(57)【要約】圧電振動センサ１００は、平板状の圧電素子１１０と、平板状の素子保持板１２０と、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂとを備える。圧電素子１１０は少なくとも１つの面上に電極が設けられる。圧電素子１１０は１つの面上に圧電素子１１０が接合される。第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂは圧電素子１１０および素子保持板１２０を支持する。振動膜２１０は第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの間での素子保持板１２０の振動を促進する。そして、素子保持板１２０は、振動膜２１０を介して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各々に接合される。これにより、広範な周波数範囲で高い感度を得ることができるとともに、外部からの衝撃に対して耐えることがきる。
2013150731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの面上に電極が設けられた平板状の圧電素子と、
１つの面上に前記圧電素子が接合された平板状の素子保持板と、
前記圧電素子および前記素子保持板を支持する第１および第２の支持体と、
前記第１および前記第２の支持体の間での前記素子保持板の振動を促進する振動膜を備え、
前記素子保持板は、前記振動膜を介して、前記第１および第２の支持体の各々に接合された圧電振動センサ。
【請求項２】
前記振動膜は、
前記素子保持板と前記第１の支持体を接合する第１の振動膜と、
前記素子保持板と前記第２の支持体を接合する第２の振動膜とからなる請求項１に記載の圧電振動センサ。
【請求項３】
前記第１および第２の振動膜のうち、前記素子保持板と前記支持体の間に形成された開口部を備えた請求項１または２に記載の圧電振動センサ。
【請求項４】
前記第１の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第１の支持体の間で、前記第１の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に広くなるように設定されるとともに、
前記第２の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第２の支持体の間で、前記第２の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に広くなるように設定された請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
【請求項５】
前記第１の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第１の支持体の間で、前記第１の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に狭くなるように設定されるとともに、
前記第２の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第２の支持体の間で、前記第２の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に狭くなるように設定された請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
【請求項６】
前記振動膜は、前記素子保持板の前記１つの面の方向に延在する請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
【請求項７】
前記振動膜は、前記素子保持板と前記第１および第２の支持体の間で挟持された請求項６に記載の圧電振動センサ。
【請求項８】
前記振動膜は、前記素子保持板の厚み方向に延在する請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
【請求項９】
前記振動膜は、前記素子保持板と前記支持体の間に湾曲するように設けられた請求項８に記載の圧電振動センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電振動センサを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動センサに関し、平板状の圧電素子が接合された素子保持板を支持体で支持するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）など小型で携帯性に優れた電子機器が広く普及しつつある。このような電子機器は、ネットワークシステムやソフトウェアの進展に伴って広く応用されて高機能化しており、利用者側の利便性も高まってきている。【０００３】
このような電子機器の普及拡大や高機能化に伴って、電子機器に内蔵される電子デバイスも高機能化が要求されてきている。圧電振動センサも、高機能化が要求される電子デバイスの１つである。【０００４】
特許文献１には、本発明に関連する圧電振動センサの一例として、片持ち梁構造の加速度センサが開示されている。この加速度センサは、長手方向に振動する振動子と、この振動子の一端側を支持する支持部材とから構成されている。振動子は、複数の圧電素子が短冊状の振動体の両面に接合されて構成されている。振動子と支持部材は、一体的に形成されている。支持部材は、プリント配線基板などに固着される。ここで、振動子の振動体にその主面に直交する方向に加速度を加えることにより、振動体が圧電素子とともに撓み、この撓みに応じた電圧が圧電素子に発生する。そして、圧電素子に発生する電圧を測定することにより、加速度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３２２８０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、振動子の振動体と支持部材は一体的に形成されている。このため、圧電振動センサに外力を加えても、振動体には支持部材との境界部で十分なモーメントが発生せず、振動体の主面に直交する方向の変位が不十分となることがあった。この結果、特に低い周波数で十分な感度を得ることができない場合があるという問題があった。【０００７】
また、圧電振動センサに外部から大きな衝撃が加わった場合、振動子の振動体がその主面に直交する方向に大きく変位する。このとき、振動体が、圧電振動センサの支持部材が固着されたプリント配線基板や、圧電振動センサを収容する筐体などに接触することがあった。このため、振動子の振動体が破損し、圧電振動センサが故障してしまうという問題があった。【０００８】
このように、特許文献１に記載の技術では、共振周波数よりも低い周波数で十分な感度を得られない場合があるという問題と、外部から大きな衝撃を受けると故障してしまう場合があるという問題があった。【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、広範な周波数範囲で高い感度を得ることができるとともに、外部からの衝撃に対して耐えることができる圧電振動センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電振動センサは、少なくとも１つの面上に電極が設けられた平板状の圧電素子と、１つの面上に前記圧電素子が接合された平板状の素子保持板と、前記圧電素子および前記素子保持板を支持する第１および第２の支持体と、前記第１および前記第２の支持体の間での前記素子保持板の振動を促進する振動膜を備え、前記素子保持板は、前記振動膜を介して、前記第１および第２の支持体の各々に接合されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる圧電振動センサによれば、広範な周波数範囲で高い感度を得ることができるとともに、外部からの衝撃に対しても耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの構成を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの正面図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの上面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における電子機器を模式的に示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの動作を説明するための図である。
【図５】図５は、関連する圧電振動センサの動作を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの感度と、関連する圧電振動センサの感度と周波数の関係を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の構成を示す図である。図７（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の正面図である。図７（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の上面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の構成を示す図である。図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の正面図である。図８（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の上面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第３の変形例の構成を示す図である。図９（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第３の変形例の正面図である。図９（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第３の変形例の上面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第４の変形例の構成を示す図である。図１０（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第４の変形例の正面図である。図１０（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第４の変形例の上面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第５の変形例の構成を示す図である。図１１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第５の変形例の正面図である。図１１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第５の変形例の上面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態における圧電振動センサの構成を示す図である。図１２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における圧電振動センサの正面図である。図１２（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態における圧電振動センサの上面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの構成を示す図である。図１３（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの正面図である。図１３（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの上面図である。図１３（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の構成を示す図である。図１４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の正面図である。図１４（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の上面図である。図１４（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例の側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の構成を示す図である。図１５（ａ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の正面図である。図１５（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の上面図である。図１５（ｃ）は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例の側面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの実施例の寸法関係を説明するための図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの実施例の寸法関係を説明するための図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１および第３の実施の形態における圧電振動センサの実施例の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００の構成について、図に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、圧電振動センサ１００の構成を示す図である。図１（ａ）は、圧電振動センサ１００の正面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢視Ａを示す図であって、圧電振動センサ１００の上面図である。図２は、圧電振動センサ１００の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１（ａ）、図１（ｂ）および図２に示されるように、圧電振動センサ１００は、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１４０ａと、第２の振動膜１４０ｂとを含んで構成されている。なお、圧電素子１１０と素子保持板１２０の接合体は、振動子３００を構成する。
【００１６】
圧電素子１１０は、平板状であって、その少なくとも１つの面上に電極１１２が設けられている。この圧電素子１１０の基材１１１は、例えばセラミックなどにより形成される。また、電極１１２の材料には、例えば銀や銅や金やこれらの合金などが用いられる。図１（ａ）および図１（ｂ）では、電極１１２が素材１１１の１つの面に形成された例を示す。一方、前述の通り、電極１１２が、基材１１１の１つの面上とこれと反対側の面上に形成されてもよい。
【００１７】
素子保持板１２０は、平板状であって、その１つの面上に圧電素子１１０が接合されている。素子保持板１２０は弾性を有する。また、素子保持板１２０の材料には、例えば４２アロイ（Alloy）やニッケルや鉄やクロムやリン青銅のような金属や、例えばセラミックや石英や水晶などの非金属を用いることができる。なお、素子保持板１２０は、シムとも呼ばれる。図１（ａ）および図１（ｂ）では、圧電素子１１０が素子保持板１２０の１つの面に接合された例を示す。このように構成された振動子は、ユニモルフ構造の振動子と呼ばれる。一方、圧電素子１１０が、素子保持板１２０の１つの面上とこれと反対側の面上に形成されてもよい。このような振動子は、バイモルフ構造の振動子と呼ばれる。
【００１８】
第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂは、圧電素子１１０および素子保持板１２０を支持する。より具体的には、第１の支持体１３０ａは、後述の第１の振動膜１４０ａを介して、１つの面上に圧電素子１１０が接合された素子保持板１２０の一端部側を支持する。逆に、第２の支持体１３０ｂは、後述の第２の振動膜１４０ｂを介して、１つの面上に圧電素子１１０が接合された素子保持板１２０の他端部側を支持する。第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂには、剛性材料が用いられる。
【００１９】
第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの材料には、例えばＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン(Acrylonitrile Butadiene Styrene)共重合合成樹脂）などの樹脂成型品や金属鋳造品などを用いることができる。
【００２０】
第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂは、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの間で、素子保持板１２０の振動を促進する機能を有する。したがって、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの材料には、素子保持板１２０よりも剛性が低く、外力を加えると、反力を生じるような素材を用いることができる。第１および第２の振動膜の材料には、例えば、ポリエチレンテフタレート（Polyethylene terephthalate（以下、単にＰＥＴと称する。））や、ポリウレタン（Polyurethane）などを用いることができる。
【００２１】
第１の振動膜１４０ａは、第１の支持体１３０ａと素子保持板１２０の一端部側とを、接合する。第１の振動膜１４０ａと第１の支持体１３０ａは、接着剤などにより接合されている。第１の振動膜１４０ａと素子保持板１２０の一端部側は、接着剤などにより接合されている。
【００２２】
第２の振動膜１４０ｂは、第２の支持体１３０ｂと素子保持板１２０の他端部側とを、接合する。第２の振動膜１４０ｂと第２の支持体１３０ｂは、接着剤などにより接合されている。第２の振動膜１４０ｂと素子保持板１２０の他端部側は、接着剤などにより接合されている。
【００２３】
すなわち、素子保持板１２０の両端部側は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに接合されている。
【００２４】
次に、圧電振動センサ１００を搭載した電子機器１０００の構成について、図に基づいて説明する。
【００２５】
図３は、電子機器１０００の構成を模式的に示す模式図である。図３に示されるように、電子機器１０００は、圧電振動センサ１００と、筐体４００とを含んで構成される。圧電振動センサ１００の構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図２を用いて説明した通りである。図３に示されるように、筐体４００は、圧電振動センサ１００を搭載する。また、筐体４００は、圧電振動センサ１００以外にも、様々な電子部品（不図示）を搭載する。なお、筐体４００の材料には、例えば、ステンレスやアルミニウムやマグネシウムなどの金属鋳造品または金属板や、ＡＢＳ樹脂やポリカーボネート樹脂などの樹脂成型品を用いることができる。
【００２６】
図３に示されるように、圧電振動センサ１００の第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂは、筐体４００に接着剤などにより固定される。なお、図示しないが、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂは、筐体４００に固定された保持部材（例えば、電子基板など）に固定されてもよい。
【００２７】
次に、圧電振動センサ１００の動作について図に基づいて説明する。ここでは、本発明に関連する圧電振動センサ９００の動作と比較しながら、本発明の圧電振動センサ１００の動作を説明する。
【００２８】
図４は、圧電振動センサ１００の動作を説明するための図であって、圧電素子１１０が接合された素子保持板１２０が、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂから離れる方向に撓んだ状態を示す。
【００２９】
図５は、関連する圧電振動センサ９００の動作を説明するための図であって、圧電素子１００が接合された素子保持板１２０が、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂから離れる方向に撓んだ状態を示す。
【００３０】
図５に示されるように、一般的な圧電振動センサ９００は、本発明の圧電振動センサ１００と比較して、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを有していない。すなわち、圧電振動センサ９００では、圧電素子１１０が接合された素子保持板１２０が直接、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに接合されている。
【００３１】
図６は、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００の感度と、関連する圧電振動センサ９００の感度と、周波数の関係を模式的に示す図である。
【００３２】
図６では、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ９００の感度（Ｖ／［ｍ／ｓ２］）を縦軸に設定し、周波数（Ｈｚ）を横軸に設定した。ここでは、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ９００の感度は、振動加速度１ｍ／ｓ２あたりのセンサ出力電圧（Ｖ／［ｍ／ｓ２］）と定義する。
【００３３】
図６に示されるように、関連する圧電振動センサ９００の感度は、当該圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑ付近で、著しく大きくなる。すなわち、圧電振動センサ９００では、圧電素子１１０と素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａと第２の支持体１３０ｂとによって定まる機械共振周波数ｆｑと、被測定対象物の振動周波数とが、一致することにより、機械共振が生じる。この共振により、素子保持板１２０が大きく変形するため、圧電振動センサ９００の感度も著しく大きくなった。
【００３４】
このように、感度が著しく大きい状態で圧電振動センサ９００を使用すると、当該圧電振動センサ９００自体に破損が生じてしまうおそれがあった。このため、一般的な圧電振動センサ９００を用いる場合、機械共振周波数ｆｑ付近を避けて、当該機械共振周波数ｆｑよりも十分に小さい周波数範囲で使用することが求められていた。
【００３５】
これに対して、本発明の圧電振動センサ１００の感度は、図６に示されるように、当該圧電振動センサ１００の機械共振周波数ｆｐ付近で、圧電振動センサ９００ほどに大きくならない一方で、圧電振動センサ９００よりも高い感度を示す周波数範囲が広範囲に拡大している。
【００３６】
ここで、被測定対象物の振動周波数が圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑに対して十分に小さい場合（図６の領域Ｉ）と、被測定対象物の振動周波数が圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑに近い場合（図６の領域ＩＩ）について、本発明の圧電振動センサ１００の動作を、関連する圧電振動センサ９００の動作を対比しながら説明する。
【００３７】
まず、領域Ｉについて説明する。
【００３８】
図５に示されるように、一般的な圧電振動センサ９００では、圧電素子１１０が接合された素子保持板１２０が直接、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに接合されている。このため、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの接合部付近では、図５に示されるように、素子保持板１２０は、自由に回転できず、撓み角θｑも小さい。同様に、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの接合部付近では、素子保持板１２０は、自由に回転できず、撓み角θｑも小さい。
【００３９】
この結果、圧電素子１１２の面方向の変位量δｑも小さくなる。このため、図６に示されるように、圧電振動センサ９００は、領域Ｉで、高い感度を得ることができなかった。
【００４０】
一方、本発明の圧電振動センサ１００では、前述の通り、素子保持板１２０の両端部側は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに接合されている。また、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂは、素子保持板１２０と比較して剛性が小さい材料で構成されており、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの間で、素子保持板１２０の振動を促進する機能を有する。
【００４１】
したがって、第１の振動膜１４０ａと第１の支持体１３０ａの接合部付近では、図４に示されるように、素子保持板１２０は、圧電振動センサ９００と比較して、自由に回転でき、撓み角θｐも大きい。同様に、第２の振動膜１４０ｂと第２の支持体１３０ｂの接合部付近では、素子保持板１２０は、圧電振動センサ９００と比較して、自由に回転でき、撓み角θｐも大きい。このように、素子保持板１２０の両端部側が自由に回転できる構造を設けたことによって、素子保持板１２０の屈曲運動が促進される。
【００４２】
この結果、圧電素子１１２の面方向の変位量δｐも、圧電振動センサ９００と比して大きくなる。したがって、図６に示されるように、圧電振動センサ１００は、圧電振動センサ９００と比して、高い感度を得ることができる。
【００４３】
次に、領域ＩＩについて説明する。
【００４４】
図６に示されるように、関連する圧電振動センサ９００の感度は、当該圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑ付近で、鋭いピークを有する。これは、圧電素子１１０および素子保持板１２０からなる構造の振動減衰性が小さくなるため、圧電素子１１０および素子保持板１２０が大きく変形することを示す。また、換言すれば、振動の増幅度を示す共振先鋭度Ｑが大きくなるため、圧電素子１１０および素子保持板１２０が大きく変形することを示す。
【００４５】
一方、本発明の圧電振動センサ１００では、素子保持板１２０は、前述の通り、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂに接合されているので、共振先鋭度Ｑは圧電振動センサ９００と比して小さい。これは、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂが、素子保持板１２０と比較して剛性が小さい材料で構成されており、振動減衰能を有することによる。
【００４６】
通常、素子保持板１２０が屈曲運動をする場合、当該素子保持板１２０の変形応力は支持点（第１の支持部１３０ａと第１の振動膜１４０ａの接合部と、第２の支持部１３０ｂと第２の振動膜１４０ｂの接合部）近傍に集中する。機械共振発生時の前記支持点における素子保持板１２０の大きな変形は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの振動減衰能によって、抑制される。
【００４７】
このため、結果として、圧電振動センサ１００の共振先鋭度Ｑが圧電振動センサ９００と比較して小さくなる。加えて、図６に示されるように、圧電振動センサ１００の感度は、機械共振周波数ｆｐ近傍で急激に変化しない。このことは、圧電振動センサ１００は、圧電振動センサ９００と比べて広域な周波数範囲で使用可能なことを意味する。
【００４８】
また、ここで、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ９００が落下衝撃を受けた場合を考える。この場合、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ９００には、広帯域の周波数範囲で振動が加わる。
【００４９】
圧電振動センサ９００に落下衝撃を加えた場合、大きな共振先鋭度Qの機械共振が励起されて、圧電素子１１０や素子保持板１２０が大きく変形する。このため、これら圧電素子１１０や素子保持板１２０が、圧電振動センサ９００を収容する筐体（図５にて不図示）の内壁などに衝突するおそれが生じる。この結果、圧電振動センサ９００が故障するおそれがあった。
【００５０】
圧電振動センサ９００では、素子保持板１２０と第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂとが直接的に接合されている。このため、圧電振動センサ９００に落下衝撃を加えた場合、支持点（素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの接合部、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの接合部）に集中する変形応力が減衰せず、圧電素子１１０に伝播する可能性が高かった。したがって、圧電素子９００に落下衝撃を加えると、圧電振動センサ９００が破損に至る可能性が高い。
【００５１】
一方、圧電振動センサ１００に落下衝撃を加えた場合、機械共振の共振先鋭度Ｑは、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの振動減減衰能によって、小さくなる。このため、これら圧電素子１１０や素子保持板１２０が、圧電振動センサ1００を収容する筐体４００の内壁などに衝突することが抑制される。この結果、圧電振動センサ1００が故障する危険性が著しく低くなる。
【００５２】
圧電振動センサ1００では、素子保持板１２０は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂに接合されている。このため、圧電振動センサ1００に落下衝撃を加えた場合、支持点（第１の振動膜１４０ａと第１の支持体１３０ａの接合部、第２の振動膜１４０ｂと第２の支持体１３０ｂの接合部）に集中する変形応力のうち、圧電素子１１０および素子保持板１２０に伝播する変形応力量が、圧電振動センサ９００と比較して小さい。したがって、圧電素子１００に落下衝撃を加えた際に、圧電振動センサ１００が破損に至ることが防止される。
【００５３】
このように、本発明にかかる圧電振動センサ１００によれば、広範な周波数範囲（図６に示される領域Ｉおよび領域ＩＩの双方）で高い感度を得ることができるとともに、外部からの衝撃に対しても耐えることができる。
【００５４】
以上の通り、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００は、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１４０ａと、第２の振動膜１４０ｂとを備えている。
【００５５】
圧電素子１１０は、平板状であって、少なくとも１つの面上に電極１１２が設けられている。素子保持板１２０は、平板状であって、１つの面上に圧電素子１１０が接合されている。第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂは、圧電素子１１０および素子保持板１２０を支持する。振動膜（第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂ）は、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの間での素子保持板１２０の振動を促進する。そして、素子保持板１２０は、振動膜（第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂ）を介して、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの各々に接合されている。
【００５６】
このように、素子保持板１２０は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに接合されている。また、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂは、素子保持板１２０と比較して剛性が小さい材料で構成されており、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの間で、素子保持板１２０の振動を促進する機能を有する。
【００５７】
被測定対象物の振動周波数が圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑに対して十分に小さい場合（図６の領域Ｉ）については、次の通りである。すなわち、第１の振動膜１４０ａと第１の支持体１３０ａの接合部付近では、素子保持板１２０は、圧電振動センサ９００と比して、自由に回転できる。同様に、第２の振動膜１４０ｂと第２の支持体１３０ｂの接合部付近では、素子保持板１２０は、自由に回転できる。このように、素子保持板１２０の両端部側が自由に回転できる構造によって、素子保持板１２０の屈曲運動が促進される。この結果、圧電素子１１２の面方向の変位量も、圧電振動センサ９００と比して大きくなる。
【００５８】
また、被測定対象物の振動周波数が圧電振動センサ９００の機械共振周波数ｆｑに近い場合（図６の領域ＩＩ）については、次の通りである。すなわち、圧電振動センサ１００では、素子保持板１２０は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂに接合されているので、共振先鋭度Ｑは圧電振動センサ９００と比して小さい。これは、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂが、素子保持板１２０と比較して剛性が小さい材料で構成されており、振動減衰能を有することによる。通常、素子保持板１２０が屈曲運動をする場合、当該素子保持板１２０の変形応力は支持点（第１の支持体１３０ａと第１の振動膜１４０ａの接合部と、第２の支持体１３０ｂと第２の振動膜１４０ｂの接合部）近傍に集中する。機械共振発生時の前記支持点における素子保持板１２０の大きな変形は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの振動減衰能によって、抑制される。このため、結果として、圧電振動センサ１００の共振先鋭度Ｑが圧電振動センサ９００と比して小さくなる。加えて、圧電振動センサ１００の感度は、機械共振周波数ｆｐ近傍で急激に変化しない。このことは、圧電振動センサ１００は、圧電振動センサ９００と比して広域な周波数範囲で使用可能なことを意味する。
【００５９】
また、圧電振動センサ１００に落下衝撃を加えた場合、機械共振の共振先鋭度Ｑは、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの振動減減衰能によって、小さくなる。このため、これら圧電素子１１０や素子保持板１２０が、圧電振動センサ1００を収容する筐体（不図示）の内壁などに衝突することが抑制される。この結果、圧電振動センサ1００が故障する危険性が著しく低くなる。圧電振動センサ1００では、素子保持板１２０は、第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂを介して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂに接合されている。このため、圧電振動センサ1００に落下衝撃を加えた場合、支持点（第１の振動膜１４０ａと第１の支持体１３０ａの接合部、第２の振動膜１４０ｂと第２の支持体１３０ｂの接合部）に集中する変形応力のうち、圧電素子１１０および素子保持板１２０に伝播する変形応力量が、圧電振動センサ９００と比して小さい。したがって、圧電素子１００に落下衝撃を加えた際に、圧電振動センサ１００が破損に至ることが防止される。
【００６０】
以上のことから、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００によれば、広範な周波数範囲で高い感度を得ることができるとともに、外部からの衝撃に対して耐えることができる。
【００６１】
また、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００において、振動膜は、第１の振動膜１４０ａと、第２の振動膜１４０ｂとからなる。第１の振動膜１４０ａは、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａを接合する。また、第２の振動膜１４０ｂは、素子保持板１３０ｂと第２の支持体１３０ｂを接合する。
【００６２】
このように、第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂに対応して、振動膜を２つに分けることもできる。
【００６３】
また、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００において、振動膜（第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂ）は、素子保持板１２０の１つの面の方向に延在する。これにより、圧電振動センサ１００の高さを低く抑えることができる。
【００６４】
また、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００において、振動膜（第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂ）は、ポリエチレンテフタレートにより構成されている。これにより、簡単な材料で振動膜を構成することができる。
【００６５】
また、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００において、圧電素子１１０が、素子保持板１２０のうち、１つの面上と、１つの面に対して反対側の面上との双方に、接合されてもよい。これによっても、前述した効果と同等の効果を奏する。
【００６６】
また、本発明の第１の実施の形態における電子機器１０００は、前述した圧電振動センサ１００を備えている。このように、圧電振動センサ１００を電子機器１０００の一部として使用することができる。これによっても、前述した圧電振動センサ１００が奏する効果と同様の効果を奏することができる。
【００６７】
［第１の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第1の変形例１００Ａについて、図に基づいて説明する。
【００６８】
図７は、圧電振動センサ１００Ａの構成を示す図である。図７（ａ）は、圧電振動センサ１００Ａの正面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の矢視Ｂを示す図であって、圧電振動センサ１００Ａの上面図である。なお、図７では、図１〜図６で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図６に示した符号と同等の符号を付している。
【００６９】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ａは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１５０ａと、第２の振動膜１５０ｂとを含んで構成されている。
【００７０】
ここで、図１と、図７とを対比する。図７（ｂ）に示される第１の振動膜１５０ａおよび第２の振動膜１５０ｂは、図１（ｂ）に示される第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂと比較して、振動膜の幅（図１（ｂ）および図７（ｂ）において紙面上下方向における振動膜の長さを指す。）が小さい。
【００７１】
断面２次モーメントＩは、断面が長方形の場合に幅ｂ、高さｈとすると、Ｉ＝（ｂｈ３）／１２で表される。したがって、断面２次モーメントは、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す第１の振動膜１５０ａおよび第２の振動膜１５０ｂの方が、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂよりも、小さくなる。
【００７２】
断面２次モーメントが小さいほど、梁の撓み角や撓みは大きくなることが、一般的に知られている。このため、圧電振動センサ１００Ａでは、圧電振動センサ１００と比較して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂと第１および第２の振動膜１５０ａ、１５０ｂのそれぞれの接合部における撓み角も、素子保持板１２０の中心部の撓みも大きくなる。これにより、圧電振動センサ１００Ａによれば、圧電振動センサ１００と比較して、高い感度を得ることができる。
【００７３】
［第２の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例１００Ｂについて、図に基づいて説明する。
【００７４】
図８は、圧電振動センサ１００Ｂの構成を示す図である。図８（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｂの正面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の矢視Ｃを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｂの上面図である。なお、図８では、図１〜図７で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図７に示した符号と同等の符号を付している。
【００７５】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｂは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１６０ａと、第２の振動膜１６０ｂとを含んで構成されている。また、開口部１６１が、第１の振動膜１６０ａよび第２の振動膜１６０ｂのうち、素子保持板１２０と第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの間に形成されている。すなわち、開口部１６１は、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間に配置されるように、第１の振動膜１６０ａに形成されている。同様に、開口部１６１は、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間に配置されるように、第２の振動膜１６０ｂに形成されている。
【００７６】
ここで、図１と、図８とを対比する。図８（ｂ）に示される第１の振動膜１６０ａおよび第２の振動膜１６０ｂは、開口部１６１を有している点で、図１（ｂ）に示される第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂと相違する。
【００７７】
したがって、開口部１６１が形成された領域において、断面２次モーメントは、図８に示す第１の振動膜１６０ａおよび第２の振動膜１６０ｂの方が、図１に示す第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂよりも、小さくなくなる。このため、圧電振動センサ１００Ｂでは、圧電振動センサ１００と比較して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂと第１および第２の振動膜１６０ａ、１６０ｂのそれぞれの接合部における撓み角も、素子保持板１２０の中心部の撓みも大きくなる。これにより、圧電振動センサ１００Ｂによれば、圧電振動センサ１００と比較して、高い感度を得ることができる。
【００７８】
［第３の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第３の変形例１００Ｃについて、図に基づいて説明する。
【００７９】
図９は、圧電振動センサ１００Ｃの構成を示す図である。図９（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｃの正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の矢視Ｄを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｃの上面図である。なお、図９では、図１〜図８で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図８に示した符号と同等の符号を付している。
【００８０】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｃは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１７０ａと、第２の振動膜１７０ｂとを含んで構成されている。また、複数の開口部１７１が、第１の振動膜１７０ａよび第２の振動膜１７０ｂのうち、素子保持板１２０と第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの間に形成されている。すなわち、複数の開口部１７１は、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間に配置されるように、第１の振動膜１７０ａに形成されている。同様に、複数の開口部１７１は、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間に配置されるように、第２の振動膜１７０ｂに形成されている。
【００８１】
ここで、図１と、図９とを対比する。図９（ｂ）に示される第１の振動膜１７０ａおよび第２の振動膜１７０ｂは、複数の開口部１７１を有している点で、図１（ｂ）に示される第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂと相違する。
【００８２】
したがって、複数の開口部１７１が形成された領域において、断面２次モーメントは、図９に示す第１の振動膜１７０ａおよび第２の振動膜１７０ｂの方が、図１に示す第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂよりも、小さくなくなる。このため、圧電振動センサ１００Ｃでは、圧電振動センサ１００と比較して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂと第１および第２の振動膜１７０ａ、１７０ｂのそれぞれの接合部における撓み角も、素子保持板１２０の中心部の撓みも大きくなる。これにより、圧電振動センサ１００Ｃによれば、圧電振動センサ１００と比較して、高い感度を得ることができる。
【００８３】
［第４の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第４の変形例１００Ｄについて、図に基づいて説明する。
【００８４】
図１０は、圧電振動センサ１００Ｄの構成を示す図である。図１０（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｄの正面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の矢視Ｅを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｄの上面図である。なお、図１０では、図１〜図９で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図９に示した符号と同等の符号を付している。
【００８５】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｄは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１８０ａと、第２の振動膜１８０ｂとを含んで構成されている。
【００８６】
ここで、図１と、図１０とを対比する。図１０（ｂ）に示される第１の振動膜１８０ａおよび第２の振動膜１８０ｂは、台形の平板状に形成されている点で、図１（ｂ）に示される長方形の平板状に形成された第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂと相違する。
【００８７】
すなわち、第１の振動膜１８０ａの幅は、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間で、第１の支持体１３０ａから素子保持板１２０に向けて徐々に広くなるように設定されている。同様に、第２の振動膜１８０ｂの幅は、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間で、第２の支持体１３０ｂから素子保持板１２０に向けて徐々に広くなるように設定されている。
【００８８】
断面２次モーメントは、前述の通り、幅が狭くなるほど小さくなる。したがって、図１０（ｂ）に示す第１の振動膜１８０ａおよび第２の振動膜１８０ｂのうち、特に第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂ側の断面２次モーメントは、図１に示す第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂよりも、小さくなくなる。このため、圧電振動センサ１００Ｄでは、圧電振動センサ１００と比較して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂと第１および第２の振動膜１８０ａ、１８０ｂのそれぞれの接合部における撓み角も、素子保持板１２０の中心部の撓みも大きくなる。これにより、圧電振動センサ１００Ｄによれば、圧電振動センサ１００と比較して、高い感度を得ることができる。
【００８９】
［第５の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサの第５の変形例１００Ｅについて、図に基づいて説明する。
【００９０】
図１１は、圧電振動センサ１００Ｅの構成を示す図である。図１１（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｅの正面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の矢視Ｆを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｅの上面図である。なお、図１１では、図１〜図１０で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図１０に示した符号と同等の符号を付している。
【００９１】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｅは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜１９０ａと、第２の振動膜１９０ｂとを含んで構成されている。
【００９２】
ここで、図１と、図１１とを対比する。図１１（ｂ）に示される第１の振動膜１９０ａおよび第２の振動膜１９０ｂは、台形状の平板状に形成されている点で、図１（ｂ）に示される長方形の平板状に形成された第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂと相違する。
【００９３】
すなわち、第１の振動膜１９０ａの幅は、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間で、第１の支持体１３０ａから素子保持板１２０に向けて徐々に狭くなるように設定されている。同様に、第２の振動膜１８０ｂの幅は、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間で、第２の支持体１３０ｂから素子保持板１２０に向けて徐々に狭くなるように設定されている。
【００９４】
断面２次モーメントは、前述の通り、幅が狭くなるほど小さくなる。したがって、図１１に示す第１の振動膜１９０ａおよび第２の振動膜１９０ｂのうち、特に素子保持板１２０側の断面２次モーメントは、図１に示す第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂよりも、小さくなくなる。このため、圧電振動センサ１００Ｄでは、圧電振動センサ１００と比較して、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂと第１および第２の振動膜１９０ａ、１９０ｂのそれぞれの接合部における撓み角も、素子保持板１２０の中心部の撓みも大きくなる。これにより、圧電振動センサ１００Ｅによれば、圧電振動センサ１００と比較して、高い感度を得ることができる。
【００９５】
また、第１および第２の振動膜１９０ａ、１９０ｂの幅は、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間では、素子保持板１２０側の方が広く設定されている。この場合、第１の振動膜１９０ａのうち、第１の支持体１３０ａ側の方が、素子保持板１２０側と比較して剛性も高い。同様に、第２の振動膜１９０ｂのうち、第２の支持体１３０ｂ側の方が、素子保持板１２０側と比較して剛性も高い。このため、振動センサ１００Ｅによれば、特に第１の振動膜１９０ａおよび第２の振動膜１９０ｂのそれぞれにおいて、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂ側の捻れを抑制できる。
【００９６】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態における圧電振動センサ１００Ｆの構成について、図に基づいて説明する。
【００９７】
図１２は、圧電振動センサ１００Ｆの構成を示す図である。図１２（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｆの正面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の矢視Ｇを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｆの上面図である。なお、図１２では、図１〜図１１で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図１１に示した符号と同等の符号を付している。
【００９８】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｆは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、振動膜２１０とを含んで構成されている。
【００９９】
ここで、図１と、図１２とを対比する。図１（ａ）に示されるように、圧電振動センサ１００では、２つの振動膜（第１の振動膜１４０ａと第２の振動膜１４０ｂ）を有していた。これに対して、圧電振動センサ１００Ｆでは、振動膜２１０は１つである。すなわち、図１２（ａ）に示されるように、素子保持板１２０の下面の全面が振動膜２１０の上面に接合されている。これによっても、上述した第１の実施の形態で説明した効果と同様の効果を奏する。また、圧電振動センサ１００Ｆによれば、振動膜２１０を１つにしたので、圧電振動センサ１００Ｆと比較して、部品点数を減らすことができ、簡単に組み立てることができる。
【０１００】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサ１００Ｇの構成について、図に基づいて説明する。
【０１０１】
図１３は、圧電振動センサ１００Ｇの構成を示す図である。図１３（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｇの正面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の矢視Ｈを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｇの上面図である。図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の矢視Ｉを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｇの側面図である。なお、図１３では、図１〜図１２で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図１２に示した符号と同等の符号を付している。
【０１０２】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｇは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜２２０ａと、第２の振動膜２２０ｂとを含んで構成されている。
【０１０３】
ここで、図１と図１３を対比する。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、圧電振動センサ１００では、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合っていない。そして、素子保持板１２０の一端部と第１の支持部１３０ａは、第１の振動膜１４０ａによって、当該第１の振動膜１４０ａが延在する方向（図１（ａ）の紙面にて左右方向）で接続される。同様に、素子保持板１２０の他端部と第２の支持部１３０ｂは、第２の振動膜１４０ｂによって、当該第２の振動膜１４０ｂが延在する方向（図１（ａ）の紙面にて左右方向）で接続される。
【０１０４】
これに対して、図１３（ａ）、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｇでは、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合っている。そして、第１の振動膜２２０ａは、素子保持板１２０の下面と第１の支持体１３０ａの上面との間で挟持されている。同様に、第２の振動膜２２０ｂは、素子保持板１２０の下面と第２の支持体１３０ｂの上面との間で挟持されている。なお、第１の振動膜２２０ａおよび第２の振動膜２２０ｂは、素子保持板１２０の１つの面の方向（図１３（ａ）の紙面で左右方向）に延在するように設けられている。
【０１０５】
以上の通り、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサ１００Ｇにおいて、第１の振動膜２２０ａは、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間で挟持されている。第２の振動膜２２０ｂは、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間で挟持されている。
【０１０６】
これにより、第１および第２の振動膜２２０ａ、２２０ｂが、素子保持板１２０の長手方向で当該素子保持板１２０の内側に配置されるので、圧電振動センサ１００Ｇの大きさを小さくしつつ、第１の実施の形態で説明した効果と同様の効果を奏する。
【０１０７】
［第１の変形例］
本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサ１００Ｇの第１の変形例１００Ｈの構成について、図に基づいて説明する。
【０１０８】
図１４は、圧電振動センサ１００Ｈの構成を示す図である。図１４（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｇの正面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の矢視Ｊを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｈの上面図である。図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の矢視Ｋを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｈの側面図である。なお、図１４では、図１〜図１３で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図１３に示した符号と同等の符号を付している。
【０１０９】
図１４（ａ）、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｈは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜２３０ａと、第２の振動膜２３０ｂとを含んで構成されている。
【０１１０】
ここで、図１３と図１４を対比する。図１３（ａ）、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｇでは、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合っている。同様に、図１４（ａ）、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｈでは、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合っている。この点で両者は互いに共通する。
【０１１１】
また、図１３（ａ）、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｇでは、第１の振動膜２２０ａおよび第２の振動膜２２０ｂは、素子保持板１２０の１つの面の方向（図１３（ａ）の紙面で左右方向）に延在するように設けられていた。
【０１１２】
これに対して、図１４（ａ）、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｈでは、第１の振動膜２３０ａおよび第２の振動膜２３０ｂは、素子保持板１２０の厚み方向（図１４（ａ）の紙面で上下方向）に延在するように設けられている。この点で、両者は相違する。
【０１１３】
より具体的には、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合うように離間して配置されている。そして、第１の振動膜２３０ａは、第１の支持体１３０ａの上面と素子保持板１２０の下面の間に、両者を接続するように設けられている。同様に、第２の振動膜２３０ｂは、第２の支持体１３０ｂの上面と素子保持板１２０の下面の間に、両者を接続するように設けられている。図１４（ａ）に示されるように、第１および第２の振動膜２３０ａ、２３０ｂの各々は、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂから上方に素子保持板１２０の中央部側に向けて延出されている。このようにすることで、素子保持板１２０が図１４（ａ）の紙面の左右方向にずれてしまうのを抑止できる。
【０１１４】
以上の通り、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第１の変形例１００Ｈにおいて、振動膜（第１の振動膜２３０ａおよび第２の振動膜２３０ｂ）は、素子保持板１２０の厚み方向に延在する。この構造によっても、前述の第３の実施の形態で説明した効果と同様の効果を奏する。
【０１１５】
［第２の変形例］
次に、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサの第２の変形例１００Ｉについて、図に基づいて説明する。
【０１１６】
図１５は、圧電振動センサ１００Ｉの構成を示す図である。図１５（ａ）は、圧電振動センサ１００Ｉの正面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の矢視Ｌを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｉの上面図である。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の矢視Ｍを示す図であって、圧電振動センサ１００Ｉの側面図である。なお、図１５では、図１〜図１４で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜図１４に示した符号と同等の符号を付している。
【０１１７】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｉは、圧電素子１１０と、素子保持板１２０と、第１の支持体１３０ａと、第２の支持体１３０ｂと、第１の振動膜２４０ａと、第２の振動膜２４０ｂとを含んで構成されている。
【０１１８】
ここで、図１４と図１５を比較する。図１４（ａ）、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｈでは、第１の振動膜２３０ａおよび第２の振動膜２３０ｂは、素子保持板１２０の厚み方向（図１４（ａ）の紙面で上下方向）に延在するように設けられている。同様に、図１５（ａ）、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示されるように、圧電振動センサ１００Ｉでは、第１の振動膜２４０ａおよび第２の振動膜２４０ｂは、素子保持板１２０の厚み方向（図１５（ａ）の紙面で上下方向）に延在するように設けられている。この点で、両者は共通する。
【０１１９】
また、図１５（ａ）では、第１の振動膜２４０ａは、素子保持板１２０と第１の支持体１３０ａの間に湾曲するように設けられている。同様に、第２の振動膜２４０ｂは、素子保持板１２０と第２の支持体１３０ｂの間に湾曲するように設けられている。これに対して、図１４（ａ）では、第１の振動膜２３０ａおよび第２の振動膜２３０ｂは、素子保持板１２０と第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの間で、湾曲していない。この点で、両者は相違する。
【０１２０】
より具体的には、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの各上面は、素子保持板１２０の下面と互いに向き合うように離間して配置されている。そして、第１の振動膜２４０ａは、第１の支持体１３０ａの上面と素子保持板１２０の下面の間に、両者を接続するように設けられている。同様に、第２の振動膜２４０ｂは、第２の支持体１３０ｂの上面と素子保持板１２０の下面の間に、両者を接続するように設けられている。図１５（ａ）に示されるように、第１および第２の振動膜２４０ａ、２４０ｂの各々は、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの上面と素子保持板１２０の下面の間に、アルファベットの「Ｕ」の字を横にした形状に湾曲するように、設けられる。このように構成することにより、前述した第３の実施の形態で説明した内容と同様の効果を奏する。また、さらに湾曲した第１および第２の振動膜２４０ａおよび２４０ｂを介することにより、第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂが素子保持板１２０を安定して支持することができる。
［実施例］
次に、本発明の第１の実施の形態における圧電振動センサ１００を含む電子機器１０００の実施例について、実施例１−１〜実施例１−８として説明する。同様に、本発明の第３の実施の形態における圧電振動センサ１００Ｇを含む電子機器の実施例について、実施例２として説明する。また、関連する圧電振動センサ９００（図５を参照）の実施例について、関連例として説明する。
【０１２１】
図１６は、圧電振動センサ１００の実施例の寸法関係を説明するための図である。図１７は、圧電振動センサ１００Ｇの実施例の寸法関係を説明するための図である。図１８は、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ１００Ｇの実施例の評価結果を示す図である。
［部材］
まず、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ１００Ｇの各部材について説明する。
【０１２２】
［基材１１１］
基材の材料には、チタンジルコン酸鉛を組成に持つ圧電セラミック材料を用いた。大きさは、長さ４ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍとした。なお、長さは、図１（ａ）において、紙面上で左右方向の大きさを指す。幅は、図１（ｂ）において、紙面と垂直な方向の大きさを指す。同じく、幅は、図１（ｂ）において、紙面の上下方向の大きさを指す。厚さは、図１（ａ）において、紙面上で上下方向の大きさを指す。以下、他の部材においても、長さ、幅および厚さの定義はこれに準ずるものとする。
【０１２３】
［電極１１２］
電極１１２の材料は、銀とする。
【０１２４】
［圧電素子１１０］
圧電セラミック材料の基材１１１の両面に、電極１１２として銀電極を形成して、圧電素子１１０を構成した。
【０１２５】
［素子保持板１２０］
素子保持板１２０の材料には、４２アロイを用いた。
【０１２６】
［振動子３００］
圧電素子１１０の一方の主面を、素子保持板１２０の１つの面上に接合することにより、振動子３００が形成される。すなわち、ここでは、圧電素子１１０と素子保持板１２０の接合材が振動子３００である。
【０１２７】
［第１の支持体１３０ａ、第２の支持体１３０ｂ］
第１の支持体１３０ａおよび第２の支持体１３０ｂの材料には、ＡＢＳ樹脂を用いた。また、大きさは、長さ１ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み０．５ｍｍとした。
【０１２８】
［第１の振動膜１４０ａ、２２０ａ、第２の振動膜１４０ｂ、２２０ｂ］
第１の振動膜１４０ａ、２２０ａおよび第２の振動膜１４０ｂ、２２０ｂの材料には、ＰＥＴを用いた。
【０１２９】
なお、圧電振動センサ１００における第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂに関係する寸法は、図１６に示すように、厚みｔ２と、第２の支持体１３０ｂと接合部からの長さＬ２とにより特定した。後述する図１８の説明の通り、第２の振動膜１４０ｂの厚みｔ２は、第２の支持体１３０ｂの厚みｔ１との比により決まる。また、第２の振動膜１４０ｂのうち、当該第２の振動膜１４０ｂおよび第２の支持体１３０ｂの接合部と、素子保持板１２０の中央部側の端辺との間の長さＬ２は、第２の振動膜１４０ｂのうち素子保持板１２０の中央部側の端辺と、圧電素子１１０の端辺との間の長さＬ１との比により決まる。
【０１３０】
同様に、圧電振動センサ１００Ｇにおける第１の振動膜２２０ａおよび第２の振動膜２２０ｂに関係する寸法は、図１７に示すように、厚みｔ２により特定した。
【０１３１】
［筐体４００］
筐体の材料は、ステンレス（ＳＵＳ）とした。
［製造方法］
圧電振動センサ１００を含む電子機器１０００の実施例の製造方法について、説明する。
【０１３２】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、前述のように準備した圧電素子１１０の一方の主面を、素子保持板１２０の１つの面上に接合して、振動子３００を形成する。第１の振動膜１４０ａおよび第２の振動膜１４０ｂの各々を、素子保持板１２０の両端部に接合した。さらに、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、第１の振動膜１４０ａの端部の下面を第１の支持体１３０ａの上面に接合し、第２の振動膜１４０ｂの端部の下面を第２の支持体１３０ｂの上面に接合した。これにより、圧電振動センサ１００が完成される。そして、完成した圧電振動センサ１００を筐体４００に接合した。
【０１３３】
次に、圧電振動センサ１００Ｇを含む電子機器の実施例の製造方法について、説明する。
【０１３４】
前述の圧電振動センサ１００と同様に、準備した圧電素子１１０の一方の主面を、素子保持板１２０の１つの面上に接合して、振動子３００を形成した。そして、第１の振動膜２２０ａおよび第２の振動膜２２０ｂの各々を、素子保持板１２０の両端部と第１および第２の支持体１３０ａ、１３０ｂの間で挟持するように、各部材間を接合した。これにより、圧電振動センサ１００Ｇが完成される。そして、完成した圧電振動センサ１００Ｇを筐体４００に接合した。
［評価方法］
次に、圧電振動センサ１００の評価方法について説明する。評価項目としては、以下の「規格化感度（１０Ｈｚ）」と、「センサ感度周波数特性平坦度」と、「落下衝撃耐久性」とした。
【０１３５】
被計測対象となる圧電振動センサ１００および圧電振動センサ１００Ｇは、前述の各部材を用いて、構成されたものを用いる。
【０１３６】
ここで、図１６に示すＬ１およびＬ２の寸法については、両寸法の比率により設定した。同様に、図１６および図１７に示すｔ１およびｔ２の寸法については、両寸法の比率により設定した。
【０１３７】
［規格化感度（１０Ｈｚ）］
検知対象信号として加速度振幅が０．１ｍ／ｓ２で１０Ｈｚの正弦波交流振動を、圧電振動センサ１００および圧電振動センサ１００Ｇの各振動子３００の主面に対して垂直に印加し、その際のセンサ出力電圧を計測した。そして、関連する圧電振動センサ９００（図５を参照。）で得られたセンサ感度を１として規格化し、これを規格化感度（１０Ｈｚ）とした。この規格化感度（１０Ｈｚ）の値が大きいほど、感度が高いといえる。
【０１３８】
［センサ感度周波数特性平坦度］
各圧電振動センサ１００、１００Ｇ、９００の感度周波数特性の平坦さの指標として、センサ感度周波数特性平坦度を算出した。ここでは、規格化感度（１０Ｈｚ）と機械共振周波数におけるセンサ感度との比に基づいて、センサ感度周波数特性平坦度を算出する。機械共振周波数は加振器により広帯域振動を各圧電振動センサ１００、１００Ｇ、９００に印加し、振動子３００に励振された屈曲運動の振動振幅周波数特性をレーザドップラー振動計による計測で取得した。そして、関連する圧電振動センサ９００（図５を参照。）を計測して得られたセンサ感度を１として規格化し、これをセンサ感度周波数特性平坦度とした。このセンサ感度周波数特性平坦度が小さいほど、センサ感度周波数特性が平坦であるといえる。すなわち、センサ感度周波数特性平坦度が小さいと、例えば、図６に示した本発明の圧電振動センサ１００の特性曲線のように、広域周波数に亘り、一定の感度を得ることができる。逆に、センサ感度周波数特性平坦度が大きいと、例えば、図６に示した一般的な圧電振動センサ９００の特性曲線のように、狭い範囲の周波数でしか、大きな感度を得られない。
【０１３９】
［落下衝撃耐久性］
次に、圧電振動センサ１００、１００Ｇ、９００の落下衝撃耐久性を評価するために、作成した振動センサ１００、１００Ｇ、９００を筐体４００（ここでは携帯電話機の筐体を用いた。）に組み込み、１５０ｃｍの高さから１０回落下させた後の１００Ｈｚにおけるセンサ感度を計測した。そして、落下衝撃印加前後のセンサ感度を比較する。このとき、落下衝撃印加前後のセンサ感度の変化量が、３．０ｄＢ以内であれば「○」の評価とし、３．０ｄＢ以上あるいは故障した場合には「×」の評価とした。
［評価結果］
図１８において、実施例１−１〜１−８は、本発明の圧電振動センサ１００に対する評価結果を示す。一方、実施例２は、本発明の圧電振動センサ１００Ｇに対する評価結果を示す。また、関連例は、関連する圧電振動センサ９００（図５を参照。）に対する評価結果を示す。
【０１４０】
［規格化感度（１０Ｈｚ）］
規格化感度（１０Ｈｚ）について、関連例の結果を１とし、実施例１−１〜１−８および実施例２の結果を示す。図１８に示された結果に従って、実施例１−１〜１−８および実施例２と、関連例とを比較する。図１８に示されるように、実施例１−１〜１−８および実施例２のいずれにおいても、関連例と比較して十分に高い感度が得られた。
【０１４１】
［センサ感度周波数特性平坦度］
センサ感度周波数特性平坦度について、関連例の結果を１とし、実施例１−１〜１−８および実施例２の結果を示す。図１８に示された結果に従って、実施例１−１〜１−８および実施例２と関連例とを比較する。図１８に示されるように、実施例１−１〜１−８および実施例２のいずれにおいても、関連例と比較して十分に低い平坦度が得られた。なお、図１８では、規格化共振周波数も示す。この規格化共振周波数は、一般的な圧電振動センサ９００の機械共振周波数を１として規格化した場合の実施例１−１〜１−８および実施例２の各共振周波数である。
【０１４２】
［落下衝撃耐久性］
落下衝撃耐久性について、実施例１−１〜１−８、実施例２および関連例について、落下衝撃印加前後のセンサ感度の変化量を、前述の評価基準に従って、「○」または「×」で評価した。図１８に示されるように、関連例は故障してしまったのに対して、実施例１−１〜１−８および実施例２の全ては「○」の評価が得られた。
【０１４３】
［まとめ］
以上の通り、図１８に示されるように、Ｌ１／Ｌ２、ｔ１／ｔ２の複数の組み合わせで設定した実施例１−１〜１−８および実施例２の全てにおいて、関連例（関連する圧電振動センサ９００）よりも高い感度と、平坦な周波数特性と、高い落下衝撃耐久性とが得られた。このように、本発明の技術は、幅広いＬ１、Ｌ２、ｔ１、ｔ２の範囲に適用可能であるので、圧電振動センサの小型化にも好適であることが確認された。
【０１４４】
また、前記の第１〜第３の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載されうるが、以下に限られない。
［付記１］
少なくとも１つの面上に電極が設けられた平板状の圧電素子と、
１つの面上に前記圧電素子が接合された平板状の素子保持板と、
前記圧電素子および前記素子保持板を支持する第１および第２の支持体と、
前記第１および前記第２の支持体の間での前記素子保持板の振動を促進する振動膜を備え、
前記素子保持板は、前記振動膜を介して、前記第１および第２の支持体の各々に接合された圧電振動センサ。
［付記２］
前記振動膜は、
前記素子保持板と前記第１の支持体を接合する第１の振動膜と、
前記素子保持板と前記第２の支持体を接合する第２の振動膜とからなる付記１に記載の圧電振動センサ。
［付記３］
前記第１および第２の振動膜のうち、前記素子保持板と前記支持体の間に形成された開口部を備えた付記１または２に記載の圧電振動センサ。
［付記４］
前記第１の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第１の支持体の間で、前記第１の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に広くなるように設定されるとともに、
前記第２の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第２の支持体の間で、前記第２の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に広くなるように設定された付記１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記５］
前記第１の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第１の支持体の間で、前記第１の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に狭くなるように設定されるとともに、
前記第２の振動膜の幅は、前記素子保持板と前記第２の支持体の間で、前記第２の支持体から前記素子保持板に向けて徐々に狭くなるように設定された付記１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記６］
前記振動膜は、前記素子保持板の前記１つの面の方向に延在する付記１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記７］
前記振動膜は、前記素子保持板と前記第１および第２の支持体の間で挟持された付記６に記載の圧電振動センサ。
［付記８］
前記振動膜は、前記素子保持板の厚み方向に延在する付記１〜５のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記９］
前記振動膜は、前記素子保持板と前記支持体の間に湾曲するように設けられた付記８に記載の圧電振動センサ。
［付記１０］
前記振動膜は、ポリエチレンテフタレートにより構成された付記１〜９のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記１１］
前記圧電素子が、前記素子保持板のうち、前記１つの面上と、前記１つの面に対して反対側の面上との双方に、接合された付記１〜１０のいずれか１項に記載の圧電振動センサ。
［付記１２］
付記１〜１１のいずれか１項に記載の圧電振動センサを備えた電子機器。
【０１４５】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１４６】
この出願は、２０１２年４月３日に出願された日本出願特願２０１２−８４６７０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明の圧電振動センサは、例えば、携帯電話機やノート型パソコンやＰＤＡなど小型で携帯性に優れた電子機器に搭載される。
【符号の説明】
【０１４８】
１００  圧電振動センサ
１００Ａ  圧電振動センサ
１００Ｂ  圧電振動センサ
１００Ｃ  圧電振動センサ
１００Ｄ  圧電振動センサ
１００Ｅ  圧電振動センサ
１００Ｆ  圧電振動センサ
１００Ｇ  圧電振動センサ
１００Ｈ  圧電振動センサ
１１０  圧電素子
１１１  基材
１１２  電極
１２０  素子保持板
１３０ａ  第１の支持体
１３０ｂ  第２の支持体
１４０ａ  第１の振動膜
１４０ｂ  第２の振動膜
１５０ａ  第１の振動膜
１５０ｂ  第２の振動膜
１６０ａ  第１の振動膜
１６０ｂ  第２の振動膜
１７０ａ  第１の振動膜
１７０ｂ  第２の振動膜
１８０ａ  第１の振動膜
１８０ｂ  第２の振動膜
１９０ａ  第１の振動膜
１９０ｂ  第２の振動膜
２２０ａ  第１の振動膜
２２０ｂ  第２の振動膜
２３０ａ  第１の振動膜
２３０ｂ  第２の振動膜
２４０ａ  第１の振動膜
２４０ｂ  第２の振動膜
３００  振動子
４００  筐体
９００  圧電振動センサ
１０００  電子機器
【図１】
2013150731.tif 000003
【図２】
2013150731.tif 000004
【図３】
2013150731.tif 000005
【図４】
2013150731.tif 000006
【図５】
2013150731.tif 000007
【図６】
2013150731.tif 000008
【図７】
2013150731.tif 000009
【図８】
2013150731.tif 000010
【図９】
2013150731.tif 000011
【図１０】
2013150731.tif 000012
【図１１】
2013150731.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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