JP2000039442A - 圧電型加速度センサ - Google Patents

圧電型加速度センサ

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JP2000039442A
JP2000039442A JP10206508A JP20650898A JP2000039442A JP 2000039442 A JP2000039442 A JP 2000039442A JP 10206508 A JP10206508 A JP 10206508A JP 20650898 A JP20650898 A JP 20650898A JP 2000039442 A JP2000039442 A JP 2000039442A
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Japan
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piezoelectric ceramic
ceramic substrate
acceleration
weight
piezoelectric
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JP10206508A
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Shigeru Hirose
茂 広瀬
Yoshiyuki Nakamizo
佳幸 中溝
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Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重錘に作用した加速度によって生じる物理的
な力を減少させることなく、圧電セラミックス基板に正
確に伝えて、測定精度を高くできる圧電型加速度センサ
を得る。 【解決手段】 加速度検出用電極を含む電極パターンE
1 を表面上に有し且つ裏面上に加速度検出用電極と対向
する対向電極E0 を有する圧電セラミックス基板1a
と、圧電セラミックス基板1aの中央部に対応して設け
られて加速度の作用で変位して圧電セラミックス基板1
aに加速度に応じた撓みを生じさせる重錘3とを具備す
る。重錘3の変位を許容するように圧電セラミックス基
板1aをベース5により直接支持する。重錘3を圧電セ
ラミックス基板1aの裏面の中央部に直接接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
を利用して所定の方向の加速度を検出する圧電型加速度
センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の圧電型加速度センサの概
略断面図である。本図に示すように、圧電型加速度セン
サは、金属板等からなるダイアフラム101と、ダイア
フラム101の裏面中央に接着剤により取り付けられた
金属製の重錘102と、ダイアフラム101の外周部を
支持するように接着剤によりダイアフラム101に取り
付けられた合成樹脂等からなる筒状のベース103と、
ダイアフラム101の重錘102が取り付けられた面と
は反対側の面上に取付けられた加速度検出素子104と
を有している。加速度検出素子104は、圧電セラミッ
クス基板104aの一方の面上に加速度検出用電極10
4bを有し他方の面上に対向電極104cを有して構成
されており、ダイアフラム101に接着剤により接合さ
れている。この圧電型加速度センサでは、重錘102に
加速度が作用すると、重錘102が変位してダイアフラ
ム101が変形する。この変形の応力が圧電セラミック
ス基板104aに伝達されて圧電セラミックス基板10
4aが撓み、圧電セラミックス基板104aに応力が発
生する。この応力により加速度検出用電極104bに自
発分極電荷が発生し、加速度検出素子104は加速度信
号を出力する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電型加速度センサでは、重錘102が変位して、ダイ
アフラム101が変形しても、この変形による応力の一
部がダイアフラム101に分散してしまい、圧電セラミ
ックス基板104aに全ての応力が伝達されず、圧電型
加速度センサの測定精度または感度が低下するという問
題があった。
【0004】本発明の目的は、重錘に作用した加速度に
よって生じた応力を減少させることなく、圧電セラミッ
クス基板に直接に伝えて、測定精度または感度を高くで
きる圧電型加速度センサを提供することにある。
【0005】本発明の他の目的は、部品点数を少なくで
きる圧電型加速度センサを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明が改良の対象とす
る圧電型加速度センサは、検出用電極を表面上に有し且
つ裏面上に加速度検出用電極と対向する対向電極を有す
る圧電セラミックス基板と、圧電セラミックス基板の中
央部に対応して設けられて加速度の作用で変位して圧電
セラミックス基板に加速度に応じた撓みを生じさせる重
錘とを具備する。なお、圧電型加速度センサは、一軸
(X軸)方向のみの加速度を検出する圧電型一軸加速度
センサ、相互に直交する二軸(X軸,Y軸)方向の加速
度を検出する圧電型二軸加速度センサ、相互に直交する
三軸(X軸,Y軸,Z軸)方向の加速度を検出する圧電
型三軸加速度センサのいずれであってもよい。本発明で
は、重錘の変位を許容するように圧電セラミックス基板
をベースにより直接支持し、圧電セラミックス基板の裏
面の中央部に重錘を直接接合する。本発明のように、ダ
イアフラムを用いずに圧電セラミックス基板に重錘を直
接接合すると、重錘の変位により圧電セラミックス基板
が直接撓む。そのため、重錘に作用した加速度によって
生じた重錘の変位による応力が圧電セラミックス基板内
に直接発生するため圧電型加速度センサの測定精度また
は感度を高くできる。また、本発明によれば、ダイアフ
ラムを用いる必要がないので、部品点数を少なくでき
る。
【0007】本発明の圧電型加速度センサによれば、種
々の優れた効果を得ることができるが、圧電セラミック
ス基板はダイアフラムに比べて弾性が低いために、重錘
の変位が極端に大きくなって、圧電セラミックス基板が
限界を超えて撓むと、圧電セラミックス基板が破損する
おそれがある。そこで、圧電セラミックス基板が撓みす
ぎないように圧電型加速度センサを構成するのが好まし
い。例えば、加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏面
上に加速度検出用電極と対向する対向電極を有する圧電
セラミックス基板を絶縁層を介して複数層積層して基板
積層体とし、基板積層体の最下層に位置する圧電セラミ
ックス基板の裏面の中央部に重錘を直接接合し、重錘の
変位を許容するように基板積層体をベースで直接支持す
ることができる。このようにすれば、圧電セラミックス
基板により構成される基板積層体の厚みが厚くなり、各
々の圧電セラミックス基板が撓みすぎるのを抑制するこ
とができる。
【0008】また、圧電セラミックス基板の重錘と対向
する部分及び加速度検出用電極が形成される部分に貫通
孔が形成されたダイアフラムを圧電セラミックス基板の
裏面に接合することもできる。この場合、重錘は貫通孔
を通して圧電セラミックス基板の裏面の中央部に直接接
合し、ベースは、重錘の変位を許容するようにしてダイ
アフラムを支持するように配置する。このようにすれ
ば、重錘の変位により圧電セラミックス基板を直接撓ま
せることがきる上、貫通孔が形成されたダイアフラムに
よって、圧電セラミックス基板が撓みすぎるのを抑制す
ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の一実施の形態の
圧電型加速度センサの概略断面図である。本図に示すよ
うに、この圧電型加速度センサは、加速度検出素子1
と、重錘3と、ベース5とを備えている。なお、本図で
は理解を容易にするため、加速度検出素子1の各部の厚
みを誇張して描いている。加速度検出素子1は、圧電セ
ラミックス基板1aの表面に三軸加速度検出用の電極パ
ターンE1 が形成され、裏面に電極パターンE1 と対向
する対向電極E0 が形成されて構成されている。圧電セ
ラミックス基板1aは、輪郭形状が四角形をなしてお
り、圧電セラミックス基板1aの電極パターンE1 の加
速度検出用電極に対応する部分には、内部に応力が加わ
ると加速度検出用電極に自発分極電荷を発生するように
分極処理が施されている。そして電極パターンE1 は、
相互に直交する三軸(X軸,Y軸,Z軸)の加速度を検
出する三軸加速度検出用の複数の加速度検出用電極を含
むパターンとして形成されている。なお圧電セラミック
スを用いたこのような加速度検出素子の構成について
は、米国特許第5,365,799号公報等の複数の公
報に開示されている。
【0010】重錘3は、円柱形状を有しており、真鍮等
の金属により形成されている。この重錘3は、中心線の
延長部分が圧電セラミックス基板1aの中心を通るよう
に圧電セラミックス基板1aの裏面の中央部にエポキシ
系接着剤等の適宜の接着剤により直接接合されている。
【0011】ベース5は、円筒状を有しており、合成樹
脂や金属により形成されている。このベース5は、ケー
ス等の取付部材7に固定された状態で重錘3の変位を許
容するように圧電セラミックス基板1aに接着剤により
直接接合されている。
【0012】この圧電型加速度センサでは、重錘3に加
速度が作用すると、重錘3の変位によって圧電セラミッ
クス基板1aが直接撓むため、圧電セラミックス基板1
a内に直接的に応力が発生する。この応力により電極パ
ターンE1 の加速度検出用電極に自発分極電荷が発生
し、加速度検出素子1が三軸方向の加速度信号を出力す
る。
【0013】図2は、本発明の他の実施の形態の圧電型
加速度センサの概略断面図である。本例の圧電型加速度
センサは、電極パターンE1 及び対向電極E0 を備えた
複数(3つ)の圧電セラミックス基板1aを接着剤で接
合して積層した厚み約240μmの基板積層体11によ
り加速度検出素子が構成されている。そして、基板積層
体11の最下層に位置する圧電セラミックス基板1aの
裏面の中央部に重錘3を直接接合し、重錘3の変位を許
容するように基板積層体11の外周部をベース5で直接
支持している。なお、図2では、基板積層体11の内層
部では、互いに向き合う電極パターンE1 の加速度検出
用電極と対向電極E0 とが直接当接しているように見え
るが、これらの電極パターンE1 の加速度検出用電極と
対向電極E0 とは、接着剤(絶縁層)を介して接合され
ている。本例では、セラミックスの生シートに未焼成の
電極パターンを形成してから、各生シートを積層した後
にこれを焼成して基板積層体11を形成した。この例で
は、圧電セラミックス基板1aにより構成される基板積
層体11の厚みが厚くなり、各々の圧電セラミックス基
板1aが撓みすぎるのを抑制することができる。そのた
め、重錘3の変位が極端に大きくなった場合でも、基板
積層体11は限界を超えて撓むことはなく、圧電セラミ
ックス基板1aが破損するのを防ぐことができる。
【0014】図3は、本発明の更に他の実施の形態の圧
電型加速度センサの概略断面図である。本例の圧電型加
速度センサは、圧電セラミックス基板1aの裏面に接着
剤により板状のダイアフラム9が接合されている。この
ダイアフラム9は、輪郭形状が圧電セラミックス基板1
aにほぼ等しい四角形をなしており、真鍮,ステンレ
ス,合成樹脂等により形成されている。そして、ダイア
フラム9の重錘3と対向する部分及び電極パターンE1
の加速度検出用電極が形成される部分には円形の貫通孔
9aが形成されている。ベース5は、重錘3の変位を許
容するようにしてダイアフラム9を支持している。ま
た、重錘3は貫通孔9aを通して圧電セラミックス基板
1aの裏面の中央部に直接接合されている。この例で
は、貫通孔9aが形成されたダイアフラム9によって、
圧電セラミックス基板1aが撓みすぎるのを抑制するこ
とができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムを用いず
に圧電セラミックス基板に重錘を直接接合するので、重
錘の変位により、圧電セラミックス基板を直接撓ませる
ことができる。そのため、重錘に作用した加速度によっ
て生じた重錘の変位によって圧電セラミックス基板内に
応力が直接発生するため、圧電型加速度センサの測定精
度または感度を高くできる。また、本発明によれば、ダ
イアフラムを用いる必要がないので、部品点数を少なく
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の圧電型加速度センサの
概略断面図である。
【図2】本発明の他の実施の形態の圧電型加速度センサ
の概略断面図である。
【図3】本発明の更に他の実施の形態の圧電型加速度セ
ンサの概略断面図である。
【図4】従来の圧電型加速度センサの概略断面図であ
る。
【符号の説明】
1 加速度検出素子 1a 圧電セラミックス基板 3 重錘 5 ベース E1 三軸加速度検出用の電極パターン E0 対向電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏
    面上に前記加速度検出用電極と対向する対向電極を有す
    る圧電セラミックス基板と、 前記圧電セラミックス基板の中央部に対応して設けられ
    て加速度の作用で変位して前記圧電セラミックス基板に
    前記加速度に応じた撓みを生じさせる重錘とを具備する
    圧電型加速度センサであって、 前記重錘の変位を許容するように前記圧電セラミックス
    基板を直接支持するベースを具備し、 前記重錘が前記圧電セラミックス基板の前記裏面の中央
    部に直接接合されていることを特徴とする圧電型加速度
    センサ。
  2. 【請求項2】 加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏
    面上に前記加速度検出用電極と対向する対向電極を有す
    る圧電セラミックス基板が絶縁層を介して複数層積層さ
    れなる基板積層体と、 前記基板積層体の最下層に位置する前記圧電セラミック
    ス基板の前記裏面の中央部に直接接合された重錘と、 前記重錘の変位を許容するように前記基板積層体を直接
    支持するベースとを具備してなる圧電型加速度センサ。
  3. 【請求項3】 加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏
    面上に前記加速度検出用電極と対向する対向電極を有す
    る圧電セラミックス基板と、 前記圧電セラミックス基板の中央部に対応して設けられ
    て加速度の作用で変位して前記圧電セラミックス基板に
    前記加速度に応じた撓みを生じさせる重錘と、 前記圧電セラミックス基板の前記裏面に接合されたダイ
    アフラムと、 前記重錘の変位を許容するようにして前記ダイアフラム
    を支持するベースとを具備する圧電型加速度センサであ
    って、 前記ダイアフラムには前記重錘と対向する部分及び前記
    加速度検出用電極が形成される部分に貫通孔が形成され
    ており、 前記重錘は前記貫通孔を通して前記圧電セラミックス基
    板の前記裏面の中央部に直接接合されていることを特徴
    とする圧電型加速度センサ。
JP10206508A 1998-07-22 1998-07-22 圧電型加速度センサ Withdrawn JP2000039442A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002062310A (ja) * 2000-08-23 2002-02-28 Hokuriku Electric Ind Co Ltd 圧電型加速度センサ
KR20190021745A (ko) * 2017-08-23 2019-03-06 전자부품연구원 세라믹 압력센서 및 그 제조방법

Cited By (3)

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JP2002062310A (ja) * 2000-08-23 2002-02-28 Hokuriku Electric Ind Co Ltd 圧電型加速度センサ
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