JPWO2013027736A1 - 圧電振動センサ - Google Patents
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Abstract
圧電振動センサ(1)は、圧電振動子(2)、ベース(3)、電位差測定手段(4)及び算出手段(5)から構成される。圧電振動子(2)は、圧電セラミック板(6)と、圧電セラミック板(6)の表裏面に配置された第1の電極(7)、第2の電極(8)、第3の電極及び第4の電極から構成される。第1の電極(7)と第2の電極(8)は、圧電セラミック板(6)の表面に互いに平行に配置され、第3の電極と第4の電極は、圧電セラミック板(6)の裏面の、第1の電極(7)と第2の電極(8)の真裏に配置される。
Description
本発明は、圧電振動センサ、特に、複数の感度軸を有する圧電振動センサに関する。
振動センサを操作入力手段として備える小型機器、例えば、携帯電話機が知られている。例えば、特許文献1には、使用者によって与えられた振動を振動センサで検知して、通話を保留状態にする携帯電話機が開示されている。また、特許文献2には、携帯電話端末が受ける振動を振動センサで検知して、動作モードを切り換える携帯電話端末が開示されている。
このような用途に使用される振動センサの例として、例えば、非特許文献1には、圧電セラミック板の表面と裏面のそれぞれに電極を配置したものをシム材に固定してなる圧電振動子の端部を筐体に片持ち支持した圧電振動センサが開示されている。この圧電振動センサの筐体が振動すると、圧電振動子が撓み、圧電セラミック板の表面と裏面の間に、撓みの大きさに応じた電位差が生じるので、その電位差に基づいて振動を検出することができる。
振動方向の違いによって、携帯電話機に異なる動作を行わせる機能、例えば、縦方向の振動を与えた場合には着信音の鳴動を停止させ、横方向の振動を与えた場合にはバックライトを点灯させる機能を求められる場合がある。このような場合には、複数の感度軸を有する振動センサが求められる。
複数の感度軸を有する振動センサとして、特許文献3に記載の圧電振動センサが知られている。特許文献3に記載の圧電振動センサは、立方体状の感動体の6面にそれぞれ水晶圧電素子を配置して構成される。この圧電振動センサのいずれの面に力が加わっても、感動体には加わった力と等しい反力が働き、該反力によって水晶圧電素子が変形して、加えられた力の大きさに応じた電位が水晶圧電素子に発生するので、この電位に基づいて、複数の方向、つまり、6面全ての方向の振動を検出できる。
マイクロメカトロニクス 146頁、2007年、森北出版
しかしながら、特許文献3に記載の圧電振動センサは、立方体形状であるので、形状が大きく、携帯電話機に組み込めないという問題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、コンパクトな圧電振動センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の圧電振動センサは、圧電セラミック板と、前記圧電セラミック板の表面に設けられ互いに平行に配置された第1及び第2の電極と、前記圧電セラミック板の裏面に設けられ前記第1及び第2の電極と互いに平行に配置された第3及び第4の電極と、前記第1ないし第4の電極の電位をそれぞれ測定する電位測定手段と、前記圧電セラミック板に振動が与えられたときに、前記第1ないし第4の電極の電位に基づいて、前記圧電セラミック板に生じた撓みを算出する算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、圧電振動センサを板状の圧電体を用いて構成できるので、圧電振動センサをコンパクトに構成できる。
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。なお、圧電セラミック板の主面に垂直な方向をz軸方向、圧電セラミック板の長さ方向をy軸方向、圧電セラミック板の幅方向をx軸方向にそれぞれ定義する。
(第1の実施形態)
図1A、図1Bおよび図1Cは、第1の実施形態に係る圧電振動センサ1の全体構成を示している。圧電振動センサ1は、圧電振動子2、ベース3、電位測定手段4および算出手段5から構成される。
図1A、図1Bおよび図1Cは、第1の実施形態に係る圧電振動センサ1の全体構成を示している。圧電振動センサ1は、圧電振動子2、ベース3、電位測定手段4および算出手段5から構成される。
圧電振動子2は、圧電セラミック板6と、圧電セラミック板6の表裏面に配置された第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10から構成される。
圧電セラミック板6は、チタンジルコン酸鉛などの強誘電体を素材として構成される薄板である。圧電セラミック板6には分極処理が施されて、双極子モーメントの向きは、z軸方向(図2Bおよび図3Bに矢印PLで図示した方向)に揃えられている。
第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10は、圧電効果によって圧電セラミック板6に生じる電位を検出する電極であり、銀などの金属を素材とする。図1Cに示すように、第1の電極7と第2の電極8は、圧電セラミック板6の表面に互いに平行に配置されており、第3の電極9と第4の電極10は、圧電セラミック板6の裏面の、第1の電極7と第2の電極8の真裏に配置されている。第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10は、例えば、スパッタリング、スクリーン印刷などにより、圧電セラミック板6の表裏面に形成される。
ベース3は、圧電振動センサ1の基体であり、例えば、鋼、黄銅、アルミニウムなどを素材として構成され、十分な剛性を備える。本発明の各実施形態を説明する図面においては、便宜上、ベース3を板で図示しているが、ベース3は単なる板である必要はなく、例えば、筐体であってもよい。
電位測定手段4は、第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10の電位をそれぞれ測定する電位差計である。
算出手段5は、電位測定手段4で測定された第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10の電位に基づいて、圧電セラミック板6の撓みを算出するコンピュータである。なお、算出手段5には、後述する撓み算出プログラム20がインストールされており、算出手段5は該プログラムにしたがって、所定の処理を実行して、前記撓みを算出する。
次に、圧電振動センサ1の動作と検出方法について説明する。
圧電振動センサ1がz軸方向(図2A及び図2Bに矢印VBで図示した方向)に振動すると、図2Aに示すようなz軸の正方向に向かって凸となるような撓みが圧電セラミック板6に生じる。
圧電セラミック板6が、上記のように撓むと、圧電セラミック板6の表面は伸び、裏面は縮む。その結果、圧電セラミック板6の表面の電位は低く、裏面の電位は高くなる。また、圧電セラミック板6が、図2Aとは逆方向、すなわち、z軸の負方向に向かって凸となるように撓むと、圧電セラミック板6の表面は縮み、裏面は伸びる。その結果、圧電セラミック板の表面の電位は高く、裏面の電位は低くなる。
したがって、圧電セラミック板6が、z軸方向に振動する場合には、第1の電極7と第3の電極9の間、および第2の電極8と第4の電極10の間の電位差は大きくなる。一方、第1の電極7と第2の電極8の間、および第3の電極9と第4の電極10の間の電位差は小さくなる。
また、圧電振動センサ1がx軸方向に振動すると、図3Aに示すようなx軸の正方向に向かって凸となるような撓みが圧電セラミック板6に生じる。
圧電セラミック板6が、上記のように撓むと、圧電セラミック板6の右辺は伸び、左辺は縮む。その結果、圧電セラミック板6の右側の電位は低く、左側の電位は高くなる。また、圧電セラミック板6が、図3Aとは逆方向、つまり、x軸の負方向に向かって凸となるように撓むと、圧電セラミック板6の右辺は縮み、左辺は伸びる。その結果、圧電セラミック板6の右側の電位は高く、左側の電位は低くなる。
したがって、圧電セラミック板6が、x軸方向に振動する場合には、第1の電極7と第2の電極8の間、および第3の電極9と第4の電極10の間の電位差は大きくなる。一方、第1の電極7と第3の電極9の間、および第2の電極8と第4の電極10の間の電位差は小さくなる。
圧電振動センサ1は、上述した方法により、x軸方向およびz軸方向の振動を検出する。算出手段5において撓み算出プログラム20を実行すると、前記振動は自動的に検出される。以下、撓み算出プログラム20による処理について、説明する。
算出手段5は、撓み算出プログラム20を所定の周期で繰り返し起動する。これにより、圧電セラミック板6の撓みを所定の周期でサンプリングする。
撓み算出プログラム20が起動されると、第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9および第4の電極10の電位(Φ1、Φ2、Φ3およびΦ4)が入力される(ステップS1)。
次に、第1の電極7と第2の電極8の間の電位差(D12)、第3の電極9と第4の電極10の間の電位差(D34)、第1の電極7と第3の電極9の間の電位差(D13)、および第2の電極8と第4の電極10の間の電位差(D24)をそれぞれ算出する(ステップS2)。
次に、第1の電極7と第3の電極9の間の電位差(D13)または第2の電極8と第4の電極10の間の電位差(D24)のいずれか一方に基づいて、z軸方向の撓みdzを算出する。なお、電位差を撓みに換算する換算式は、事前にキャリブレーションを行って、決定しておく(以下、同じ)(ステップS3)。
次に、第1の電極7と第2の電極8の間の電位差(D12)又は第3の電極9と第4の電極10の間の電位差(D34)のいずれか一方に基づいて、x軸方向の撓みdxを算出する(ステップS4)。
z軸方向の撓みdzが所定のしきい値Tzより大きければ(ステップS5;YES)、ステップS7に進み、外部に信号を出力し、処理を終了する。該信号は、例えば、携帯電話本体を制御するコンピュータに入力されて、携帯電話本体に所定の動作を行わせる。
z軸方向の撓みdzが所定のしきい値Tz以下であれば(ステップS5;NO)、ステップS6に進む。
x軸方向の撓みdxが所定のしきい値Txより大きければ(ステップS6;YES)、ステップS8に進み、外部に信号を出力し、処理を終了する。該信号も、例えば、携帯電話本体に所定の動作を行わせる。
x軸方向の撓みdxが所定のしきい値Tx以下であれば(ステップ6;NO)、何もしないで処理を終了する。
このように、圧電振動センサ1では、第1の電極7、第2の電極8、第3の電極9及び第4の電極10の間の電位差に基づいて、x軸方向及びz軸方向の振動を検出している。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、圧電振動子2をベース3に直接固定する例を示したが、図5に示すように、圧電セラミック板6の両端に支持体11を備えて、ベース3に圧電振動子2を固定してもよい。
第1の実施形態では、圧電振動子2をベース3に直接固定する例を示したが、図5に示すように、圧電セラミック板6の両端に支持体11を備えて、ベース3に圧電振動子2を固定してもよい。
支持体11は、ベース3から一定の間隔を開けて、圧電振動子2を固定する部材であり、例えば、ステンレスなどの金属材料あるいはABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)樹脂、ポリカーボネート、ブチルゴムなどの高分子材料で構成される。支持体11の両端は、エポキシ樹脂などを用いて圧電セラミック板6及びベース3にそれぞれ接合すればよい。
このようにすれば、第1の実施形態の圧電振動センサ1に比べて、圧電セラミック板6を大きく撓ますことができるので、圧電振動センサ1の感度を高めることができる。
また、第2の実施形態では、圧電セラミック板6の両端を支持体11で支持しているので、圧電セラミック板6を片持ち支持した圧電振動センサに比べて、圧電セラミック板6の機械的共振周波数を高めることができる。このため、高周波数帯域まで周波数特性を平坦にできるので、圧電振動センサ1の周波数帯域を広くできる。
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、圧電セラミック板6の両端に支持体11を備えて、ベース3に圧電振動子2を固定する例を示したが、図6に示すように、圧電セラミック板6の両端からy軸方向の中央までの間に、支持体11を1個ずつ配置して、ベース3に圧電振動子2を固定してもよい。このようにすれば、ベース3に対する圧電振動子2の拘束を緩和できるので、圧電セラミック板6をさらに大きく撓ませることができる。それにより、第1及び第2の実施形態の構成に比べて、センサの感度を高めることができる。
第2の実施形態では、圧電セラミック板6の両端に支持体11を備えて、ベース3に圧電振動子2を固定する例を示したが、図6に示すように、圧電セラミック板6の両端からy軸方向の中央までの間に、支持体11を1個ずつ配置して、ベース3に圧電振動子2を固定してもよい。このようにすれば、ベース3に対する圧電振動子2の拘束を緩和できるので、圧電セラミック板6をさらに大きく撓ませることができる。それにより、第1及び第2の実施形態の構成に比べて、センサの感度を高めることができる。
(第4の実施形態)
また、第1、第2及び第3の実施形態では、ベース3に圧電振動子2を1個備えて、x軸及びz軸方向の振動を検出する例を示したが、図7に示すように、一方の圧電振動子2の圧電セラミック板6の長さ方向と、他方の圧電振動子2の圧電セラミック板6の長さ方向とが、z軸方向から見て直交するように2個の圧電振動子2をベース3に配置してもよい。このようにすれば、図中のx軸、y軸及びz軸方向の振動を検出できるので、振動を検出する方向の自由度が高くなる。
また、第1、第2及び第3の実施形態では、ベース3に圧電振動子2を1個備えて、x軸及びz軸方向の振動を検出する例を示したが、図7に示すように、一方の圧電振動子2の圧電セラミック板6の長さ方向と、他方の圧電振動子2の圧電セラミック板6の長さ方向とが、z軸方向から見て直交するように2個の圧電振動子2をベース3に配置してもよい。このようにすれば、図中のx軸、y軸及びz軸方向の振動を検出できるので、振動を検出する方向の自由度が高くなる。
以下に実施例を示し、さらに詳しく本発明について例示する。以下の実施例1、実施例2及び実施例3は、第2、第3及び第4の実施形態にそれぞれ対応する例である。以下の例は、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
[実施例1]
チタンジルコン酸鉛を組成に有する圧電セラミック材料を、長さ15mm、幅5mm、厚さ1mmの平板状に加工して圧電セラミック板を作製した。次に、圧電セラミック板の表面に、矩形の第1及び第2の電極を互いに平行に配置し、圧電セラミック板の裏面に、同じく矩形の第3及び第4の電極を第1及び第2の電極と互いに平行に配置して、圧電振動子を作製した。第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極には、長さ10mm、幅1mm、厚さ0.05mmの銀板をそれぞれ用いた。次に、圧電セラミック板の長さ方向の両端に支持体の一方の面を接合し、該支持体の他方の面を筐体に接合した。支持体には、長さ1mm、幅1mm、厚さ1mmのステンレス板を用いた。圧電セラミック板と筐体とを支持体で接合した後、電位差計、マイクロコンピュータを筐体内に取り付けた。マイクロコンピュータには、撓み算出プログラムを予め格納しておいた。次に、第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極を電位差計に接続し、電位差計をマイクロコンピュータに接続して、圧電振動センサを作製した。
チタンジルコン酸鉛を組成に有する圧電セラミック材料を、長さ15mm、幅5mm、厚さ1mmの平板状に加工して圧電セラミック板を作製した。次に、圧電セラミック板の表面に、矩形の第1及び第2の電極を互いに平行に配置し、圧電セラミック板の裏面に、同じく矩形の第3及び第4の電極を第1及び第2の電極と互いに平行に配置して、圧電振動子を作製した。第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極には、長さ10mm、幅1mm、厚さ0.05mmの銀板をそれぞれ用いた。次に、圧電セラミック板の長さ方向の両端に支持体の一方の面を接合し、該支持体の他方の面を筐体に接合した。支持体には、長さ1mm、幅1mm、厚さ1mmのステンレス板を用いた。圧電セラミック板と筐体とを支持体で接合した後、電位差計、マイクロコンピュータを筐体内に取り付けた。マイクロコンピュータには、撓み算出プログラムを予め格納しておいた。次に、第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極を電位差計に接続し、電位差計をマイクロコンピュータに接続して、圧電振動センサを作製した。
[実施例2]
支持体の取り付け位置を変えた以外は、実施例1と同様にして、圧電振動センサを作製した。支持体は、圧電セラミック板の長さ方向の両端から4mm離れた位置にそれぞれ1個ずつ取り付けた。
支持体の取り付け位置を変えた以外は、実施例1と同様にして、圧電振動センサを作製した。支持体は、圧電セラミック板の長さ方向の両端から4mm離れた位置にそれぞれ1個ずつ取り付けた。
[実施例3]
実施例1で作製した圧電振動子を2個備え、圧電セラミック板の主面に垂直な方向から見て、圧電セラミック板の互いの長さ方向が直交するように筐体内に配置し、各圧電振動子の長さ方向の両端に支持体の一方の面を接合し、他方の面を筐体に接合する、圧電振動センサを作製した。
実施例1で作製した圧電振動子を2個備え、圧電セラミック板の主面に垂直な方向から見て、圧電セラミック板の互いの長さ方向が直交するように筐体内に配置し、各圧電振動子の長さ方向の両端に支持体の一方の面を接合し、他方の面を筐体に接合する、圧電振動センサを作製した。
[比較例]
実施例1と同じ材料を用いて、同じ寸法に加工した圧電セラミック板の表裏面に、矩形の電極がそれぞれ1個ずつ一様に配置された、圧電振動子を作製した。電極には、長さ10mm、幅3mm、厚さ0.05mmの銀板を用いた。次に、圧電セラミック板の長さ方向の一端に支持体の一方の面を接合し、該支持体の他方の面を筐体に接合した。支持体は、実施例1と同寸、同材質のものを用いた。圧電セラミック板と筐体とを支持体で接合した後、実施例1と同じ電位差計とマイクロコンピュータを筐体内に取り付けた。マイクロコンピュータには、撓み算出プログラムを予め格納しておいた。次に、圧電セラミック板の表裏面に配置された各電極を電位差計に接続し、電位差計をマイクロコンピュータに接続して、圧電振動センサを作製した。
実施例1と同じ材料を用いて、同じ寸法に加工した圧電セラミック板の表裏面に、矩形の電極がそれぞれ1個ずつ一様に配置された、圧電振動子を作製した。電極には、長さ10mm、幅3mm、厚さ0.05mmの銀板を用いた。次に、圧電セラミック板の長さ方向の一端に支持体の一方の面を接合し、該支持体の他方の面を筐体に接合した。支持体は、実施例1と同寸、同材質のものを用いた。圧電セラミック板と筐体とを支持体で接合した後、実施例1と同じ電位差計とマイクロコンピュータを筐体内に取り付けた。マイクロコンピュータには、撓み算出プログラムを予め格納しておいた。次に、圧電セラミック板の表裏面に配置された各電極を電位差計に接続し、電位差計をマイクロコンピュータに接続して、圧電振動センサを作製した。
[振動センサの特性評価]
実施例1、2、3及び比較例の圧電振動センサについて、圧電セラミック板の幅方向と長さ方向の何れか一方の感度(以下、面内方向感度と略記する)と、周波数帯域を評価した。実施例1、2、3及び比較例において、面内方向感度を、以下のようにして求めた。まず、圧電セラミック板の長さ方向と幅方向の何れか一方に検知対象信号を印加した状態で、第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極の電位を電位差計で測定した。次に、マイクロコンピュータにおいて、撓み算出プログラムによって、圧電セラミック板の撓みを算出して、面内方向感度を求めた。検知対象信号として、加速度振幅が0.1m/s2で周波数が100Hzの正弦波交流振動を用いた。機械的共振周波数を測定し、その大きさを比べることによって、周波数帯域を評価した。この機械的共振周波数は、加振器により広帯域振動を振動センサに印加した状態において圧電セラミック板が撓んだときの周波数をレーザードップラー振動計で測定することによって求めた。
実施例1、2、3及び比較例の圧電振動センサについて、圧電セラミック板の幅方向と長さ方向の何れか一方の感度(以下、面内方向感度と略記する)と、周波数帯域を評価した。実施例1、2、3及び比較例において、面内方向感度を、以下のようにして求めた。まず、圧電セラミック板の長さ方向と幅方向の何れか一方に検知対象信号を印加した状態で、第1の電極、第2の電極、第3の電極及び第4の電極の電位を電位差計で測定した。次に、マイクロコンピュータにおいて、撓み算出プログラムによって、圧電セラミック板の撓みを算出して、面内方向感度を求めた。検知対象信号として、加速度振幅が0.1m/s2で周波数が100Hzの正弦波交流振動を用いた。機械的共振周波数を測定し、その大きさを比べることによって、周波数帯域を評価した。この機械的共振周波数は、加振器により広帯域振動を振動センサに印加した状態において圧電セラミック板が撓んだときの周波数をレーザードップラー振動計で測定することによって求めた。
面内方向感度と周波数帯域の評価結果を表1に示した。表1には、実施例1で測定した値を1とする規格化を行ったときの値を示している。
表1より、比較例の圧電振動センサでは0.001という誤差程度の値しか検出されなかった面内方向感度が、実施例1、実施例2及び実施例3の圧電振動センサにおいては、1000倍〜5000倍の大きさで検出されることが解った。また、実施例1、実施例2及び実施例3の圧電振動センサでは、比較例の圧電振動センサに比べて、周波数帯域が30倍以上に広がることが解った。このことから、比較例の圧電振動センサに比べて、いずれの実施例の圧電振動センサも、感度が高くなり、広い周波数帯域で動作することが解った。
また、実施例2の圧電振動センサは、実施例1の圧電振動センサに比べて、面内方向感度が5倍に増大することが解った。このことから、実施例2の圧電振動センサは、実施例1の圧電振動センサと比べて、感度が高くなることが解った。
また、実施例3の圧電振動センサでは、面内方向感度及び周波数帯域は、実施例1の圧電振動センサと同じ値であったが、実施例1に比べて、振動を検出する方向の自由度が向上する、つまり、圧電セラミック板の主面の垂直方向、長さ方向及び幅方向の3方向の振動を検出できることが解った。
本明細書の実施形態及び実施例は、本発明の具体的実施態様の例示であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲において、自在に変形、応用あるいは改良して実施できる。
例えば、上記実施形態及び実施例では、圧電セラミック板6を主面に垂直な一方向に分極する例を示したが、本発明に係る圧電振動センサ1は、一方向に分極された圧電セラミック板6を備えるものには限られない。例えば、圧電セラミック板6の長さ方向の中央を境に、圧電セラミック板6に互いに逆向きの電界を印加して、図8に示したように、主面に垂直な方向において、圧電セラミック板6を互いに逆向きに分極させてもよい。
また、上記実施形態及び実施例では、2個の支持体11により、ベース3に圧電セラミック板6を固定する例を示したが、ベース3に圧電セラミック板6を固定する支持体11の数は2個に限られない。例えば、図9A及び図9Bに示すように、支持体11の数は1個であってもよい。図9Aに示すように、圧電セラミック板6を片持ち支持にした場合には、2個の支持体11を備えた圧電振動センサに比べて、圧電セラミック板6を大きく撓ませることができる。それにより、センサの感度を高めることができる。また、図9Bに示すように、圧電セラミック板6の中央に支持体11を取り付けた場合には、圧電セラミック板6をさらに大きく撓ませることができるので、センサの感度をさらに高めることができる。支持体11の個数及び取り付け位置は、圧電振動センサ1に要求される周波数帯域及びサイズに応じて変えることもできる。
以上説明したように、本発明によれば、圧電振動センサを板状の圧電体を用いて構成できるので、圧電振動センサをコンパクトに構成できる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)圧電セラミック板と、
前記圧電セラミック板の表面に設けられ互いに平行に配置された第1及び第2の電極と、
前記圧電セラミック板の裏面に設けられ前記第1及び第2の電極と互いに平行に配置された第3及び第4の電極と、
前記第1乃至第4の電極の電位をそれぞれ測定する電位測定手段と、
前記圧電セラミック板に振動が与えられたときに、前記第1乃至第4の電極の電位に基づいて、前記圧電セラミック板に生じた撓みを算出する算出手段と、を備える、
ことを特徴とする圧電振動センサ。
前記圧電セラミック板の表面に設けられ互いに平行に配置された第1及び第2の電極と、
前記圧電セラミック板の裏面に設けられ前記第1及び第2の電極と互いに平行に配置された第3及び第4の電極と、
前記第1乃至第4の電極の電位をそれぞれ測定する電位測定手段と、
前記圧電セラミック板に振動が与えられたときに、前記第1乃至第4の電極の電位に基づいて、前記圧電セラミック板に生じた撓みを算出する算出手段と、を備える、
ことを特徴とする圧電振動センサ。
(付記2)ベースと支持体とを備え、
前記圧電セラミック板は、前記支持体を介して、前記ベースに接合されている、
ことを特徴とする付記1に記載の圧電振動センサ。
前記圧電セラミック板は、前記支持体を介して、前記ベースに接合されている、
ことを特徴とする付記1に記載の圧電振動センサ。
(付記3)前記圧電セラミック板ごとに2つの前記支持体を備える、
ことを特徴とする付記2に記載の圧電振動センサ。
ことを特徴とする付記2に記載の圧電振動センサ。
(付記4)前記支持体は、前記圧電セラミック板の長さ方向の両端に配置されている、
ことを特徴とする付記3に記載の圧電振動センサ。
ことを特徴とする付記3に記載の圧電振動センサ。
(付記5)前記2つの支持体は、前記圧電セラミック板の長さ方向の中央と各端との間に1つずつ配置されている、
ことを特徴とする付記3に記載の圧電振動センサ。
ことを特徴とする付記3に記載の圧電振動センサ。
(付記6)前記圧電セラミック板は、前記圧電セラミック板の主面に垂直な方向に分極されている、
ことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
ことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
(付記7)前記圧電セラミック板は、前記圧電セラミック板の主面に垂直な方向に分極されており、前記圧電セラミック板の長さ方向の一端の分極の方向が、他端の分極の方向と逆向きである、
ことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
ことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
(付記8)前記圧電セラミック板を複数備え、
当該複数の圧電セラミック板のそれぞれの表面には、第1及び第2の電極が互いに平行に配置されており、前記複数の圧電セラミック板のそれぞれの裏面には、前記第1及び第2の電極と互いに平行に第3及び第4の電極が配置されており、前記複数の圧電セラミック板は、主面に垂直な方向から見て、互いに異なる方向を向くように配置されている、
ことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
当該複数の圧電セラミック板のそれぞれの表面には、第1及び第2の電極が互いに平行に配置されており、前記複数の圧電セラミック板のそれぞれの裏面には、前記第1及び第2の電極と互いに平行に第3及び第4の電極が配置されており、前記複数の圧電セラミック板は、主面に垂直な方向から見て、互いに異なる方向を向くように配置されている、
ことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1つに記載の圧電振動センサ。
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
本発明は、2011年8月24日に出願された日本国特許出願2011−182694号に基づく。本明細書中に日本国特許出願2011−182694号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
本発明は、圧電振動センサをコンパクトに構成できる。
1 圧電振動センサ
2 圧電振動子
3 ベース
4 電位測定手段
5 算出手段
6 圧電セラミック板
7 第1の電極
8 第2の電極
9 第3の電極
10 第4の電極
11 支持体
20 撓み算出プログラム
2 圧電振動子
3 ベース
4 電位測定手段
5 算出手段
6 圧電セラミック板
7 第1の電極
8 第2の電極
9 第3の電極
10 第4の電極
11 支持体
20 撓み算出プログラム
Claims (8)
- 圧電セラミック板と、
前記圧電セラミック板の表面に設けられ互いに平行に配置された第1及び第2の電極と、
前記圧電セラミック板の裏面に設けられ前記第1及び第2の電極と互いに平行に配置された第3及び第4の電極と、
前記第1乃至第4の電極の電位をそれぞれ測定する電位測定手段と、
前記圧電セラミック板に振動が与えられたときに、前記第1乃至第4の電極の電位に基づいて、前記圧電セラミック板に生じた撓みを算出する算出手段と、を備える、
ことを特徴とする圧電振動センサ。 - ベースと支持体とを備え、
前記圧電セラミック板は、前記支持体を介して、前記ベースに接合されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動センサ。 - 前記圧電セラミック板ごとに2つの前記支持体を備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の圧電振動センサ。 - 前記支持体は、前記圧電セラミック板の長さ方向の両端に配置されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の圧電振動センサ。 - 前記2つの支持体は、前記圧電セラミック板の長さ方向の中央と各端との間に1つずつ配置されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の圧電振動センサ。 - 前記圧電セラミック板は、前記圧電セラミック板の主面に垂直な方向に分極されている、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。 - 前記圧電セラミック板は、前記圧電セラミック板の主面に垂直な方向に分極されており、前記圧電セラミック板の長さ方向の一端の分極の方向が、他端の分極の方向と逆向きである、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。 - 前記圧電セラミック板を複数備え、
当該複数の圧電セラミック板のそれぞれの表面には、第1及び第2の電極が互いに平行に配置されており、
前記複数の圧電セラミック板のそれぞれの裏面には、前記第1及び第2の電極と互いに平行に第3及び第4の電極が配置されており、
前記複数の圧電セラミック板は、主面に垂直な方向から見て、互いに異なる方向を向くように配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の圧電振動センサ。
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-
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- 2012-08-21 JP JP2013530026A patent/JPWO2013027736A1/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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