JPH06230025A

JPH06230025A - 圧電型振動センサ

Info

Publication number: JPH06230025A
Application number: JP1663893A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kunimura; 智國村; Katsuhiko Takahashi; 克彦高橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】センサ間の感度のばらつきの低減及びその検
知部の量産性の改善を図るとともに電圧出力における温
度特性の向上を図った圧電型振動センサの提供。【構成】被測定物に剛に取り付けられる台座と台座の
検知軸に垂直な測定面に固着された検知部と検知部上に
固着された慣性質量部として作用する剛体からなる荷重
体を有し、検知部は圧電体層の表裏両面に接着層を介し
第一電極、第二電極を固着してなる圧電型振動センサに
おいて、検知部を構成する接着層に変性アクリル系樹脂
を主成分とするシート状の接着材料を用いることを特徴
とする。【効果】温度特性の著しい改善を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機圧電体を使用した
圧電型振動センサに関し、特に温度特性の改善及び生産
効率の向上を図った圧電型振動センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の無機圧電体を使用した圧電型振動
センサは、精度が良く、使用可能温度範囲が広い等の利
点がある。しかしながらこの圧電型振動センサは、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、チ
タン酸バリウム（ＢＡＴ）などの粉体を押し固めて板状
や円板状に焼成し、その１個１個の焼成体を用いて検知
部を作製していた。そして、このような無機圧電体を使
用した圧電型振動センサは、センサの方式として圧縮型
やせん断型があるが、上記センサの方式によらずその検
知部は、前記焼成体を１個１個作製する不効率な方法が
とられていた。

【０００３】よって、本願発明者らは、上述したような
圧電型振動センサ検知部の不効率な生産性を改善すべ
く、その大量生産方式として、圧電体の両面に接着剤を
塗布し、各々の電極を固着させ、使用用途によっては前
記電極と圧電体間に支持板を介した後、これをダイシン
グソーなどの切断手段によってチップ状に切断すること
により検知部を一括大量生産する方法を提案した。

【０００４】そして、上記のような方法により作成され
た圧電型振動センサは、図３（ａ）に示すように、被測
定物に剛に取り付けられる台座２１と、この台座２１の
検知軸Ｇ”に垂直な測定面に固着された検知部２２と、
この検知部２２上に固着され慣性質量部として作用する
剛体からなる荷重体２３を有し、前記検知部２２は図３
（ｂ）に示すように圧電体２４の表裏両面に接着層３０
ａ、３０ｂを介して形成された板状電極２５ａ、２５ｂ
と、場合によっては前記板状電極２５ａ、２５ｂの表面
に板状の剛体からなる支持板２６ａ、２６ｂが形成され
た構成からなり、かつ圧電体２４の平面形状が前記測定
面に平行な面において検知軸Ｇ”を対称の中心とする点
対称であり、前記荷重体２３は、それの検知部２２に接
する面の平面形状が検知軸Ｇ”を対称の中心とする点対
称であり、かつ検知軸Ｇ”を通り前記測定面に垂直な無
数の平面で断面した時に、すべての断面について検知軸
Ｇ”を対称軸とする線対称としたものである。よって、
上述したような圧電型振動センサ２０は、軽量小型で、
耐衝撃性にすぐれ出力を簡便に調整可能なものであり、
かつ製造効率が良好なものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな圧電型振動センサ２０において、前記検知部２２の
圧電体２４と板状電極２５ａ、２５ｂのそれぞれの間に
形成される接着層３０ａ、３０ｂは塗布作業により形成
されており、その膜厚にばらつきを生じるためにセンサ
間に感度のばらつきを生じるといった問題を有してい
た。そして更に、上述したような圧電型振動センサ２０
において、前記検知部２２の圧電体層２４に無機圧電体
を使用した場合、前記圧電体２４と板状電極２５ａ、２
５ｂの間に形成された接着層３０ａ、３０ｂの温度特性
が、前記圧電体２４の温度特性に影響を及ぼし、電圧出
力における温度特性の低下を招くといった問題を有して
いた。

【０００６】上記のように接着層３０ａ、３０ｂの温度
特性が圧電体２４の温度特性に影響を及ぼし、電圧出力
における温度特性の低下を招く現象の原因は以下のよう
な理由によって説明される。例えば、上述した方法によ
り製造された各チップにおける圧電体２４及びこの両面
に塗布された接着剤が形成する接着層３０ａ、３０ｂか
らなる３層がなす総電気容量をＣとすると、この総電気
容量Ｃは、前記圧電体２４の電気容量Ｃ_p、接着層３０
ａ、３０ｂの電気容量Ｃ_aより以下のような式によって
表わされる。Ｃ＝１／｛（１／Ｃ_p）＋（２／Ｃ_a）｝＝Ｃ_pＣ_a／（Ｃ
_a＋２Ｃ_p）

【０００７】よって、上記式より明らかなことは、Ｃ_p
の値がＣ_aの値より大きい場合は、総電気容量Ｃは、上
記Ｃ_aの値に左右され易くなるということである。従っ
て、こうした場合には、チップとしての温度特性が前記
Ｃ_aの温度特性を強く反映したものとなってしまう。つ
まり、出力を電圧出力Ｖとして取り出す場合には、Ｖ＝
Ｑ／Ｃであって、Ｃの温度特性は出力に直接反映するこ
ととなるのである。ところが、前記圧電体を有機圧電体
で形成した場合には、前記Ｃ_pはＣ_aに比較してそれ程大
きくならない。そのために有機圧電体を用いた圧電型振
動センサにおいては、上述したような検知部の大量生産
方式を用いても問題とはならない事が多いのである。

【０００８】そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされ
たもので、センサ間の感度のばらつきの低減及び、その
検知部の量産性の改善を図るとともに、電圧出力におけ
る温度特性の向上を図った圧電型振動センサの提供を目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電型
振動センサは、上記課題を解決するために、被測定物に
剛に取り付けられる台座と、この台座の検知軸に垂直な
測定面に固着された検知部と、この検知部上に固着され
た慣性質量部として作用する剛体からなる荷重体を有
し、前記検知部は圧電体層の表裏両面に接着層を介し第
一電極、第二電極を固着してなる圧電型振動センサにお
いて、前記検知部を構成する接着層に変性アクリル系樹
脂を主成分とするシート状の接着材料を用いることを特
徴とするものである。

【００１０】請求項２に記載の圧電型振動センサは、上
記課題を解決するために、請求項１の圧電型振動センサ
における接着層にブタジエン成分を３０％〜７０％の割
合で含有するエポキシ系樹脂からなるシート状の接着材
料を用いることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明の圧電型振動センサによれば、検知部を
構成する圧電体層と、その両面に接着層を介して密着さ
れてなる第一・第二電極において、前記接着層にシート
状の接着材料を用いることにより接着層の膜厚のばらつ
きを回避し、接着層の膜厚を均一化を図ることにより、
センサ間の感度のばらつきを低減することが可能であ
る。そして更に、上記接着層を形成する接着材料に変成
アクリル系樹脂からなる接着材料またはブタジエン成分
を３０％〜７０％の割合で含有するエポキシ系樹脂から
なる接着材料を用いることにより、前記接着層の電気容
量と圧電体の電気容量の差を無視できる程度に低減し、
前記接着層の温度特性が圧電体層の温度特性に影響を及
ぼすことを回避することができる。よって、本発明の圧
電型振動センサは、前記圧電体層の構成材料によらず、
その温度特性の著しい改善を図ることができる。また、
上記接着層にブタジエン成分を３０％以上含有するエポ
キシ系樹脂からなる接着材料を使用した場合には、前記
ブタジエン成分は前記接着層に弾性を付与する性質を有
することから、センサの耐衝撃性の向上を図ることがで
きる。

【００１２】更に、従来においては前記接着層の膜厚が
その電気容量に比例するため、前記接着層の膜厚の増大
が、圧電体の電気容量との差を広げる要因となったが、
本発明においては、前記接着層の膜厚によらず上記と同
様な効果を奏することができる。つまり、本発明におけ
る圧電型振動センサの前記接着層は、これを構成する材
料を変性アクリル系樹脂からなる接着材料またはブタジ
エン成分を３０％〜７０％の割合で含有するエポキシ系
樹脂からなる接着材料とすることで、前記接着層がこの
圧電型振動センサにおいて、抵抗成分としての効果を奏
し、従来のような容量成分としての効果が著しく小さく
なったためである。

【００１３】また、上記のような効果は前記圧電体材料
に無機圧電体を使用した場合において非常に大きい。前
記無機圧電体は、その電気容量が一般に大きいために、
接着層を構成する物質が有する電気容量と大きな差を生
じることを原因として、前記接着層の温度特性が圧電体
層の温度特性を大きく左右し、圧電型振動センサにおけ
る温度特性の低下を生じる要因となっていた。しかし、
本発明のように前記接着層を変性アクリル系樹脂からな
る接着材料またはブタジエン成分を３０％〜７０％の割
合で含有するエポキシ系樹脂からなる接着材料から構成
することにより、前記接着層と圧電体層の電気容量の差
が極めて無視できるほどに低減されることとなり、温度
特性の著しい改善を図ることが可能である。

【００１４】さらに、本発明における圧電型振動センサ
は、その検知部の生産形態に従来の大量生産方式をその
まま適用可能であり、かつ前記接着層形成の際に液状接
着剤を使用せず、シート状の接着材料を使用することか
ら、その作業性の向上を図り生産効率の向上を図ること
が可能である。

【００１５】

【実施例】以下に本発明における実施例を図面を参照し
つつ説明する。図１（ａ）は、本実施例による圧電型振
動センサ１を示すものである。前記本実施例における圧
電型振動センサ１は、被測定物に剛に取り付けられる台
座２と、この台座２の検知軸Ｇに垂直な測定面に固着さ
れた検知部３と、この検知部３上に固着され慣性重量部
として作用する剛体からなる荷重体４とから構成されて
いる。台座２の材料としては、繊維強化樹脂、金属など
充分剛性をもつものであれば良い。荷重体４の材料とし
ては、真ちゅう、その他の金属など比較的比重の大きな
材料を用いることが望ましい。

【００１６】検知部３は、図１（ｂ）に示すように無機
圧電体からなる圧電体層６の両面に貼着されたシート状
の接着層６ａ、６ｂ、そして前記各々の接着層６ａ、６
ｂを介して固着されてなる第一電極５ａ及び第二電極５
ｂから構成されている。

【００１７】前記圧電体層６の材料として用いられる無
機圧電体には、ＰＺＴ、ＰＴ、ＢＡＴ等が用いられ、前
記接着層６ａ、６ｂを形成する接着材料としては、変成
アクリル系樹脂またはブタジエン成分を３０％〜７０％
の割合で含有するエポキシ系樹脂が使用される。そして
また、前記第一電極５ａ、第二電極５ｂを構成する材料
としては、銅箔、すず箔等を使用される。なお、使用用
途によっては、前記構成からなる検知部３の表裏両面に
板状の剛体からなる支持板を設けることもある。

【００１８】上記構成からなるように、本実施例におけ
る圧電型振動センサ１は、圧電体層６の両面に形成され
る接着層６ａ、６ｂにシート状の変成アクリル系樹脂か
らなる接着材料またはブタジエン成分を３０％〜７０％
の割合で含有するエポキシ系樹脂からなる接着材料を使
用したことに特徴があり、前記接着層６ａ、６ｂにシー
ト状の接着材料を用いることによって、前記接着層６
ａ、６ｂの膜厚のばらつきを回避し、接着層６ａ、６ｂ
の膜厚の均一化を図ることによりセンサ間の感度のばら
つきを低減することができる。そして、前記接着層６
ａ、６ｂを構成する材料に変性アクリル系樹脂またはブ
タジエン成分を３０％〜７０％の割合で含有するエポキ
シ系樹脂を使用することにより、その前記検知部３の総
電気容量Ｃが前記接着層６ａ、６ｂの電気容量Ｃ_aの影
響を回避することができるものである。つまり、前記接
着層６ａ、６ｂを変性アクリル系樹脂からなる接着材料
またはブタジエン成分を３０％〜７０％の割合で含有す
るエポキシ系樹脂から形成することにより、これを容量
成分から抵抗成分に変換して、本実施例における圧電型
振動センサ１の総電気容量Ｃを圧電体層６そのものの電
気容量Ｃ_pと等しくなるようにしたのである。よって、
本実施例における圧電型振動センサ１は、その温度特性
に、前記圧電体層６そのものの温度特性のみを反映する
ことができる。従って、上述した本実施例の圧電型振動
センサ１は、その温度特性の向上を図ることができるも
のである。また、本実施例の圧電型振動センサ１におい
て、その接着層６ａ、６ｂを構成するシート状の接着材
料に、ブタジエン成分を３０％以上含有するエポキシ樹
脂を使用したものについては、前記ブタジエン成分が、
前記接着層６ａ、６ｂに弾力性を付与する性質を有する
ことから、耐衝撃性の良好な圧電型振動センサを提供す
ることができる。

【００１９】更に、上記構成からなる本実施例の圧電型
振動センサ１は、その検知部３を製造する方法として、
前記従来で説明した大量生産方式をそのまま適用するこ
とが可能で、かつ前記接着層６ａ、６ｂ形成の際にシー
ト状の接着材料を使用することから、その作業性の向上
を図り生産効率の向上を図ることが可能である。

【００２０】以下に、上述した本実施例の圧電型振動セ
ンサ１の具体例１〜４を作製し、この具体例１〜４と以
下に示す比較例１〜５について、その感度のばらつき及
び感度の温度ドリフトについて測定した。また、上記具
体例２〜４の圧電型振動センサの接着層成分にブタジエ
ン樹脂を含有しているもの及び比較例２の圧電型振動セ
ンサについては、その耐衝撃性についての測定も行なっ
た。（具体例）図２に示すように、本具体例の圧電型振動セ
ンサ１０は、以下に示す構成からなるチップ１８が、１
ｃｍ角、５ｍｍ厚のアルミプロックからなる台座１２に
固着され、前記チップ１８の検知部１３上に６ｍｍ角、
２ｍｍ厚の約０.６ｇの真ちゅう荷重体４が接着された
構成となっている。前記チップは、検知部１３と、これ
を挟持する支持板１７ａ、１７ｂから構成され、前記検
知部１３は、１５ｍｍ角、０．５ｍｍ厚のＰＺＴからな
る膜状導電体１６両面に、シート状の接着層１６ａ、１
６ｂを貼着され、この接着層１６ａ、１６ｂを介して、
箔厚３０μmの銅箔からなる第一電極１５ａ、第二電極
１５ｂが固着された構成からなっている。そして、前記
検知部１３は、前記接着層１６ａ、１６ｂと同様な構成
からなる接着層１３ａ、１３ｂを介して、ガラスエポキ
シ板（ｔ＝１．５ｍｍ）からなる支持板で挟持されてい
る。

【００２１】そして、上記構成からなる具体例におい
て、その接着層１６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３ｂに変性
アクリル樹脂を用いたものを具体例１、３０％のブタジ
エン成分を含有したエポキシ樹脂を使用したものを具体
例２、５０％のブタジエン成分を含有したエポキシ樹脂
を使用したものを具体例３、６０％のブタジエン成分を
含有したエポキシ樹脂を使用したものを具体例４とし
て、それぞれの圧電型振動センサを作成した。

【００２２】そして、比較例として前記具体例の接着層
１６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３ｂを液状の変性アクリル
系樹脂塗着することにより形成したものを比較例１、液
状エポキシ系樹脂を塗着することにより形成したものを
比較例２、５０％のブタジエン成分を含有した液状のエ
ポキシ樹脂を塗着することにより形成したものを比較例
３、２０％のブタジエン成分を含有するエポキシ樹脂か
らなるシート状の接着材料から形成したものを比較例
４、８０％のブタジエン成分を含有するエポキシ樹脂か
らなるシート状接着材料から形成されたものを比較例５
として、それぞれの圧電型振動センサを作成した。

【００２３】そして、上記具体例１〜４、比較例１〜５
の圧電型振動センサを各々５０個用意し、これらをイン
ピータンス変換回路に接続して、その感度のばらつき、
感度の温度変化について測定した。また、上記具体例２
〜５及び比較例２については、耐衝撃性についての測定
も行なった。その結果を表１に示す。感度のばらつきに
ついては、上記具体例１〜４、比較例１〜５のそれぞれ
５０個のセンサの感度の平均値を基準として、全てのセ
ンサの感度が入るバラツキ幅を記した。感度の温度ドリ
フトについては、２５℃の感度を基準とした上記具体例
１〜４、比較例１〜５のそれぞれ５０個のセンサの−３
０℃〜１００℃の感度の変化幅について記した。耐衝撃
性については、上記具体例１〜４、比較例１〜５のそれ
ぞれ５０個のセンサをアルミニウムブロックごと１ｍの
高さからコンクリート上へ落下させた時の破壊したセン
サの割合を示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、本発明における
具体例１〜４の圧電型振動センサについては、センサ間
の感度のばらつきの著しい低減が認められた。そして、
感度の温度ドリフトについても、比較例１〜比較例５と
比べて、著しい低減を確認することができた。以下、表
１より比較例１〜５について検討すると、比較例１のよ
うに、その接着層１６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３ｂに液
状の変性アクリル樹脂を使用した場合、あるいは比較例
２のように、その接着層１６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３
ｂに液状のエポキシ樹脂を使用した場合には、明らか
に、その感度のばらつき、感度の温度変化が大きいこと
が判る。比較例３のように前記接着層１６ａ、１６ｂ、
１３ａ、１３ｂにブタジエン成分を５０％含有する液状
のエポキシ樹脂を使用した場合には、その感度の温度ド
リフトの低減及び耐衝撃性の向上を図ることはできる
が、液状の接着材料を使用しているために、その感度の
バラツキの低減が図れないことが判る。比較例４のよう
に、その接着層１６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３ｂを２０
％のブタジエン成分を含有するシート状のエポキシ樹脂
から構成した場合には、シート状の接着材料を使用して
いるために、感度のばらつきの低減を図ることができる
が、前記ブタジエン成分が３０％以下であるために、感
度の温度ドリフトの低減及び耐衝撃性の改善を図ること
はできないのが判る。比較例５のように、その接着層１
６ａ、１６ｂ、１３ａ、１３ｂを８０％のブタジエン成
分を含有するシート状のエポキシ樹脂から構成した場合
には、シート状の接着材料を使用しているために、感度
のばらつきの低減を図ることができると共に、前記接着
層材料にはブタジエン成分を３０％以上含有しているこ
とから、耐衝撃性の向上を図ることができる。しかし、
前記接着層を構成する接着材料に含有されるブタジエン
成分は７０％を越えるために、感度の温度ドリフトの低
減を図ることができないのが判る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電型振
動センサによれば、検知部を構成する圧電体層と、その
両面に接着層を介して密着されてなる第一・第二電極に
おいて、前記接着層にシート状の接着材料を用いること
により接着層の膜厚のばらつきを回避し、接着層の膜厚
を均一化を図ることにより、センサ間の感度のばらつき
を低減することが可能である。そして更に、上記接着層
を形成する接着材料に変成アクリル系樹脂からなる接着
材料またはブタジエン成分を３０％〜７０％の割合で含
有するエポキシ系樹脂からなる接着材料を用いることに
より、前記接着層の電気容量と圧電体の電気容量の差を
無視できる程度に低減し、前記接着層の温度特性が圧電
体層の温度特性に影響を及ぼすことを回避することがで
きる。よって、本発明の圧電型振動センサは、前記圧電
体層の構成材料によらず、その温度特性の著しい改善を
図ることができる。また、上記接着層にブタジエン成分
を３０％以上含有するエポキシ系樹脂からなる接着材料
を使用した場合には、前記ブタジエン成分は前記接着層
に弾性を付与する性質を有することから、センサの耐衝
撃性の向上を図ることができる。

【００２７】更に、従来においては前記接着層の膜厚が
その電気容量に比例するため、前記接着層の膜厚の増大
が、圧電体の電気容量との差を広げる要因となったが、
本発明においては、前記接着層の膜厚によらず上記と同
様な効果を奏することができる。つまり、本発明におけ
る圧電型振動センサの前記接着層は、これを構成する材
料を変性アクリル系樹脂からなる接着材料またはブタジ
エン成分を３０％〜７０％の割合で含有するエポキシ系
樹脂からなる接着材料とすることで、前記接着層がこの
圧電型振動センサにおいて、抵抗成分としての効果を奏
し、従来のような容量成分としての効果が著しく小さく
なったためである。

【００２８】また、上記のような効果は前記圧電体材料
に無機圧電体を使用した場合において非常に大きい。前
記無機圧電体は、その電気容量が一般に大きいために、
接着層を構成する物質が有する電気容量と大きな差を生
じることを原因として、前記接着層の温度特性が圧電体
層の温度特性を大きく左右し、圧電型振動センサにおけ
る温度特性の低下を生じる要因となっていた。しかし、
本発明のように前記接着層を変性アクリル系樹脂からな
る接着材料またはブタジエン成分を３０％〜７０％の割
合で含有するエポキシ系樹脂からなる接着材料から構成
することにより、前記接着層と圧電体層の電気容量の差
が極めて無視できるほどに低減されることとなり、温度
特性の著しい改善を図ることが可能である。

【００２９】さらに、本発明における圧電型振動センサ
は、その検知部の生産形態に従来の大量生産方式をその
まま適用可能であり、かつ前記接着層形成の際に液状接
着剤を使用せず、シート状の接着材料を使用することか
ら、その作業性の向上を図り生産効率の向上を図ること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明における実施例の圧電
型振動センサの斜視図を示すものである。図１（ｂ）
は、本発明における実施例の圧電型振動センサの検知部
の分解斜視図を示すものである。

【図２】図２（ａ）は、本実施例における具体例の圧
電型振動センサの斜視図を示すものである。図２（ｂ）
は、本実施例における具体例の圧電型振動センサの検知
部の分解斜視図を示すものである。

【図３】図３（ａ）は、従来の圧電型振動センサの斜
視図を示すものである。図３（ｂ）は、従来の圧電型振
動センサの検知部の分解斜視図を示すものである。

【符号の説明】

１、１０、２０…圧電型振動センサ６ａ、６ｂ、１３
ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂ、３０ａ、３０ｂ…接着層
１７ａ、１７ｂ…支持板２、１２、２１…台座３、
１３、２２…検知部４、１４、２３…荷重体５ａ、
１５ａ、２５ａ…第一電極５ｂ、１５ｂ、２５ｂ…第
二電極６、１６、２２…圧電体層Ｇ、Ｇ’、Ｇ”…
検知軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物に剛に取り付けられる台座と、
この台座の検知軸に垂直な測定面に固着された検知部
と、この検知部上に固着された慣性質量部として作用す
る剛体からなる荷重体を有し、前記検知部は圧電体層の
表裏両面に接着層を介し第一電極、第二電極を固着して
なる圧電型振動センサにおいて、前記検知部を構成する接着層に変性アクリル系樹脂を主
成分とするシート状の接着材料を用いることを特徴とす
る圧電型振動センサ。
【請求項２】請求項１の圧電型振動センサにおける接
着層にブタジエン成分を３０％〜７０％の割合で含有す
るエポキシ系樹脂からなるシート状の接着材料を用いる
ことを特徴とする圧電型振動センサ。