper end of the base 1 is set to a small value (about 0.3 mm).
Here, the mass body 12 is magnetized in the thickness direction.
【００２１】ベース１０の上面に形成された凹部１０ｂ
は、横加速度が作用したとき、ベース１０から圧電素子
１１がずれるの防止する機能を有し、同様に、質量体１
２に形成された凹部１２ａは、横加速度が作用したと
き、圧電素子１１から質量体１２がずれるのを防止する
機能を有する。従って、横方向の加速度が作用したとし
ても、圧電素子１１および質量体１２は安定にベース１
０上に保持される。A concave portion 10b formed on the upper surface of the base 10
Has a function of preventing the piezoelectric element 11 from deviating from the base 10 when a lateral acceleration is applied.
2 has a function of preventing the mass body 12 from deviating from the piezoelectric element 11 when a lateral acceleration is applied. Therefore, even if lateral acceleration acts, the piezoelectric element 11 and the mass body 12 stably
It is held on zero.
【００２２】ベース１０の側面に取り付けられているコ
ネクタ１６については、コネクタ１６の中心電極と質量
体１２とをリード線１５を介して電気的に接続し、コネ
クタ１６の外周側電極とベース１０とを電気的に接続し
ている。圧電素子１１の上面電極１１ａと質量体１２と
は電気的に接触しており、圧電素子１１の下面電極１１
ｂとベース１０とは電気的に接触しているので圧電素子
１１に発生した電圧はコネクタ１６を介して外部に取り
出せる。With respect to the connector 16 attached to the side surface of the base 10, the center electrode of the connector 16 and the mass body 12 are electrically connected via the lead wire 15, and the outer peripheral electrode of the connector 16 and the base 10 are connected to each other. Are electrically connected. The upper electrode 11a of the piezoelectric element 11 is in electrical contact with the mass body 12, and the lower electrode 11
Since b and the base 10 are in electrical contact with each other, the voltage generated in the piezoelectric element 11 can be taken out through the connector 16.
【００２３】電磁シールドを目的とする金属製のケース
１３の内部上面には、耐熱樹脂で形成されたフィルム状
のストッパ１４が耐熱性の接着剤により貼付され、スト
ッパ１４と質量体１２との距離Ｌ４は、小さい値（０．
３ｍｍ程度）に設定している。この構成は、図１に示す
加速度センサの場合と同様に、質量体１２が上方に跳ね
上がるような加速度が作用しても、この加速度が無くな
れば、質量体１２をもとの位置に復帰させる機能を有す
る。A film-like stopper 14 made of a heat-resistant resin is adhered to the inner upper surface of a metal case 13 for the purpose of electromagnetic shielding with a heat-resistant adhesive, and the distance between the stopper 14 and the mass body 12 is increased. L4 is a small value (0.
(About 3 mm). This configuration has a function of returning the mass body 12 to its original position if the acceleration disappears even if an acceleration that causes the mass body 12 to jump upward acts as in the case of the acceleration sensor shown in FIG. Having.
【００２４】このように円板状の圧縮型圧電素子１１を
用いた構成の圧電式加速度センサは、図１に示す圧電式
加速度センサと同様の作用・効果を奏する。The piezoelectric acceleration sensor having the configuration using the disk-shaped compression type piezoelectric element 11 has the same operation and effect as the piezoelectric acceleration sensor shown in FIG.
【００２５】なお、図１に示す圧電式加速度センサにお
いては、支柱２をベース１と一体に形成しているが、別
体として形成し、圧入又は螺着等によってベース１と結
合するようにしてもよい。この場合、支柱２の材質とし
て、非磁性部材が採用されてもよく、この方が磁気的吸
引力はより強くなる。In the piezoelectric acceleration sensor shown in FIG. 1, the column 2 is formed integrally with the base 1. However, the column 2 is formed as a separate body and is connected to the base 1 by press-fitting or screwing. Is also good. In this case, a non-magnetic member may be adopted as the material of the column 2, and the magnetic attraction becomes stronger in this case.
【００２６】また、図１及び図３に示す圧電式加速度セ
ンサでは、ベース１，１０と質量体４，１２との間に磁
気的吸引力を作用させるために、質量体４，１２を磁石
としているが、本発明はこれに限らず、その他の構成と
してもよい。例えば、ベース１，１０の一部、又は全部
を磁石とし、質量体４，１２を軟磁性部材としてもよ
い。また、質量体４，１２の一部を磁石とし、ベース
１，１０を軟磁性部材としてもよい。更には、ベース
１，１０と質量体４，１２の両方を磁石としてもよい。
但し、この場合異なった極性で対向するように配置す
る。In the piezoelectric acceleration sensor shown in FIGS. 1 and 3, the masses 4, 12 are formed as magnets in order to apply a magnetic attraction between the bases 1, 10 and the masses 4, 12. However, the present invention is not limited to this, and may have other configurations. For example, some or all of the bases 1 and 10 may be magnets, and the masses 4 and 12 may be soft magnetic members. Further, a part of the mass bodies 4 and 12 may be magnets, and the bases 1 and 10 may be soft magnetic members. Further, both the bases 1 and 10 and the mass bodies 4 and 12 may be magnets.
However, in this case, they are arranged so as to face each other with different polarities.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
気的吸引力によって、ベース部と質量体との間に圧電素
子を保持するようにしたので、部品点数を削減でき、組
立作業性の向上が図れる。しかも、接着剤を使用しない
ので、高温環境下においても安定した加速度測定ができ
る。As described above, according to the present invention, the piezoelectric element is held between the base portion and the mass body by the magnetic attraction, so that the number of parts can be reduced and the assembly workability can be reduced. Can be improved. In addition, since no adhesive is used, stable acceleration measurement can be performed even in a high temperature environment.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係る圧電式加速度センサの断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric acceleration sensor according to the present invention.
【図２】環状剪断形圧電素子の斜視図FIG. 2 is a perspective view of an annular shear type piezoelectric element.
【図３】本発明に係る圧電式加速度センサの他の実施の
形態を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the piezoelectric acceleration sensor according to the present invention.
【図４】従来の圧電式加速度センサを示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a conventional piezoelectric acceleration sensor.
【図５】従来の圧電式加速度センサを示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing a conventional piezoelectric acceleration sensor.
１，１０…ベース、２…支柱、３…環状剪断形圧電素
子、４，１２…質量体、１１…圧縮型圧電素子。Reference numerals 1, 10: base, 2: support column, 3: annular shear-type piezoelectric element, 4, 12: mass body, 11: compression-type piezoelectric element.
Claims (1)
置した圧電式加速度センサにおいて、前記ベース部と質
量体との間に磁気的吸引力を作用させ、この磁気的吸引
力により前記圧電素子を前記ベース部と質量体との間に
保持することを特徴とする圧電式加速度センサ。1. A piezoelectric acceleration sensor having a piezoelectric element disposed between a base portion and a mass body, wherein a magnetic attraction force is applied between the base portion and the mass body, and the magnetic attraction force causes the magnetic attraction force to be applied between the base portion and the mass body. A piezoelectric acceleration sensor, wherein a piezoelectric element is held between the base and the mass body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08337780A JP3126672B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Piezoelectric acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP08337780A JP3126672B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Piezoelectric acceleration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10177031A true JPH10177031A (en) | 1998-06-30 |
| JP3126672B2 JP3126672B2 (en) | 2001-01-22 |
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ID=18311900
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP08337780A Expired - Fee Related JP3126672B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Piezoelectric acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3126672B2 (en) |
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