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技術 圧力センサー

出願人 ヤマハ株式会社
発明者 鈴木幸俊小杉峰子
出願日 2017年6月20日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2017-120810
公開日 2019年1月17日 (1年3ヶ月経過) 公開番号 2019-007749
状態 未査定
技術分野 流体圧力測定 可聴帯域用圧電型電気機械変換器 力の測定一般
主要キーワード 電気機械トランスデューサ 折り返し回数 伸縮モード 音響センサー 圧電センサー 負極配線 高分子圧電材料 高分子圧電体
関連する未来課題
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図面 (8)

課題

本発明は、S/N比が大きく、且つ高感度圧力センサーを提供することを課題とする。

解決手段

本発明に係る圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子を含み、前記複数の圧電素子が、複数の素子グループに分けられ、前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続されると共に前記複数の素子グループが並列に接続、又は前記素子グループ内で前記圧電素子が並列に接続されると共に前記複数の素子グループが直列に接続される。

概要

背景

シート状の圧電体の両面に電極を設け、圧力変化に伴う圧電体の厚さの変化に応じて変動する電極間電位変化を検出する圧電素子が圧力を検出するセンサーとして利用されている。このような圧電素子におけるノイズは、kT/Cノイズと呼ばれ、その電圧が電極間のキャパシターンス(静電容量)の平方根に略反比例する。

このため、電極間の容量を大きくすることでノイズ電圧を低減することができるが、単純に圧電体の面積を大きくすると、例えば音波振動による圧力変動を検出する場合には、圧電体の位置毎に変位位相が異なり、各部の検出信号が相殺し合うことで、却ってS/N比が低下するという問題が生じる。

これに対して、米国特許第7376239号明細書には、それぞれ圧電体及び一対の電極を有する複数の圧電素子を積層し、これらの圧電素子を並列に接続した電気機械トランスデューサー(圧力センサー又は圧電アクチュエータ)が提案されている。この電気機械トランスデューサーを圧力センサーとして用いる場合、複数の圧電素子が同じ位置に重ねて配置されることによって各圧電素子の位相が略等しくなるため、上述のような位相差の問題が生じず、S/N比が向上する。

しかしながら、上記公報に記載の構成では、容量の増大による検出精度の向上が期待できる一方、出力電圧が単一の圧電素子を用いる場合と同じであるため、検出感度の向上はあまり期待できない。

概要

本発明は、S/N比が大きく、且つ高感度な圧力センサーを提供することを課題とする。本発明に係る圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子を含み、前記複数の圧電素子が、複数の素子グループに分けられ、前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続されると共に前記複数の素子グループが並列に接続、又は前記素子グループ内で前記圧電素子が並列に接続されると共に前記複数の素子グループが直列に接続される。

目的

本発明は、S/N比が大きく、且つ高感度な圧力センサーを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

積層されたシート状の複数の圧電素子を含み、前記複数の圧電素子が、複数の素子グループに分けられ、前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続されると共に前記複数の素子グループが並列に接続、又は前記素子グループ内で前記圧電素子が並列に接続されると共に前記複数の素子グループが直列に接続される圧力センサー

請求項2

前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続され、前記素子グループの数が偶数である請求項1に記載の圧力センサー。

請求項3

最も外側の圧電素子の外側の電極が負極である請求項1に記載の圧力センサー。

請求項4

前記素子グループ内で、前記圧電素子が並列に接続されると共に隣接する前記圧電素子が圧電シートを折り返して形成される請求項1に記載の圧力センサー。

請求項5

前記素子グループの最も外側の電極が正極及び負極である請求項4に記載の圧力センサー。

請求項6

前記圧電素子が、シート状の高分子圧電体とこの高分子圧電体の両面に積層される一対の電極とを有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の圧力センサー。

技術分野

0001

本発明は、圧力センサーに関する。

背景技術

0002

シート状の圧電体の両面に電極を設け、圧力変化に伴う圧電体の厚さの変化に応じて変動する電極間電位変化を検出する圧電素子が圧力を検出するセンサーとして利用されている。このような圧電素子におけるノイズは、kT/Cノイズと呼ばれ、その電圧が電極間のキャパシターンス(静電容量)の平方根に略反比例する。

0003

このため、電極間の容量を大きくすることでノイズ電圧を低減することができるが、単純に圧電体の面積を大きくすると、例えば音波振動による圧力変動を検出する場合には、圧電体の位置毎に変位位相が異なり、各部の検出信号が相殺し合うことで、却ってS/N比が低下するという問題が生じる。

0004

これに対して、米国特許第7376239号明細書には、それぞれ圧電体及び一対の電極を有する複数の圧電素子を積層し、これらの圧電素子を並列に接続した電気機械トランスデューサー(圧力センサー又は圧電アクチュエータ)が提案されている。この電気機械トランスデューサーを圧力センサーとして用いる場合、複数の圧電素子が同じ位置に重ねて配置されることによって各圧電素子の位相が略等しくなるため、上述のような位相差の問題が生じず、S/N比が向上する。

0005

しかしながら、上記公報に記載の構成では、容量の増大による検出精度の向上が期待できる一方、出力電圧が単一の圧電素子を用いる場合と同じであるため、検出感度の向上はあまり期待できない。

先行技術

0006

米国特許第7376239号明細書

発明が解決しようとする課題

0007

前記不都合に鑑みて、本発明は、S/N比が大きく、且つ高感度な圧力センサーを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

前記課題を解決するためになされた本発明に係る圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子を含み、前記複数の圧電素子が、複数の素子グループに分けられ、前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続されると共に前記複数の素子グループが並列に接続、又は前記素子グループ内で前記圧電素子が並列に接続されると共に前記複数の素子グループが直列に接続される。

0009

当該圧力センサーは、素子グループ内の複数の圧電素子又は複数の素子グループが直列に接続されることにより出力電圧が大きくなり、検出感度に優れる。また、当該圧力センサーは、複数の素子グループ又は素子グループ内の複数の圧電素子が並列に接続されることによりS/N比が大きい。

0010

当該圧力センサーにおいて、前記素子グループ内で前記圧電素子が直列に接続され、前記素子グループの数が偶数であってもよい。この構成によれば、最も外側に配置される2つの電極の極性が等しくなるため、この最も外側の2つの電極を接地することによって電磁シールドの機能を付与することができる。

0011

当該圧力センサーにおいて、最も外側の圧電素子の外側の電極が負極であってもよい。この構成によれば、当該圧力センサーは、最も外側の電極に対して正の電位を出力するので、最も外側の電極を接地することによって出力電圧の処理が容易となる。

0012

当該圧力センサーにおいて、前記素子グループ内で、前記圧電素子が並列に接続されると共に隣接する前記圧電素子が圧電シートを折り返して形成されてもよい。この構成によれば、素子グループ内の圧電素子間を接続するための配線及び素子グループ間を接続する配線が不要であるため、当該圧力センサーの構成を簡素化することができる。

0013

前記素子グループ内で前記圧電素子が並列に接続されると共に隣接する前記圧電素子が圧電シートを折り返して形成される当該圧力センサーにおいて、前記素子グループの最も外側の電極が正極及び負極であってもよい。この構成によれば、複数の素子グループを積層することで直列に接続することができるので、当該圧力センサーの構成をより簡素化することができる。

0014

当該圧力センサーにおいて、前記圧電素子が、シート状の高分子圧電体とこの高分子圧電体の両面に積層される一対の電極とを有してもよい。この構成によれば、当該圧力センサーの厚さを比較的小さくできると共に、例えば音波振動等のエネルギーの小さい圧力変化を検出することができる。

発明の効果

0015

上述のように、本発明の一態様に係る圧力センサーは、S/N比が大きく、且つ高感度である。

図面の簡単な説明

0016

本発明の一実施形態の圧力センサーの構成を示す模式的断面図である。
図1の圧力センサーの等価回路図である。
本発明の図1とは異なる実施形態の圧力センサーの構成を示す模式的断面図である。
図3の圧力センサーの等価回路図である。
本発明の図1及び図3とは異なる実施形態の圧力センサーの構成を示す模式的断面図である。
本発明の図1図3及び図5とは異なる実施形態の圧力センサーの構成を示す模式的断面図である。
本発明の図1図3図5及び図6とは異なる実施形態の圧力センサーの構成を示す模式的断面図である。

0017

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

0018

[第一実施形態]
図1に、本発明の一実施形態に係る圧力センサーを示す。

0019

当該圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子1を含む。

0020

各圧電素子1は、加圧により厚さ方向に分極が変化するシート状の圧電体2と、圧電体2の両面に積層される一対の電極(正極3及び負極4)とを有する。正極3は、圧電体2の加圧時に正の電荷を帯びる側の面に積層される電極であり、負極4は、圧電体2の加圧時に負の電荷を帯びる側の面に積層される電極である。なお、図1には圧電体2の分極方向を矢印で示す。

0021

当該圧力センサーにおいて、図2等価回路に示すように、複数の圧電素子1は、2つの素子グループGに分けられる。各素子グループG内の2つの圧電素子は、電気的に直列に接続されている。また、2つの素子グループGは電気的に並列に接続されている。当該圧力センサーは、例えばインピーダンス変換回路10を介して不図示の検出回路に接続される。

0022

具体的には、各素子グループG内で隣接し合う2つの圧電素子1は、圧電体2の分極方向が同じになるよう積層されることで直列に接続される。このため、素子グループG内の2つの圧電素子1は、一方の正極3に他方の負極4が当接するよう積層される。

0023

また、隣接し合う2つの素子グループGは、圧電体2の分極方向が反対になるよう積層されることで並列に接続される。隣接し合う2つの素子グループGは、各素子グループGの最外層の正極3同士が当接するよう積層されることが好ましい。この素子グループG間で当接し合う2つの正極3には、外部に延出する正極配線5が接続される。また、各素子グループGの外側に配置される負極4には、互いを接続すると共に外部に延出する負極配線6がそれぞれ接続される。

0024

当該圧力センサーは、素子グループG内の2つの圧電素子1が直列に接続されることにより、各圧電素子1の出力電圧が重畳されることで出力電圧が大きくなる。このため、当該圧力センサーは、検出感度に優れる。

0025

また、当該圧力センサーは、2つの素子グループGが並列に接続されることにより、キャパシターンスが大きい。より詳しくは、素子グループG内で圧電素子1を直列に接続することによるキャパシターンスの減少を、素子グループGを並列に接続することで相殺している。これにより、当該圧力センサーは、キャパシターンスの平方根に略反比例する熱雑音によるノイズ電圧が小さくなるため、S/N比が大きい。

0026

当該圧力センサーでは、素子グループGの数が偶数であるため、素子グループGを並列に接続するよう積層したとき、最も外側に配置される2つの電極(負極4)の極性が等しくなる。このため、当該圧力センサーは、図2に示すように最も外側の2つの電極を接地することによって最も外側の電極に電磁シールドの機能を付与することができるので、S/N比をより大きくすることができる。

0027

さらに、この圧力センサーにおいて、最も外側の2つの電極が負極4であることによって、2つの負極4を接地して電磁シールドの機能を付与した場合に、負極4の電位を基準電位とし、正極3の電位を出力電圧とすることになるので、出力電圧が正の電圧となるため出力電圧の処理が容易となる。

0028

(圧電体)
圧電体2を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、高分子圧電材料であることが好ましい。圧電体2が、高分子圧電材料から形成される高分子圧電体であることによって、フィルム、シート又は繊維状に当該圧力センサー全体の厚さを比較的小さくできると共に、例えば音波振動等のエネルギーの小さい圧力変化を確実に検出することができる。

0029

前記高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデンPVDF)、フッ化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体(P(VDF/TrFE))、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体(P(VDCN/VAc))等を挙げることができる。

0030

また、圧電体2としては、圧電特性を有しない高分子材料である例えばポリテトラフルオロエチレンPTFE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させる(エレクトレット化)ことによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。

0031

圧電体2の平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、圧電体2の平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、200μmがより好ましい。圧電体2の平均厚さが前記下限に満たない場合、圧電体2の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電体2の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体2の変形能
が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。

0032

(電極)
電極3,4の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銀、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を上げることができる。

0033

電極3,4の圧電体2への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インク印刷銀ペースト塗布乾燥等が挙げられる。

0034

電極3,4の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば0.1μm以上30μm以下とすることができる。電極3,4の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極3,4の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極3,4の平均厚さが前記上限を超える場合、当該圧力センサーが不必要に厚くなるおそれや、音波振動等の圧力変動の圧電体2への伝達を阻害するおそれがある。

0035

電極3,4は、平面視で複数の領域に分割して形成され、実効的に圧電素子1を複数の素子として機能させるものであってもよい。

0036

当該圧力センサーは、負極配線6を接地して基準電位とし、正極配線5の電位を検出するよう検出回路に接続されることが好ましい。負極配線6を接地することで、最外層に配置される負極4が電磁シールドの機能を果たし、環境から当該圧力センサーに印加される電磁ノイズを低減することによってS/N比を向上することができる。

0037

各圧電素子1において、平面視で負極4が正極3よりも大きく、負極4の投影領域内に正極3が内包されることが好ましい。このように負極4が平面視で正極3を内包することにより、負極配線の接地により負極4に電磁シールドとしての機能を付与する場合に、正極3に電磁ノイズが到達することをより効果的に抑制することができる。

0038

(インピーダンス変換回路)
当該圧力センサーの出力を検出回路に入力するために用いられるインピーダンス変換回路10としては、図2に示すように、オペアンプ11と負荷抵抗12とを有する公知の回路を用いることができる。

0039

このようなインピーダンス変換回路10に当該圧力センサーを接続した場合には、負荷抵抗12において電子ブラウン運動による熱雑音(ノイズ電圧)が発生する。

0040

負荷抵抗12におけるノイズ電圧Vn[V]は、ボルツマン定数k、導体の温度T[K]、負荷抵抗12の抵抗値R[Ω]を用いて、次の式(1)に表される関係を満たす。
Vn2=4kTR[V2/Hz] ・・・(1)

0041

この負荷抵抗12にキャパシターである当該圧力センサーから電流が供給される場合、ノイズのパワーは、当該圧力センサーのキャパシターンスをC[F]、各周波数をω[rad/s]とし、次の式(2)で表すことができる。
Vn2=(4kTR)/(1+C2R2ω2)[V2/Hz] ・・・(2)

0042

これを周波数領域で積分すると、次の式(3)が導出される。
Vn=√(kT/C)[V] ・・・(3)

0043

この式(3)によって表される熱雑音によるノイズ電圧Vnが、kT/Cノイズと呼ばれるものである。温度Tは大きく変化しないと考えられるため、ノイズ電圧Vnは、当該圧力センサーのキャパシターンスCの平方根に略反比例することが分かる。

0044

また、当該圧力センサーを負荷抵抗12を有するインピーダンス変換回路10に接続した場合、キャパシターとみなすことができる当該圧力センサーと、負荷抵抗12との接続により、当該圧力センサーからオペアンプ11に入力される検出信号の低周波域信号レベルが低下するハイパスフィルターとしての特性が表れる。このため、当該圧力センサーのキャパシターンスと負荷抵抗12の抵抗値との選択によって、前記ハイパスフィルターのカットオフ周波数が検出すべき圧力変動の周波数より低くなるように設定する必要がある。

0045

しかしながら、ハイパスフィルターのカットオフ周波数を低く設定し過ぎると、不必要な低周波信号がオペアンプ11に入力され、インピーダンス変換回路10の処理可能な信号レベル(入力レンジ)を超過して正確な検出信号を出力できなくなるおそれがある。

0046

当該圧力センサーは、素子グループG内の圧電素子1の直列接続によるキャパシターンスの減少を素子グループの並列接続によって補償するので、前記ハイパスフィルターのカットオフ周波数が適切化でき、検出すべき圧力変動の周波数域におけるS/N比を大きくすることができる。

0047

以上のように、当該圧力センサーは、素子グループG内の複数の圧電素子1が直列接続されることによって検出感度に優れ、且つ複数の素子グループGが並列に接続されることによってノイズ電圧が低減されるのでS/N比が大きい。

0048

[第二実施形態]
図3に、本発明の別の実施形態に係る圧力センサーを示す。

0049

当該圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子1を含む。図3の圧力センサーにおいて、圧電素子1の構成は、その向きを除いて図1の圧力センサーにおける圧電素子1の構成と同様である。このため、図3の圧力センサーについて、図1の圧力センサーと同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

0050

当該圧力センサーにおいて、図4の等価回路に示すように、複数の圧電素子1は、2つの素子グループ(第1素子グループG1及び第2素子グループG2)に分けられ、各素子グループG1,G2内で電気的に並列に接続されると共に、2つの素子グループG1,G2が電気的に直列に接続されている。

0051

具体的には、各素子グループG1,G2内で隣接し合う2つの圧電素子1は、圧電体2の分極方向が反対になるよう積層されることで並列に接続される。第1素子グループG1は、最外層の電極が負極4となるよう各圧電素子1が配向され、内側で互いに接触する正極3に外部に延出する正極配線5が接続される。また、第2素子グループG2は、最外層の電極が正極3となるよう各圧電素子1が配向され、内側で互いに接触する負極4に外部に延出する負極配線6が接続される。さらに当該圧力センサーは、第1素子グループG1の最外層の負極4間と第2素子グループG2の最外層の正極3との間を電気的に接続する内部配線7を有する。

0052

このように、当該圧力センサーは、素子グループG1,G2内の2つの圧電素子1が並列に接続されることによってノイズ電圧が低減され、素子グループG1,G2が直列に接続されることによって出力電圧が重畳されることで検出感度に優れる。

0053

[第三実施形態]
図5に、本発明のさらに別の実施形態に係る圧力センサーを示す。

0054

当該圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子1aを含む。当該圧力センサーにおいて、複数の圧電素子1aは、2つの素子グループに分けられている。各素子グループは、電気的に並列に接続される2つの圧電素子1aを含む。また、当該圧力センサーにおいて、2つの素子グループは電気的に直列に接続されている。

0055

図5の圧力センサーでは、素子グループ内で隣接する圧電素子1aが1つの圧電シートを折り返して形成される。この圧電シートは、加圧により厚さ方向に分極するシート状の圧電体2と、圧電体2の両面に積層される一対の電極(正極3及び負極4)とを有する。

0056

図5の圧力センサーにおける圧電体2、正極3及び負極4の構成は、折り返されることによって、折り返し点で機能的に分割されて2つの圧電素子1aを形成する点を除いて、図1の圧力センサーにおける圧電体2、正極3及び負極4の構成と同様とすることができる。

0057

図5の圧力センサーでは、隣接する圧電素子1aが圧電シートを折り返して形成されるため、隣接する圧電素子1aの正極3同士及び負極4同士が電気的に接続されている。このため、図5の圧力センサーは、図3の圧力センサーのように電極間を接続する内部配線が必要なく、構成が簡素であり、製造が容易且つ品質が安定する。

0058

[第四実施形態]
図6に、本発明のさらに別の実施形態に係る圧力センサーを示す。

0059

当該圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子1を含む。図6の圧力センサーにおいて、圧電素子1の構成は、図1の圧力センサーにおける圧電素子1の構成と同様とすることができる。

0060

当該圧力センサーにおいて、複数の圧電素子1は、それぞれ3つの圧電素子1を含む4つの素子グループに分けられている。当該圧力センサーでは、各素子グループ内で3つの圧電素子1が電気的に直列に接続されると共に、4つの素子グループが電気的に並列に接続されている。

0061

各素子グループ内において、3つの圧電素子1は、圧電体2の分極方向が同じになるよう積層されることで直列に接続される。また、隣接し合う2つの素子グループは、圧電体2の分極方向が反対になるよう積層されることで並列に接続される。

0062

当該圧力センサーは、隣接する素子グループ間で当接し合う正極3の各対に接続され、外部に延出してインピーダンス変換回路に接続される正極配線5と、隣接する素子グループ間で当接し合う負極4の各対及び最外層の負極4にそれぞれ接続され、外部に延出して接地される負極配線6とを有する。

0063

また、隣接し合う2つの素子グループGは、圧電体2の分極方向が反対になるよう積層されることで並列に接続される。隣接し合う2つの素子グループGは、最外層の正極3同士が当接するよう積層されることが好ましい。この素子グループG間で当接し合う2つの正極3には、外部に延出する正極配線5が接続される。また、各素子グループGの外側に配置される負極4には、互いを接続すると共に外部に延出する負極配線6がそれぞれ接続される。

0064

当該圧力センサーは、素子グループ内の複数の圧電素子1が直列に接続されることにより検出感度に優れると共に、複数の素子グループが並列に接続されることでS/N比が大きい。

0065

[第五実施形態]
図7に、本発明のさらに別の実施形態に係る圧力センサーを示す。

0066

当該圧力センサーは、積層されたシート状の複数の圧電素子1bを含む。当該圧力センサーにおいて、複数の圧電素子1bは、2つの素子グループに分けられている。各素子グループは、電気的に並列に接続される5つの圧電素子1bを含む。また、当該圧力センサーにおいて、2つの素子グループは電気的に直列に接続されている。

0067

図7の圧力センサーでは、素子グループ毎に、1つの圧電シートを一定ピッチで繰り返し折り返すことによって5つの圧電素子1bを形成している。図7の圧力センサーにおける圧電シートは、折り返し回数が多いこと、つまりより多くの圧電素子1bに機能的に分割されることを除いて、図5の圧力センサーにおける圧電シートと同様とすることができる。

0068

図7の圧力センサーでは、各素子グループが奇数(5つ)の圧電素子1bを含むことによって、素子グループの最も外側の2つの電極の一方が正極3、他方が負極4である。このため、当該圧力センサーでは、一方の素子グループの最も外側の正極3と他方の素子グループの最も外側の負極4とが当接するよう2つの素子グループを積層することによって、2つの素子グループ間を直列に接続することができる。従って、図7の圧力センサーは、内部配線が不要であるので構造が簡素であり、圧電素子1b間の電気的接続が確実である。

0069

[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

0070

当該圧力センサーにおいて、隣接する圧電素子が電極を共用してもよい。例えば2枚の圧電体と3枚の電極とを交互に積層することによって2つの圧電素子を形成することができる。

0071

当該圧力センサーにおいて、素子グループは電気的に分けられるものであればよく、素子グループ内の複数の圧電素子が互いに隣接し合っていなくてもよい。例えば、2枚の圧電シートを直列に積層したものを2つ折りにすることで4つの圧電素子の積層体を形成することができる。この場合、外側の2つの圧電素子が電気的に並列に接続される第1の素子グループを構成し、内側の2つの圧電素子が電気的に並列に接続される第2の素子グループを構成し、第1の素子グループと第2の素子グループとが電気的に直列に接続される圧力センサーを形成することができる。

0072

当該圧力センサーは、正極を接地してもよい。また、当該圧力センサーは、両側の最外層が正極であってもよい。

0073

当該圧力センサーに接続されるインピーダンス変換回路の構成は実施形態の構成に限定されない。また、当該圧力センサーの信号を処理する検出回路の構成によってはインピーダンス変換回路を省略してもよい。

0074

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

0075

当該圧力センサーを音響センサーとして使用する場合の感度、S/N比及びカットオフ周波数について、市販の音響センサーと同等の性能を得るための構成について検討する。

0076

各圧電素子の圧電定数(d33:厚み伸縮モード)が400pC/N、面積容量が22pF/cm2とすると、単一の圧電素子による単層感度は約−55dBV/Paとなる。この圧電素子の感度領域半径10mmと仮定すると、単一の圧電素子を用いた場合の熱雑音によるノイズ(kT/Cノイズ)は約−102dBVとなり、S/N比は約47dBVとなる。

0077

この圧電素子を5つ積層して直列にした場合、感度は約−41dBV/Paとなり、熱雑音によるノイズが約−95dBVとなるため、S/N比は約54dBVとなる。

0078

さらに、前記5層直列積層体を素子グループとし、4つの素子グループを積層して素子グループ間を並列に接続した本発明の圧力センサーの実施例の場合、感度は前記5層直列積層体(単一の素子グループ)と同じ約−41dBV/Paであるが、熱雑音によるノイズが約−101dBVに減少し、S/N比は約60dBに向上する。

0079

一般に市販されている音響センサーは、感度が約−40dBV/Pa、S/N比は約60dBVであり、これと同等の性能を有する本発明の圧電センサーの実施例は、音響センサーとして使用することが可能である。

実施例

0080

なお、インピーダンス変換回路の負荷抵抗を50MΩとすると、カットオフ周波数は約58Hzとなり、十分に可聴域をカバーすることができる。

0081

本発明に係る圧力センサーは、例えば楽器用ピックアップ等、音波振動を圧力変化として検出するために好適に利用することができる。

0082

1,1a,1b圧電素子
2圧電体
3 正極
4 負極
5 正極配線
6負極配線
7内部配線
10インピーダンス変換回路
11オペアンプ
12 負荷抵抗

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