JP2023059607A - pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、押圧センサに関する。 The present disclosure relates to pressure sensors.
圧電素子を備えた圧電デバイスとして、例えば特許文献1に記載の圧電デバイスがある。この従来の圧電デバイスは、圧電素子と、圧電素子が接合された振動部材と、圧電素子と電気的に接続された配線部材とを備えている。配線部材の一端は、コネクタなどを介して他の回路部材等に接続される。配線部材の他端は、振動部材に物理的に接続されると共に、圧電素子に電気的に接続されている。
2. Description of the Related Art As a piezoelectric device having a piezoelectric element, there is a piezoelectric device described in
上述した特許文献1の圧電デバイスは、圧電素子から振動を得ることを目的としている。しかしながら、圧電デバイスの用途は多岐にわたり、例えば指などの接触等によってベース板に生じた応力に基づき、圧電素子から起電力を得ることを目的とした押圧センサに応用される場合もある。そのような押圧センサでは、検出の精度を十分に担保する観点から、ベース板に生じた応力に基づいて、圧電素子から所望の起電力を得ることが重要となっている。
The piezoelectric device of
本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、ベース板に生じた応力に基づいて、圧電素子から所望の起電力を得ることができる押圧センサを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a pressure sensor capable of obtaining a desired electromotive force from a piezoelectric element based on the stress generated in the base plate.
本開示の一側面に係る押圧センサは、ベース板と、ベース板の主面に配置され、ベース板に付加される応力に応じた起電力を発生させる圧電素子と、を備え、圧電素子は、圧電素体と、圧電素体の第1面側に配置され、ベース板の主面に接合された第1の外部電極と、圧電素体の第2面側に配置され、ベース板の主面と反対側に位置する第2の外部電極と、を有し、第1の外部電極の面積と、第2の外部電極の面積とが互いに異なっている。 A pressure sensor according to one aspect of the present disclosure includes a base plate, and a piezoelectric element arranged on a main surface of the base plate and configured to generate an electromotive force in accordance with stress applied to the base plate, the piezoelectric element comprising: a piezoelectric element, a first external electrode arranged on the first surface side of the piezoelectric element and bonded to the main surface of the base plate, and a second surface of the piezoelectric element arranged on the main surface of the base plate. and a second external electrode located on the opposite side, and the area of the first external electrode and the area of the second external electrode are different from each other.
この押圧センサでは、圧電素体の第1面側に配置された第1の外部電極の面積と、圧電素体の第2面側に配置された第2の外部電極の面積とが互いに異なっている。これにより、この押圧センサでは、第1の外部電極の面積と第2の外部電極の面積とを等しくする場合に比べて、外部電極間で発生する圧電素子の静電容量の調整が容易となる。圧電素子の静電容量が過剰とならないように第1の外部電極の面積と第2の外部電極の面積とを調整することで、ベース板に生じた応力に基づく所望の起電力を圧電素子から得ることができる。 In this pressure sensor, the area of the first external electrode arranged on the first surface side of the piezoelectric element and the area of the second external electrode arranged on the second surface side of the piezoelectric element are different from each other. there is As a result, in this pressure sensor, compared to the case where the area of the first external electrode and the area of the second external electrode are made equal, the electrostatic capacitance of the piezoelectric element generated between the external electrodes can be easily adjusted. . By adjusting the area of the first external electrode and the area of the second external electrode so that the electrostatic capacitance of the piezoelectric element does not become excessive, a desired electromotive force based on the stress generated in the base plate is generated from the piezoelectric element. Obtainable.
第1の外部電極は、圧電素体の第1面の全体に配置されており、第2の外部電極の面積は、第1の外部電極の面積に比べて小さくなっていてもよい。この場合、ベース板と第1の外部電極との間の接続抵抗を低減できるため、圧電素子で生じた起電力を外部に出力する際のロスを抑えることができる。 The first external electrode may be arranged on the entire first surface of the piezoelectric body, and the area of the second external electrode may be smaller than the area of the first external electrode. In this case, since the connection resistance between the base plate and the first external electrode can be reduced, the loss when the electromotive force generated by the piezoelectric element is output to the outside can be suppressed.
第2の外部電極の縁部は、ベース板の主面の法線方向から見て、圧電素体の第2面の縁部よりも内側に位置していてもよい。この場合、第2の外部電極の縁部が圧電素体の第2面の縁部よりも内側にシフトしている分、第2の外部電極の縁部が他の配線部分などに対して短絡してしまうことを抑制できる。 The edge of the second external electrode may be located inside the edge of the second surface of the piezoelectric element when viewed from the normal direction of the main surface of the base plate. In this case, since the edge of the second external electrode is shifted inward from the edge of the second surface of the piezoelectric element, the edge of the second external electrode is short-circuited to other wiring portions. You can prevent it from happening.
第2の外部電極は、ベース板の主面の法線方向から見て、圧電素体の第2面の縁部まで引き出された引出部を有していてもよい。圧電素体の製造工程には、ベース板を設ける前の工程として、圧電素体に所定の電圧を付与して圧電性を付与する分極工程が含まれる。当該工程において、第2の外部電極に引出部を設けておくことで、引出部を介して複数の圧電素体同士を電気的に接続することが可能となり、分極工程の作業性を向上できる。 The second external electrode may have a lead portion extending to the edge of the second surface of the piezoelectric element when viewed from the normal direction of the main surface of the base plate. The manufacturing process of the piezoelectric body includes, as a process before providing the base plate, a polarization process in which a predetermined voltage is applied to the piezoelectric body to impart piezoelectricity. In this step, by providing the second external electrode with a lead portion, it is possible to electrically connect a plurality of piezoelectric elements to each other via the lead portion, thereby improving the workability of the polarization step.
第2の外部電極は、圧電素体の第2面の全体に配置されており、第1の外部電極の面積は、第2の外部電極の面積に比べて小さくなっていてもよい。この場合、ベース板に対する第1の外部電極の接合面積が抑えられるため、第1の外部電極の接合によるベース板への拘束力を緩和できる。したがって、付与された応力に対してベース板の歪みを十分に生じさせることができ、圧電素子で生じる起電力を高めることができる。 The second external electrode may be arranged on the entire second surface of the piezoelectric body, and the area of the first external electrode may be smaller than the area of the second external electrode. In this case, since the bonding area of the first external electrode with respect to the base plate is reduced, the binding force on the base plate due to the bonding of the first external electrode can be alleviated. Therefore, the base plate can be sufficiently distorted against the applied stress, and the electromotive force generated by the piezoelectric element can be increased.
第1の外部電極の縁部は、ベース板の主面の法線方向から見て、圧電素体の第1面の縁部よりも内側に位置していてもよい。この場合、第1の外部電極の縁部が圧電素体の第1面の縁部よりも内側にシフトしている分、第1の外部電極の縁部が他の配線部分などに対して短絡してしまうことを抑制できる。 The edge of the first external electrode may be located inside the edge of the first surface of the piezoelectric body when viewed from the normal direction of the main surface of the base plate. In this case, since the edge of the first external electrode is shifted inward from the edge of the first surface of the piezoelectric element, the edge of the first external electrode is short-circuited to other wiring portions. You can prevent it from happening.
第1の外部電極は、ベース板の主面の法線方向から見て、圧電素体の第1面の縁部まで引き出された引出部を有していてもよい。圧電素体の製造工程には、ベース板を設ける前の工程として、圧電素体に所定の電圧を付与して圧電性を付与する分極工程が含まれる。当該工程において、第2の外部電極に引出部を設けておくことで、引出部を介して複数の圧電素体同士を電気的に接続することが可能となり、分極工程の作業性を向上できる。 The first external electrode may have a lead portion extending to the edge of the first surface of the piezoelectric element when viewed from the normal direction of the main surface of the base plate. The manufacturing process of the piezoelectric body includes, as a process before providing the base plate, a polarization process in which a predetermined voltage is applied to the piezoelectric body to impart piezoelectricity. In this step, by providing the second external electrode with a lead portion, it is possible to electrically connect a plurality of piezoelectric elements to each other via the lead portion, thereby improving the workability of the polarization step.
第1の外部電極の面積及び第2の外部電極の面積のうち大きい方の面積を100%とした場合に、小さい方の面積が40%~60%となっていてもよい。第1の外部電極の面積及び第2の外部電極の面積のうち小さい方の面積が大きい方の面積の40%以上であることで、配線部材或いはベース板への電気的な接続に十分な面積を確保できる。第1の外部電極の面積及び第2の外部電極の面積のうち小さい方の面積が大きい方の面積の60%以下であることで、圧電素子の静電容量が過剰となることが抑えられ、ベース板の歪みを効率的に圧電素子の起電力に変換することが可能となる。 When the larger one of the area of the first external electrode and the area of the second external electrode is taken as 100%, the smaller one may be 40% to 60%. A sufficient area for electrical connection to the wiring member or the base plate by setting the smaller one of the area of the first external electrode and the area of the second external electrode to be 40% or more of the larger one. can be ensured. When the smaller one of the areas of the first external electrode and the area of the second external electrode is 60% or less of the larger area, the electrostatic capacitance of the piezoelectric element is suppressed from becoming excessive, It becomes possible to efficiently convert the distortion of the base plate into the electromotive force of the piezoelectric element.
第1の外部電極は、接着材によってベース板の主面に固定されていてもよい。この場合、ベース板に対して第1の外部電極を接着材によってしっかりと固定することで、ベース板と第1の外部電極との間の接続抵抗を一層確実に低減できる。したがって、圧電素子で生じた起電力を外部に出力する際のロスを抑えることができる。 The first external electrode may be fixed to the main surface of the base plate with an adhesive. In this case, by firmly fixing the first external electrode to the base plate with the adhesive, the connection resistance between the base plate and the first external electrode can be reduced more reliably. Therefore, it is possible to suppress the loss when outputting the electromotive force generated by the piezoelectric element to the outside.
本開示によれば、ベース板に生じた応力に基づいて、圧電素子から所望の起電力を得ることができる。 According to the present disclosure, a desired electromotive force can be obtained from the piezoelectric element based on the stress generated in the base plate.
以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る押圧センサの好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a pressure sensor according to one aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本開示の一実施形態に係る押圧センサの全体構成を示す斜視図である。図1に示すように、押圧センサ1は、ベース板2と、ベース板2の主面2a側に配置された圧電素子3と、ベース板2及び圧電素子3に向かって延在する配線部材4とを備えて構成されている。押圧センサ1では、例えば指などの接触等によってベース板2に付加される応力(ベース板2の歪み)に基づき、圧電素子3からの起電力が得られるようになっている。圧電素子3からの起電力は、配線部材4を介して外部に出力される。
1 is a perspective view showing the overall configuration of a pressure sensor according to an embodiment of the present disclosure; FIG. As shown in FIG. 1, the
以下の説明では、配線部材4の延在方向をX方向、ベース板2の主面2aの面内方向においてX方向に直交する方向をY方向、ベース板2の主面2aの法線方向をZ方向とする。
In the following description, the extending direction of the
ベース板2は、例えば導電性を有する金属材料によって矩形状に形成されている。ベース板2は、互いに対向する一対の主面2a,2bを有している。主面2aは、圧電素子3が搭載される面となっている。主面2bは、例えば押圧センサ1が適用されるタッチパネルなどが固定される面となっている。ベース板2の平面形状は、例えば正方形状となっている。ベース板2の構成材料としては、例えばNi-Fe合金、Ni、黄銅、ステンレス鋼などが挙げられる。
The
圧電素子3は、圧電素体5と、一対の外部電極(第1の外部電極)6A及び外部電極(第2の外部電極)6Bとを備えている。圧電素体5は、Z方向に扁平な直方体形状をなしている。直方体形状には、角部及び稜線部が面取りされている形状、角部及び稜線部が丸められている形状も含まれる。圧電素体5は、一対の主面(第1面)5a及び主面(第2面)5bを有している。主面5aは、圧電素体5におけるベース板2側の面である。主面5bは、圧電素体5におけるベース板2と反対側の面である。主面5a,5bは、互いに同形状となっている。ここでは、主面5a,5bは、例えばベース板2よりも一辺の長さが小さい正方形状となっている。圧電素体5の厚さは、例えばベース板2の厚さよりも大きくなっている。ベース板2の主面2aにおいて、圧電素体5の中心は、ベース板2の中心と一致している。
The
圧電素体5は、内部電極を有しておらず、単層の圧電体層7によって構成されている。圧電体層7は、圧電材料によって構成されている。本実施形態では、圧電体層7は、圧電セラミック材料によって構成されている。圧電セラミック材料としては、例えばPZT[Pb(Zr,Ti)O3]、PT(PbTiO3)、PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O3]、チタン酸バリウムなどが挙げられる。圧電体層7は、例えば上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体によって構成されている。
The
外部電極6A,6Bは、Z方向に扁平な直方体形状をなしている。直方体形状には、角部及び稜線部が面取りされている形状、角部及び稜線部が丸められている形状も含まれる。外部電極6A,6Bの厚さは、互いに同程度となっており、いずれも圧電素体5の厚さに比べて十分小さくなっている。外部電極6A,6Bは、導電性材料によって構成されている。導電性材料としては、例えばAg、Pd、Ag-Pd合金などが挙げられる。外部電極6A,6Bは、例えば上述した導電性材料を含む導電性ペーストの焼結体によって構成されている。
The
外部電極6Aは、圧電素体5の主面5aに配置されている。外部電極6Aは、例えば接着材8によってベース板2の主面2aに接合されている。接着材8としては、例えば紫外線硬化型接着剤、嫌気性硬化型接着剤、熱硬化型接着剤などを用いることができる。接着材8は、外部電極6Aと主面2aとの間に回り込むこともあるが、外部電極6Aの少なくとも一部の領域は、主面2aに接触している。これにより、外部電極6Aとベース板2とは、互いに電気的に接続されている。
The
外部電極6Bは、圧電素体5の主面5bに配置されている。外部電極6Bの中心は、主面5bの中心と一致している。外部電極6Bの四辺は、Z方向から見た場合に、主面5bの四辺よりも内側に位置した状態となっている。圧電素体5において、外部電極6Aと外部電極6Bとの間に位置する領域は、圧電的に活性な領域となっている。
The
配線部材4は、例えばフレキシブルプリント基板(FPC)によって構成されている。配線部材4は、導体9をカバー材10で覆った構造を有し、ベース板2の主面2a側においてX方向に延在する本体部11を有している。導体9は、例えば銅などの導電性に優れた材料によって形成されている。カバー材10は、例えばポリイミド樹脂などの非導電性の樹脂によって形成されている。
The
配線部材4の一方の端部(以下、基端部12)は、例えばコネクタなどの接続部材を介して、起電力の出力先となる制御部などに電気的に接続可能となっている。配線部材4の他方の端部(以下、先端部13)は、ベース板2の一の角部2c側から主面2a上に延びている。先端部13は、第1の端部13Aと第2の端部13Bとに分岐している。第1の端部13Aは、本体部11からベース板2の縁部に沿ってY方向に延びる第1の部分14aと、第1の部分14aの先端からX方向に延びる第2の部分14bとを有している。第2の端部13Bは、本体部11の延長線上となるように、ベース板2の縁部に沿ってX方向に延びている。
One end of the wiring member 4 (hereinafter referred to as the base end 12) can be electrically connected to a control unit or the like to which the electromotive force is output via a connecting member such as a connector. The other end of the wiring member 4 (hereinafter referred to as the tip 13) extends from one
第1の端部13Aの第1の部分14aと第2の端部13Bとは、Y方向に一定の間隔をもって離間している。第1の端部13Aにおける第1の部分14aの先端部分の位置及び第2の端部13Bの先端部分の位置は、X方向について揃っている。第1の端部13Aにおける第1の部分14aの先端部分及び第2の端部13Bの先端部分では、ベース板2及び圧電素子3との電気的な接続を実現するため、導体9がカバー材10から露出した状態となっている。
The
押圧センサ1は、圧電素子3と配線部材4とを導電性の第1の接合部材24によって電気的に接合する第1の接合部21と、ベース板2と配線部材4とを導電性の第2の接合部材25によって電気的に接合する第2の接合部22と、ベース板2と配線部材4とを非導電性の第3の接合部材26によって物理的に接合する第3の接合部23とを備えている。
The
第1の接合部21は、圧電素子3における外部電極6B上に設けられている。第1の接合部21は、Z方向から見た場合に、ベース板2の中心及び圧電素子3の中心には重ならないように、外部電極6Bにおけるベース板2の一の角部2c側に位置している。第1の接合部21では、第1の端部13Aにおける第1の部分14aの先端部分において露出する導体9が、第1の接合部材24を介して外部電極6Bに接合されている。これにより、外部電極6Bと配線部材4とは、互いに電気的に接続されている。第1の接合部材24としては、例えばハンダ、導電性ペースト/シート、異方導電性ペースト/シートなどを用いることができる。
The first
第2の接合部22は、ベース板2の主面2a上に設けられている。第2の接合部22は、配線部材4における第1の端部13Aの第1の部分14aと第2の端部13BとのY方向の離間距離に応じて、第1の接合部21に対してY方向にずれて位置している。第2の接合部22は、ベース板2における主面2aの角部2cを構成する2つの辺のうち、X方向に沿う辺に対して近接配置されている。
The second
第2の接合部22では、第2の端部13Bの先端部分において露出する導体9が、第1の接合部材24を介して外部電極6Bに接合されている。これにより、ベース板2と配線部材4とは、互いに電気的に接続されている。上述したように、外部電極6Aとベース板2とは、互いに電気的に接続されている。したがって、外部電極6Aは、ベース板2を介して配線部材4と電気的に接続されている。第2の接合部材25としては、例えばハンダ、導電性ペースト/シート、異方導電性ペースト/シートなどを用いることができる。
In the second
第3の接合部23は、ベース板2の主面2a上に設けられている。第3の接合部23は、第1の接合部21及び第2の接合部22よりも配線部材4の基端側に位置している。具体的には、第3の接合部23は、ベース板2における主面2aの角部2cを構成する2つの辺のうち、Y方向に沿う辺に対して近接配置されている。
The third
第3の接合部23では、配線部材4における第1の端部13Aの第1の部分14aと、第1の部分14aに繋がっている第2の端部13Bの基端部分13Baとが第3の接合部材26を介してベース板2に接合されている。第3の接合部23の位置では、配線部材4における導体9がカバー材10に内包されており、カバー材10が第3の接合部材26を介してベース板2の主面2aに接合されている。これにより、配線部材4において、第1の接合部21及び第2の接合部22よりも基端側となる部分がベース板2に対して物理的に接続されている。第3の接合部材26としては、例えば反応型フェノール樹脂とニトリルゴムを主成分にした被導電性のホットメルト樹脂を用いることができる。
In the third
続いて、上述した押圧センサ1における圧電素子3の構成について、更に詳細に説明する。
Next, the configuration of the
図2は、図1に示した押圧センサの側面図である。図3は、その平面図である。図2及び図3では、説明の便宜上、配線部材4及び第1の接合部21~第3の接合部23を除いてベース板2及び圧電素子3を示している。
2 is a side view of the pressure sensor shown in FIG. 1. FIG. FIG. 3 is a plan view thereof. 2 and 3 show the
図2及び図3に示すように、押圧センサ1における圧電素子3では、外部電極6Aの面積と、外部電極6Bの面積とが互いに異なっている。より具体的には、本実施形態では、外部電極6Aは、当該主面5aの全面にわたって設けられており、外部電極6Bの面積は、外部電極6Aの面積よりも小さくなっている。外部電極6Aの面積は、主面5aの面積と等しくなっている。一方、外部電極6Bの平面形状は、主面5bよりも一回り小さい正方形状となっている。外部電極6Bの面積は、主面5bの面積よりも小さくなっている。主面5aの面積と主面5bの面積とは、互いに等しくなっており、外部電極6Bの面積は、主面5aの面積よりも小さくなっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
圧電素子3では、外部電極6Bの縁部は、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5bの縁部よりも内側に位置している。本実施形態では、上述したように、外部電極6Bは、圧電素体5の主面5bよりも一回り小さい正方形状をなしており、外部電極6Bの中心は、主面5bの中心と一致している。これにより、外部電極6Bの四辺のそれぞれは、Z方向から見た場合に、主面5bの四辺のそれぞれよりも内側に位置した状態となっている。
In the
また、圧電素子3では、外部電極6Aの面積及び外部電極6Bの面積のうち大きい方の面積を100%とした場合に、小さい方の面積が40%~60%となっている。本実施形態では、外部電極6Aの面積を100%とした場合に、外部電極6Bの面積が外部電極6Aの面積の40%~60%となっている。外部電極6Bの面積は、外部電極6Aの面積の55%~60%となっていてもよい。
In the
外部電極6Bは、図4(a)及び図4(b)に示すように、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5bの縁部まで引き出された引出部Kを有していてもよい。図4(a)の例では、外部電極6Bの四辺のうち、互いに対向する二辺の中央に引出部Kがそれぞれ設けられている。図4(b)の例では、外部電極6Bの四辺の中央に引出部Kがそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), the
引出部Kは、当該二辺の中央から圧電素体5の主面5bの縁部まで延びている。引出部Kの幅(引き出し方向と直交する方向の幅)は、特に制限はないが、例えば圧電素体5の主面5bの縁部と外部電極6Bの縁部との離間間隔と同程度以下となっていてもよい。図4(a)及び図4(b)の例では、引出部Kの平面形状は、直線状となっているが、これに限られず、湾曲状などの他の形状であってもよい。引出部Kには、上述した第1の接合部材24は配置されていない。すなわち、引出部Kは、圧電素子3と配線部材4との電気的な接続には、直接関与していない状態となっている。なお、外部電極6Bに引出部Kを設ける場合、上述した外部電極6Bの面積には、引出部Kの面積が含まれ得る。
The lead portion K extends from the center of the two sides to the edge of the
以上説明したように、押圧センサ1では、圧電素体5の主面5a側に配置された外部電極6Aの面積と、圧電素体5の主面5b側に配置された外部電極6Bの面積とが互いに異なっている。これにより、押圧センサ1では、外部電極6Aの面積と外部電極6Bの面積とを等しくする場合に比べて、外部電極6A、6B間で発生する圧電素子3の静電容量の調整が容易となる。圧電素子3の静電容量が過剰とならないように外部電極6Aの面積と外部電極6Bの面積とを調整することで、ベース板2に生じた応力に基づく所望の起電力を圧電素子3から得ることができる。これにより、押圧センサとしての検出の精度を十分に担保することが可能となる。
As described above, in the
本実施形態では、外部電極6Aは、圧電素体5の主面5aの全体に配置されており、外部電極6Bの面積は、外部電極6Aの面積に比べて小さくなっている。このような構成によれば、ベース板2と外部電極6Aとの間の接続抵抗を低減できるため、圧電素子3で生じた起電力を外部に出力する際のロスを抑えることができる。
In this embodiment, the
本実施形態では、外部電極6Bの縁部は、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5bの縁部よりも内側に位置していてもよい。このような構成によれば、外部電極6Bの縁部が圧電素体5の主面5bの縁部よりも内側にシフトしている分、外部電極6Bの縁部が他の配線部分などに対して短絡してしまうことを抑制できる。例えば本実施形態では、外部電極6Bの縁部が配線部材4の第2の端部13Bの導体9とベース板2の主面2aとを電気的に接続する第2の接合部材25に接触してしまうことを抑制できる。
In this embodiment, the edge of the
外部電極6Bは、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5bの縁部まで引き出された引出部Kを有していてもよい。圧電素体5の製造工程には、ベース板2を設ける前の工程として、圧電素体5に所定の電圧を付与して圧電性を付与する分極工程が含まれる。当該工程において、外部電極6Bに引出部Kを設けておくことで、引出部Kを介して複数の圧電素体5同士を電気的に接続することが可能となり、分極工程の作業性を向上できる。
The
本実施形態では、図4(a)及び図4(b)に示したように、引出部Kの幅は、圧電素体5の主面5bの縁部と外部電極6Bの縁部との離間間隔と同程度以下となっている。このため、引出部Kの面積が過剰にならず、圧電素子3の静電容量の調整への影響を抑えることができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 4(a) and 4(b), the width of the lead portion K is determined by the distance between the edge of the
本実施形態では、外部電極6Aの面積を100%とした場合に、外部電極6Bの面積が40%~60%となっている。外部電極6Bの面積が外部電極6Aの面積の40%以上であることで、配線部材4或いはベース板2(ここでは配線部材4)への電気的な接続に十分な面積を確保することが可能となる。外部電極6Bの面積が外部電極6Aの面積の60%以下であることで、圧電素子3の静電容量が過剰となることが抑えられ、ベース板2の歪みを効率的に圧電素子3の起電力に変換することが可能となる。
In this embodiment, when the area of the
本実施形態では、外部電極6Aは、接着材8によってベース板2の主面2aに固定されていてもよい。ベース板2に対して外部電極6Aを接着材8によってしっかりと固定することで、ベース板2と外部電極6Aとの間の接続抵抗を一層確実に低減できる。したがって、圧電素子3で生じた起電力を外部に出力する際のロスを抑えることができる。
In this embodiment, the
図5は、変形例に係る押圧センサを示す側面図である。図5では、図2と同様に、説明の便宜上、配線部材4及び第1の接合部21~第3の接合部23を除いてベース板2及び圧電素子3を示している。図5に示すように、変形例に係る押圧センサ31は、外部電極6A,6Bの構成が上記実施形態と異なっている。他の構成は、上記実施形態と同様となっている。
FIG. 5 is a side view showing a pressure sensor according to a modification. As in FIG. 2, FIG. 5 shows the
具体的には、押圧センサ31では、外部電極6Bは、圧電素体5の主面5bの全体に配置されており、外部電極6Aの面積は、外部電極6Bの面積に比べて小さくなっている。
Specifically, in the
このような押圧センサ31においても、外部電極6Aの面積と外部電極6Bの面積とを等しくする場合に比べて、外部電極6A、6B間で発生する圧電素子3の静電容量の調整が容易となる。したがって、ベース板2に生じた応力に基づく所望の起電力を圧電素子3から得ることができ、押圧センサとしての検出の精度を十分に担保することが可能となる。また、押圧センサ31の構成によれば、ベース板2に対する外部電極6Aの接合面積が抑えられるため、外部電極6Aの接合によるベース板2への拘束力を緩和できる。したがって、付与された応力に対してベース板2の歪みを十分に生じさせることができ、圧電素子3で生じる起電力を高めることができる。
In such a
また、押圧センサ31では、外部電極6Aの縁部は、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5aの縁部よりも内側に位置している。本変形例においても、上記実施形態と同様に、外部電極6Aは、圧電素体5の主面5aよりも一回り小さい正方形状をなしており、外部電極6Aの中心は、主面5aの中心と一致している。これにより、外部電極6Aの四辺のそれぞれは、Z方向から見た場合に、主面5aの四辺のそれぞれよりも内側に位置した状態となっている。
In the
このような構成によれば、外部電極6Aの縁部が圧電素体5の主面5aの縁部よりも内側にシフトしている分、外部電極6Aの縁部が他の配線部分などに対して短絡してしまうことを抑制できる。例えば本変形例では、外部電極6Aの縁部が配線部材4の第2の端部13Bの導体9とベース板2の主面2aとを電気的に接続する第2の接合部材25に接触してしまうことを抑制できる。
According to such a configuration, the edge of the
本変形例では、外部電極6Bの面積を100%とした場合に、外部電極6Aの面積が外部電極6Bの面積の40%~60%となっている。外部電極6Aの面積は、外部電極6Bの面積の55%~60%となっていてもよい。外部電極6Aの面積が外部電極6Bの面積の40%以上であることで、配線部材4或いはベース板2(ここでベース板2)への電気的な接続に十分な面積を確保することが可能となる。外部電極6Aの面積が外部電極6Aの面積の60%以下であることで、圧電素子3の静電容量が過剰となることが抑えられ、ベース板2の歪みを効率的に圧電素子3の起電力に変換することが可能となる。
In this modification, when the area of the
外部電極6Aは、図6(a)及び図6(b)に示すように、ベース板2の主面2aの法線方向(Z方向)から見て、圧電素体5の主面5bの縁部まで引き出された引出部Kを有していてもよい。図6(a)の例では、外部電極6Bの四辺のうち、互いに対向する二辺の中央に引出部Kがそれぞれ設けられている。図6(b)の例では、外部電極6Bの四辺の中央に引出部Kがそれぞれ設けられている。引出部Kの形状については、上記実施形態と同様となっている。外部電極6Aに引出部Kを設けておくことで、ベース板2を設ける前の分極工程において引出部Kを介して複数の圧電素体5同士を電気的に接続することが可能となり、分極工程の作業性を向上できる。
As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the
本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ベース板2及び圧電素子3の平面形状が正方形状となっているが、これらの平面形状は、長方形状などの他の矩形状であってもよく、円形状、楕円形状、三角形状などの他の形状であってもよい。
The present disclosure is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, the planar shapes of the
上記実施形態では、配線部材4が第1の端部13Aと第2の端部13Bとに分岐しているが、配線部材4は、必ずしもこのような分岐部分を有していなくてもよい。例えば第1の接合部21に向かう導体9と、第2の接合部22に向かう導体9とが分岐し、カバー材10がこれらの導体9,9を一体に覆う構成となっていてもよい。また、上記実施形態では、第1の接合部21は、Z方向から見た場合に、ベース板2の中心からずれて位置しているが、第1の接合部21の少なくともがベース板2の中心と重なっていてもよい。
Although the
1,31…押圧センサ、2…ベース板、2a…主面、3…圧電素子、5…圧電素体、5a…主面(第1面)、5b…主面(第2面)、6A…外部電極(第1の外部電極)、6B…外部電極(第2の外部電極)、8…接着材、K…引出部。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ベース板の主面に配置され、前記ベース板に付加される応力に応じた起電力を発生させる圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、
圧電素体と、
前記圧電素体の第1面側に配置され、前記ベース板の前記主面に接合された第1の外部電極と、
前記圧電素体の第2面側に配置され、前記ベース板の前記主面と反対側に位置する第2の外部電極と、を有し、
前記第1の外部電極の面積と、前記第2の外部電極の面積とが互いに異なっている押圧センサ。 a base plate;
a piezoelectric element arranged on the main surface of the base plate and generating an electromotive force corresponding to the stress applied to the base plate;
The piezoelectric element is
a piezoelectric element;
a first external electrode arranged on the first surface side of the piezoelectric element and joined to the main surface of the base plate;
a second external electrode disposed on the second surface side of the piezoelectric element and located on the side opposite to the main surface of the base plate;
A pressure sensor in which the area of the first external electrode and the area of the second external electrode are different from each other.
前記第2の外部電極の面積は、前記第1の外部電極の面積に比べて小さくなっている請求項1記載の押圧センサ。 The first external electrode is arranged over the entire first surface of the piezoelectric element,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the area of said second external electrode is smaller than the area of said first external electrode.
前記第1の外部電極の面積は、前記第2の外部電極の面積に比べて小さくなっている請求項1記載の押圧センサ。 The second external electrode is arranged on the entire second surface of the piezoelectric body,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the area of said first external electrode is smaller than the area of said second external electrode.
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the first external electrode is fixed to the main surface of the base plate with an adhesive.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2021169709A JP2023059607A (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | pressure sensor |
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2022
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