本發(fā)明涉及壓電傳感器及壓電元件。

背景技術(shù)：

以往，作為檢測(cè)撓曲的壓電傳感器，已知有例如日本特開2007-163230號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)記載的壓電傳感器。該壓電傳感器通過如下方式構(gòu)成，即，在由具有可撓性的聚酰亞胺等高分子材料構(gòu)成的膜狀的平板的一個(gè)主面形成氮化鋁等的薄膜狀的壓電體，且在形成了壓電體的平板的兩個(gè)主面設(shè)置電極層。

該壓電傳感器為極薄的膜狀且富有柔軟性，緊貼配置于輪胎內(nèi)表面等曲面部分進(jìn)行使用。由此，能夠檢測(cè)由輪胎的空氣壓的變動(dòng)等造成的輪胎的變形。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-163230號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在上述日本特開2007-163230號(hào)公報(bào)記載的壓電傳感器中，存在如下的問題。

該公報(bào)記載的壓電傳感器具備薄膜狀的壓電體，用粘接劑直接粘附于輪胎進(jìn)行使用。因此，除了基于由空氣壓的變動(dòng)造成的輪胎的變形的信號(hào)以外，還容易同時(shí)檢測(cè)到從輪胎直接傳遞的外部沖擊、振動(dòng)等各種各樣的信號(hào)。因此，為了只準(zhǔn)確地檢測(cè)由空氣壓變動(dòng)造成的變形，需要復(fù)雜的信號(hào)處理電路。

進(jìn)而，因?yàn)樵摴珗?bào)記載的壓電傳感器用粘接劑直接粘附于輪胎進(jìn)行使用，所以裝配在壓電傳感器周邊的信號(hào)處理電路等周邊電路裝置通過許多引線等進(jìn)行連接。由此，輪胎內(nèi)部的布線數(shù)多且布線長，因此變得復(fù)雜，難以安裝其它電子部件(例如，IC等)進(jìn)行使用。

此外，雖然膜狀的壓電傳感器能夠做成非常薄的構(gòu)造，但是另一方面，為了提高靈敏度必須增大壓電傳感器自身的面積而使其大型化。因此，在釘子等鋒利的東西扎入到輪胎的情況下，壓電傳感器自身、周邊電路裝置受損的可能性高，在受損的情況下，將不能檢測(cè)輪胎的變形。

用于解決課題的技術(shù)方案

因此，為了解決上述課題，本發(fā)明的壓電傳感器具備基板和壓電元件，基板在一個(gè)主面形成安裝用電極，壓電元件具備層疊體以及設(shè)置在層疊體的彼此不同的端面的第一端子電極和第二端子電極，層疊體具備壓電體、設(shè)置為夾著壓電體的第一檢測(cè)用電極和第二檢測(cè)用電極、以及進(jìn)一步層疊在至少一個(gè)的外側(cè)的外裝體，第一檢測(cè)用電極與第一端子電極連接，第二檢測(cè)用電極與第二端子電極連接，第一端子電極和第二端子電極通過接合劑分別與安裝用電極接合，壓電元件安裝在基板。

另外，優(yōu)選是，第一檢測(cè)用電極從層疊體的一個(gè)端面以及與該端面相接的兩個(gè)側(cè)面引出，并與第一端子電極連接，第二檢測(cè)用電極從層疊體的另一個(gè)端面以及與該端面相接的兩個(gè)側(cè)面引出，并與第二端子電極連接。在該情況下，能夠可靠地連接檢測(cè)用電極和端子電極。

此外，優(yōu)選在基板與壓電元件之間形成間隙。在該情況下，間隙能夠抑制壓電傳感器檢測(cè)到從輪胎等直接傳遞的外部沖擊、振動(dòng)等噪聲，因此能夠以高靈敏度檢測(cè)基板的撓曲。另外，也可以在間隙中填充橡膠或樹脂。在該情況下，基板與壓電元件的接合強(qiáng)度提高。

此外，本發(fā)明還面向壓電元件。具體地，壓電元件具備層疊體以及設(shè)置在層疊體的彼此不同的端面的第一端子電極和第二端子電極，層疊體具備壓電體、設(shè)置為夾著壓電體的第一檢測(cè)用電極和第二檢測(cè)用電極、以及進(jìn)一步層疊在至少一個(gè)的外側(cè)的外裝體，第一檢測(cè)用電極與第一端子電極連接，第二檢測(cè)用電極與第二端子電極連接。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種靈敏度高、難以檢測(cè)到振動(dòng)等噪聲、容易小型化、且容易通過模塊化而將周邊電路一體化的壓電傳感器。

附圖說明

圖1是示出實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器的側(cè)視圖。

圖2是實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器的壓電元件的主要部分剖視圖。

圖3是實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器的主要部分分解立體圖。

圖4是示出將實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器設(shè)置于輪胎的情況的說明圖。

圖5是示意性地示出實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器的變形狀態(tài)和電位的說明圖，圖5(a)示出撓曲未起作用的狀態(tài)，圖5(b)示出撓曲起作用的狀態(tài)。

圖6是實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器的等效電路圖。

圖7是實(shí)施方式2涉及的壓電傳感器的側(cè)視圖。

圖8是示意性地示出實(shí)施方式2涉及的壓電傳感器的變形狀態(tài)和電位的說明圖，圖8(a)示出撓曲未起作用的狀態(tài)，圖8(b)示出撓曲起作用的狀態(tài)。

圖9是實(shí)施方式3涉及的壓電傳感器的側(cè)視圖。

圖10是示意性地示出實(shí)施方式3涉及的壓電傳感器的變形狀態(tài)和電位的說明圖，圖10(a)示出撓曲未起作用的狀態(tài)，圖10(b)示出撓曲起作用的狀態(tài)。

圖11是實(shí)施方式4涉及的壓電傳感器的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的壓電傳感器進(jìn)行說明。

(實(shí)施方式1)

在圖1示出實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器100。壓電傳感器100具備基板10和安裝在基板10的壓電元件11。

壓電元件11構(gòu)成長方體狀，具有層疊體17以及設(shè)置在層疊體17的兩個(gè)端面的第一端子電極15a和第二端子電極15b。第一端子電極15a和第二端子電極15b分別通過作為接合材料的焊料19a、19b安裝在基板10，在安裝位置以外的部分的基板10與壓電元件11之間形成有與焊料安裝的高度對(duì)應(yīng)的間隙13。

如圖2所示，壓電元件11的層疊體17由從上開始依次層疊外裝體14a、第一檢測(cè)用電極16a、壓電體12a、第二檢測(cè)用電極16b、壓電體12b、第一檢測(cè)用電極16c、外裝體14b并一體化的構(gòu)造構(gòu)成。

更具體地，外裝體14a、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極16a并在另一個(gè)主面形成第二檢測(cè)用電極16b的壓電體12a、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極16c的壓電體12b、以及外裝體14b通過粘接劑(未圖示)粘接并一體化。

另外，壓電體12a、12b例如由具備壓電性的陶瓷材料形成。此外，外裝體14a、14b例如由鈦酸鎂等陶瓷材料、玻璃環(huán)氧樹脂等樹脂材料這樣的具有絕緣性的材料形成。壓電體12a、12b以及外裝體14a、14b分別為矩形平板狀。此外，對(duì)壓電體12a、12b分別實(shí)施了極化處理。

在本實(shí)施方式中，采用了壓電體12a、12b的上下兩個(gè)主面被外裝體14a、14b保持的構(gòu)造。由此，可抑制壓電體12a、12b的厚度方向上的位移，因此，即使在受到伴隨著加速度的沖擊的情況下，也能夠抑制加速度的檢測(cè)，能夠以更高精度檢測(cè)撓曲。如果壓電體12a、12b的一個(gè)主面的整個(gè)面被保持，則另一個(gè)主面可以部分保持，進(jìn)而，也可以省略對(duì)另一個(gè)主面的保持。

另外，為了提高撓曲檢測(cè)的靈敏度而以更高精度進(jìn)行檢測(cè)，作為外裝體14a、14b，優(yōu)選使用楊氏模量比壓電體12a、12b的楊氏模量高的材料。

在本實(shí)施方式的壓電傳感器100中，第一檢測(cè)用電極16a、16c從層疊體17的一個(gè)端面以及在該一個(gè)端面的兩側(cè)延續(xù)的兩個(gè)側(cè)面引出到外部。同樣地，第二檢測(cè)用電極16b從層疊體17的另一個(gè)端面以及在該另一個(gè)端面的兩側(cè)延續(xù)的兩個(gè)側(cè)面引出到外部。

即，如圖3所示，第一檢測(cè)用電極16a、16c以及第二檢測(cè)用電極16b分別呈T字狀從層疊體17的3個(gè)面引出到外部。

因此，第一檢測(cè)用電極16a、16c以及第一端子電極15a不僅在端面連接，還在側(cè)面的一部分連接，因此電連接可靠性高。此外，第二檢測(cè)用電極16b和第二端子電極15b不僅在端面連接，還在側(cè)面的一部分連接，因此電連接可靠性高。此外，第一檢測(cè)用電極16a、16c以及第二檢測(cè)用電極16b分別為T字狀，因此在與第一端子電極15a和第二端子電極15b的連接部以外不會(huì)露出到層疊體17的外表面。因此，不易受到濕氣等外部環(huán)境的影響。

圖4示出在基板10側(cè)裝配于輪胎38的壓電傳感器100檢測(cè)輪胎的變形的狀態(tài)。壓電傳感器100主要感測(cè)由于由空氣壓變動(dòng)造成的輪胎38的變形、由路面狀態(tài)造成的輪胎的變形產(chǎn)生的基板的撓曲。

如圖4所示，在使輪胎38與地面接觸的情況下，輪胎38會(huì)變形，因此基板10會(huì)向從地面垂直向上方向撓曲，該撓曲會(huì)使壓電元件11向從地面垂直向上方向撓曲?；?0和壓電元件11的撓曲的大小取決于輪胎38的變形的大小。

另外，輪胎38會(huì)配合裝配了輪胎38的汽車等的行進(jìn)而旋轉(zhuǎn)，裝配了壓電傳感器100的部分會(huì)周期性地與地面接觸。因此，壓電傳感器100能夠檢測(cè)周期性的輪胎的變形。

如圖1所示，在壓電傳感器100中，壓電元件11在第一端子電極15a和第二端子電極15b這兩處安裝于基板10。而且，在俯視方向上進(jìn)行觀察的情況下，基板10的大小大于壓電元件11的大小。因此，在壓電傳感器100中，基板10的撓曲會(huì)被放大而使壓電元件11撓曲。而且，從第一檢測(cè)用電極16a、16b以及第二檢測(cè)用電極16b，檢測(cè)壓電元件11的撓曲的大小作為電信號(hào)。在壓電傳感器100中，基板10的撓曲被放大而使壓電元件11撓曲，并且作為電信號(hào)檢測(cè)該壓電元件11的撓曲，因此靈敏度高。

此外，如圖1所示，壓電傳感器100在基板10與壓電元件11之間形成有間隙13。該間隙13發(fā)揮使壓電傳感器100不會(huì)檢測(cè)從輪胎38直接傳遞的外部沖擊、振動(dòng)等噪聲的功能。壓電傳感器100能夠不檢測(cè)外部沖擊、振動(dòng)等噪聲，而只以高靈敏度檢測(cè)撓曲。

壓電傳感器100的靈敏度高，因此能夠形成為小型。此外，通過在基板10安裝其它電子部件，從而也容易將周邊電路一體化而進(jìn)行模塊化。

接著，使用圖5和圖6對(duì)存在撓曲和不存在撓曲時(shí)的產(chǎn)生電荷的原理進(jìn)行說明。

圖5(a)示出撓曲未作用于壓電傳感器100的狀態(tài)。像本實(shí)施方式那樣的壓電傳感器在產(chǎn)生嚴(yán)酷的溫度變化的環(huán)境中使用的情況較多。因此，有時(shí)會(huì)引起由于熱而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，即，熱電，由該熱電產(chǎn)生的電荷有時(shí)會(huì)與由撓曲產(chǎn)生的電荷混合。因此，希望減小熱電造成的影響。

因此，在本實(shí)施方式的壓電傳感器100中，如圖5(a)所示，設(shè)置端子電極15a、15b以及檢測(cè)用電極16a、16b、16c，通過兩層進(jìn)行檢測(cè)，從而構(gòu)成如圖6所示的電路，使得不受熱電的影響。即，該電路通過并聯(lián)地連接兩層的感測(cè)部分，從而抵消由熱電造成的電荷。因此，能夠只檢測(cè)由撓曲產(chǎn)生的電荷。

另一方面，在撓曲起作用的情況下的壓電傳感器100中，會(huì)產(chǎn)生如圖5(b)所示的變形。如圖5(b)所示，在壓電體12a、12b會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力Pt。在壓電體12a中，在設(shè)置有檢測(cè)用電極16a的一側(cè)和設(shè)置有檢測(cè)用電極16b的一側(cè)會(huì)基于極化方向和拉伸應(yīng)力Pt的關(guān)系而產(chǎn)生正(+)和負(fù)(-)的電荷。同樣地，在壓電體12b中，在設(shè)置有檢測(cè)用電極16b的一側(cè)和設(shè)置有檢測(cè)用電極16c的一側(cè)基于極化方向和拉伸應(yīng)力Pt的關(guān)系產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。

由此，在設(shè)置有檢測(cè)用電極16a的一側(cè)產(chǎn)生的正電荷和在設(shè)置有檢測(cè)用電極16c的一側(cè)產(chǎn)生的負(fù)電荷會(huì)傳遞到端子電極15a，因?yàn)樵谠O(shè)置有檢測(cè)用電極16c的一側(cè)產(chǎn)生的負(fù)電荷比較少，因此與在設(shè)置有檢測(cè)用電極16a的一側(cè)產(chǎn)生的正電荷抵消，其結(jié)果是正電荷傳遞到端子電極15a。同樣地，在設(shè)置有檢測(cè)用電極16b的一側(cè)產(chǎn)生的負(fù)電荷和正電荷傳遞到端子電極15b，因?yàn)檎姾杀容^少，因此與負(fù)電荷抵消，其結(jié)果是剩余的負(fù)電荷傳遞到端子電極15b。由此，在兩個(gè)端面產(chǎn)生電位差，能夠感測(cè)基板的撓曲。

由以上的構(gòu)造構(gòu)成的實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器100例如能夠按照以下的順序來制作。

首先，通過絲網(wǎng)印刷在陶瓷等的壓電體12a形成檢測(cè)用電極16a、16b，此外，通過絲網(wǎng)印刷在陶瓷等的壓電體12b形成檢測(cè)用電極16c。

接著，將壓電體12a、12b一體燒成，然后實(shí)施極化方向成為所希望的方向的極化處理。

此后，在一體燒成的壓電體12a、12b的兩個(gè)主面涂上環(huán)氧樹脂等粘接劑，層疊外裝體14a、壓電體12a、12b、以及外裝體14b并接合為一體。由此，制作層疊體17。

接著，通過濺射法等在層疊體17的兩個(gè)端面形成例如Ag等的薄膜，并在該薄膜上實(shí)施金屬鍍覆等，形成端子電極15a、15b。由此，得到壓電元件11。

最后，用焊料將壓電元件11安裝到基板10，從而完成壓電傳感器100。

雖然在本實(shí)施方式中將第一檢測(cè)用電極和第二檢測(cè)用電極做成為T字狀，但是未必一定構(gòu)成為這樣，作為變形例，能夠做成為I字狀等其它形狀。

(實(shí)施方式2)

在圖7示出實(shí)施方式2涉及的壓電傳感器200。

在壓電傳感器200中，代替實(shí)施方式1的壓電元件11具備由一個(gè)壓電體22構(gòu)成的壓電元件21。與實(shí)施方式1同樣地，壓電元件21具有層疊體27、第一端子電極25a以及第二端子電極25b。如圖8(a)所示，層疊體27由從上開始依次層疊外裝體24a、第一檢測(cè)用電極26a、壓電體22、第二檢測(cè)用電極26b、外裝體24b并一體化的構(gòu)造構(gòu)成。第一端子電極25a和第二端子電極25b分別通過作為接合材料的焊料29a、29b安裝在基板20，在安裝位置以外的部分的基板20與壓電元件21之間形成有與焊料安裝的高度對(duì)應(yīng)的間隙23。

更具體地，外裝體24a、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極26a并在另一個(gè)主面形成第二檢測(cè)用電極26b的壓電體22、以及外裝體24b通過粘接劑(未圖示)粘接并一體化。

與實(shí)施方式1相比較，像以上那樣構(gòu)成的壓電傳感器200所使用的壓電體、檢測(cè)用電極的數(shù)目少，因此能夠以低成本且簡單地制作壓電傳感器200。

(實(shí)施方式3)

在圖9示出實(shí)施方式3涉及的壓電傳感器300。

在壓電傳感器300中，代替實(shí)施方式1的壓電元件11具備由三個(gè)壓電體32a、32b、32c構(gòu)成的壓電元件31。與實(shí)施方式1同樣地，壓電元件31具有層疊體37、第一端子電極35a以及第二端子電極35b。如圖10(a)所示，層疊體37由從上開始依次層疊外裝體34a、第一檢測(cè)用電極36a、壓電體32a、第二檢測(cè)用電極36b、壓電體32b、第一檢測(cè)用電極36c、壓電體32c、第二檢測(cè)用電極36d、外裝體34b并一體化的構(gòu)造構(gòu)成。第一端子電極35a和第二端子電極35b分別通過作為接合材料的焊料39a、39b安裝在基板30，在安裝位置以外的部分的基板30與壓電元件31之間形成有與焊料安裝的高度對(duì)應(yīng)的間隙33。

更具體地，外裝體34a、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極36a并在另一個(gè)主面形成第二檢測(cè)用電極36b的壓電體32a、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極36c的壓電體32b、在一個(gè)主面形成第一檢測(cè)用電極36d的壓電體32c、外裝體34b通過粘接劑(未圖示)粘接并一體化。

對(duì)壓電體32a、32b、32c分別實(shí)施了極化處理。在此，被壓電體32a、32c夾著的壓電體32b不作為壓電體發(fā)揮功能，因此壓電體32b能夠使用未進(jìn)行極化處理的壓電體或使用絕緣體。

另外，與第一實(shí)施方式涉及的壓電傳感器100同樣地，壓電傳感器300也能夠抵消由熱電造成的電荷。

與實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器100相比較，在本實(shí)施方式涉及的壓電傳感器300中，壓電元件31的高度高出與壓電體32b對(duì)應(yīng)的量。因此，在基板30撓曲與實(shí)施方式1的基板10相同程度時(shí)，壓電體32a的撓曲大于壓電體12a的撓曲。由此，檢測(cè)撓曲的靈敏度提高。

(實(shí)施方式4)

在圖11示出實(shí)施方式4涉及的壓電傳感器400。

在壓電傳感器400中，在實(shí)施方式1涉及的壓電傳感器100的間隙13填充有樹脂43。樹脂43能夠使用硅酮類樹脂、橡膠等。

與實(shí)施方式1至3涉及的壓電傳感器100、200、300相比較，在本實(shí)施方式涉及的壓電傳感器400中，基板40與壓電元件41的接合強(qiáng)度提高。

(實(shí)施方式的概括)

對(duì)以上例示的各種實(shí)施方式涉及的壓電傳感器的特征性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行概括如下。

壓電傳感器具備基板和壓電元件。上述基板在一個(gè)主面形成有一對(duì)安裝用電極。上述壓電元件具有層疊體以及設(shè)置在上述層疊體的彼此不同的端面的第一端子電極和第二端子電極。上述層疊體包括壓電體、設(shè)置為夾著上述壓電體的第一檢測(cè)用電極和第二檢測(cè)用電極、以及層疊在上述第一檢測(cè)用電極和上述第二檢測(cè)用電極中的至少一個(gè)的外側(cè)的絕緣性的外裝體。上述第一檢測(cè)用電極與上述第一端子電極連接，上述第二檢測(cè)用電極與上述第二端子電極連接。上述第一端子電極通過接合材料與上述一對(duì)安裝用電極中的一個(gè)接合，并且上述第二端子電極通過接合材料與上述一對(duì)安裝用電極中的另一個(gè)接合。由此，上述壓電元件安裝在上述基板。

此外，可以是，在上述壓電傳感器中，上述第一檢測(cè)用電極從上述層疊體的一個(gè)端面以及與該端面相接的兩個(gè)側(cè)面引出，從而與上述第一端子電極連接，上述第二檢測(cè)用電極從上述層疊體的另一個(gè)端面以及與該端面相接的兩個(gè)側(cè)面引出，從而與上述第二端子電極連接。

此外，可以是，在上述壓電傳感器中，在上述基板與上述壓電元件之間形成有間隙。

此外，可以是，在上述壓電傳感器中，在上述基板與上述壓電元件之間填充有橡膠或樹脂。

此外，對(duì)以上例示的各種實(shí)施方式涉及的壓電元件的特征性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行概括如下。

壓電元件具備層疊體、以及設(shè)置在上述層疊體的彼此不同的端面的第一端子電極和第二端子電極。上述層疊體包括壓電體、設(shè)置為夾著上述壓電體的第一檢測(cè)用電極和第二檢測(cè)用電極、以及層疊在上述第一檢測(cè)用電極和上述第二檢測(cè)用電極中的至少一個(gè)的外側(cè)的絕緣性的外裝體。上述第一檢測(cè)用電極與上述第一端子電極連接，上述第二檢測(cè)用電極與上述第二端子電極連接。

此次公開的上述實(shí)施方式在所有的方面都是例示性的，并不是限制性的。本發(fā)明的技術(shù)范圍由權(quán)利要求書劃定，并且包括與權(quán)利要求書的記載等同的意思和范圍內(nèi)的所有的變更。

附圖標(biāo)記說明：

100、200、300、400：壓電傳感器；

10、20、30、40：基板；

11、21、31、41：壓電元件；

12a、12b、22、32a、32b、32c、42a、42b：壓電體；

14a、14b、24a、24b、34a、34b、44a、44b：外裝體；

15a、15b、25a、25b、35a、35b、45a、45b：端子電極；

16a、16b、16c、26a、26b、36a、36b、36c、36d、46a、46b、46c：檢測(cè)用電極；

17、27、37、47：層疊體；

38：輪胎；

19a、19b、29a、29b、39a、39b、49a、49b：焊料；

13、23、33：間隙；

43：樹脂。