JP2000065851A - Piezoelectric type three-axle acceleration sensor - Google Patents

Piezoelectric type three-axle acceleration sensor

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JP2000065851A
JP2000065851A JP10231792A JP23179298A JP2000065851A JP 2000065851 A JP2000065851 A JP 2000065851A JP 10231792 A JP10231792 A JP 10231792A JP 23179298 A JP23179298 A JP 23179298A JP 2000065851 A JP2000065851 A JP 2000065851A
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axis acceleration
axis
diaphragm
electrodes
weight
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Japanese (ja)
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Yoshiyuki Nakamizo
佳幸 中溝
Tetsuya Shintani
哲也 新谷
Tsutomu Sawai
努 沢井
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Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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    • 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric type three-axle acceleration sensor capable of setting optionally the magnitude of a Z-axis acceleration signal without using a signal amplification circuit. SOLUTION: In this acceleration sensor, board extension parts 13D, 13E extending to the outside of a base 5, and a diaphragm extension part 1b are installed on a piezoelectric ceramics board 9a and a diaphragm 1 respectively, and an additional deadweight 7 is installed on the outside end part on the back of the diaphragm extension part 1b. One-side electrodes DZ1, DZ3 between two pairs of Z-axis acceleration detection electrodes DZ1, DZ2 and DZ3, DZ4 are arranged adjacently to the base 5 and other-side electrodes DZ2, DZ4 are arranged adjacently to the additional deadweight 7. Each part of the piezoelectric ceramics board 9a corresponding to each electrode DZ1-DZ4 is polarized at the time when the same kind of stress is generated on each part, so that spontaneously-polarized charges having reverse polarities will be generated on the one-side electrodes DZ1, DZ3 and the other-side electrodes DZ2, DZ4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
を利用して相互に直交するX軸方向,Y軸方向及びZ軸
方向の三軸の加速度を検出する圧電型三軸加速度センサ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric type three-axis acceleration sensor for detecting three-axis accelerations in mutually orthogonal X-axis, Y-axis and Z-axis directions using piezoelectric ceramics. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来の圧電型三軸加速度センサ
で用いる圧電セラミックス基板101の表面上に形成す
る基本電極パターンを示している。本図に示すように、
圧電セラミックス基板101の一方の面上には、検出用
電極パターンE101 が形成されている。検出用電極パタ
ーンE101 は、X軸加速度検出用電極X1,X2とX軸
出力電極X3,X4とが接続線X5,X6によりそれぞ
れ直列に接続されたX軸方向電極パターンと、Y軸加速
度検出用電極Y1,Y2とY軸出力電極Y3,Y4とが
接続線Y5,Y6によりそれぞれ直列に接続されたY軸
方向電極パターンと、接続線Z6により相互に接続され
るZ軸加速度検出用電極Z1〜Z4とZ軸出力電極Z5
とが接続線Z7により接続されたZ軸方向電極パターン
とを含んでいる。圧電セラミックス基板101の裏面上
には図6(A)及び(B)の模式図に示すように、各加
速度検出用電極X1…に対向する対向電極パターンE10
2 が形成されている。また、圧電セラミックス基板10
1の裏面には接着剤層を介してダイアフラム102が接
合されており、このダイアフラムの裏面側の中央部分に
は円柱形または円筒形の重錘103が固定されている。
圧電セラミックス基板101の重錘103と対向する部
分には円形の重錘対向領域101Aが形成される。そし
て、加速度が重錘103に作用したときに、圧電セラミ
ックス基板101の重錘対向領域101Aの外側に応力
が発生する応力発生領域(中間領域)101Bが形成さ
れるように圧電セラミックス基板101は台座104に
支持されている。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a basic electrode pattern formed on the surface of a piezoelectric ceramic substrate 101 used in a conventional piezoelectric type triaxial acceleration sensor. As shown in this figure,
On one surface of the piezoelectric ceramic substrate 101, a detection electrode pattern E101 is formed. The detection electrode pattern E101 includes an X-axis direction electrode pattern in which X-axis acceleration detection electrodes X1 and X2 and X-axis output electrodes X3 and X4 are connected in series by connection lines X5 and X6, respectively, and a Y-axis acceleration detection electrode pattern. The Y-axis direction electrode pattern in which the electrodes Y1, Y2 and the Y-axis output electrodes Y3, Y4 are connected in series by connection lines Y5, Y6, respectively, and the Z-axis acceleration detection electrodes Z1 to Z1 connected to each other by a connection line Z6. Z4 and Z-axis output electrode Z5
And the Z-axis direction electrode pattern connected by the connection line Z7. As shown in the schematic diagrams of FIGS. 6A and 6B, a counter electrode pattern E10 facing the acceleration detecting electrodes X1.
2 is formed. Also, the piezoelectric ceramic substrate 10
A diaphragm 102 is bonded to the back surface of the diaphragm 1 via an adhesive layer, and a columnar or cylindrical weight 103 is fixed to a central portion on the back surface side of the diaphragm.
A circular weight facing region 101A is formed in a portion of the piezoelectric ceramic substrate 101 facing the weight 103. Then, when the acceleration acts on the weight 103, the piezoelectric ceramic substrate 101 is mounted on the pedestal such that a stress generating region (intermediate region) 101B in which stress is generated outside the weight facing region 101A of the piezoelectric ceramic substrate 101 is formed. 104 is supported.

【0003】X軸加速度検出用電極X1,X2に対応す
る圧電セラミックス基板101の各部分は、各部分に同
種類の応力が発生したときに一方のX軸加速度検出用電
極X1と他方のX軸加速度検出用電極X2とにそれぞれ
逆極性の自発分極電荷が現れるように、予め分極処理が
施されている。またY軸加速度検出用電極Y1,Y2に
対応する圧電セラミックス基板101の各部分にも、各
部分に同種類の応力が発生したときに一方のY軸加速度
検出用電極Y1と他方のY軸加速度検出用電極Y2とに
それぞれ逆極性の自発分極電荷が現れるように予め分極
処理が施されている。更に4つのZ軸加速度検出用電極
Z1〜Z4に対応する圧電セラミックス基板101の各
部分は、各部分に同種類の応力が発生したときにすべて
のZ軸加速度検出用電極に同じ極性の自発分極電荷が現
れるように予め分極処理が施されている。
Each part of the piezoelectric ceramic substrate 101 corresponding to the X-axis acceleration detecting electrodes X1 and X2 has one X-axis acceleration detecting electrode X1 and the other X-axis acceleration detecting element when the same kind of stress is generated in each part. The polarization processing is performed in advance so that spontaneous polarization charges of opposite polarities appear on the acceleration detection electrode X2. Also, when the same type of stress is applied to each part of the piezoelectric ceramic substrate 101 corresponding to the Y-axis acceleration detection electrodes Y1 and Y2, one Y-axis acceleration detection electrode Y1 and the other Y-axis acceleration The polarization processing is performed in advance so that spontaneous polarization charges of opposite polarities appear on the detection electrode Y2. Further, each part of the piezoelectric ceramic substrate 101 corresponding to the four Z-axis acceleration detecting electrodes Z1 to Z4 has spontaneous polarization of the same polarity applied to all the Z-axis acceleration detecting electrodes when the same type of stress is generated in each part. A polarization process has been performed in advance so that charges appear.

【0004】従来の圧電型三軸加速度センサでは、加速
度検出用電極X1,X2、Y1,Y2及びZ1〜Z4が
圧電セラミックス基板101の応力発生領域101Bに
対応する面上に重錘対向領域101Aを囲む環状の列を
なすように形成されている。そして、図6(A)に示す
ように、重錘103にX軸方向の加速度A1が作用した
ときには、重錘103の重心を中心として圧電セラミッ
クス基板101は点対称に変形する。この場合、X軸加
速度検出用電極X1の部分には、圧縮応力が発生し、X
軸加速度検出用電極X2の部分には引っ張り応力が発生
し、両検出用電極X1及びX2には同極性の自発分極電
荷(この場合はプラス)が現れる。X軸出力電極X3,
X4からはこれら同極性の自発分極電荷に基づく電流が
流れ出す。Y軸方向の加速度が作用した場合も同様にY
軸出力電極Y3,Y4から同極性の自発分極電荷が加算
された電荷に基づく電流が流れ出す。
In the conventional piezoelectric type triaxial acceleration sensor, the acceleration detecting electrodes X1, X2, Y1, Y2, and Z1 to Z4 form a weight facing region 101A on a surface of the piezoelectric ceramic substrate 101 corresponding to the stress generating region 101B. It is formed so as to form an annular row. Then, as shown in FIG. 6A, when an acceleration A1 in the X-axis direction acts on the weight 103, the piezoelectric ceramic substrate 101 deforms point-symmetrically about the center of gravity of the weight 103. In this case, a compressive stress is generated at the X-axis acceleration detecting electrode X1 and X
Tensile stress is generated at the axial acceleration detection electrode X2, and spontaneous polarization charges (positive in this case) having the same polarity appear on both the detection electrodes X1 and X2. X-axis output electrode X3
A current based on these same-polarity spontaneous polarization charges flows from X4. Similarly, when acceleration in the Y-axis direction is applied,
A current based on the charge obtained by adding the spontaneous polarization charges of the same polarity flows out from the shaft output electrodes Y3 and Y4.

【0005】これに対して、図6(B)に示すように、
Z軸方向の加速度A2が重錘103に作用すると、Z軸
加速度検出用電極Z1,Z3…が配置された圧電セラミ
ックス基板101の部分の内部には、すべて引っ張り応
力が発生する。Z軸加速度検出用電極Z1,Z3…に対
応する圧電セラミックス基板の部分はすべて同極性に分
極処理されているため、すべてのZ軸加速度検出用電極
Z1,Z3…には同極性の分極電荷(この場合はプラ
ス)が現れて、Z軸加速度検出用電極Z1,Z3…に現
れた電荷が加算されてZ軸出力電極Z5から電流信号ま
たは電圧信号となって出力される。このようにして各出
力電極X3,X4,Y3,Y4,Z5から出力された電
流値または電圧値によって、三軸の加速度がそれぞれ検
出される。
On the other hand, as shown in FIG.
When the acceleration A2 in the Z-axis direction acts on the weight 103, a tensile stress is generated inside the portion of the piezoelectric ceramic substrate 101 on which the Z-axis acceleration detecting electrodes Z1, Z3,. Since the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the Z-axis acceleration detecting electrodes Z1, Z3,... Are all polarized to the same polarity, all the Z-axis acceleration detecting electrodes Z1, Z3,. .. Appear in this case, and the charges appearing on the Z-axis acceleration detecting electrodes Z1, Z3,... Are added and output as a current signal or a voltage signal from the Z-axis output electrode Z5. In this way, the triaxial acceleration is detected by the current value or the voltage value output from each of the output electrodes X3, X4, Y3, Y4, and Z5.

【0006】しかしながら、この種の圧電型三軸加速度
センサでは、図6(A)に示すようにX軸方向またはY
軸方向の加速度が重錘103に作用したときのX軸加速
度検出用電極X1,X2またはY軸加速度検出用電極Y
1,Y2に集中する応力に比べて、図6(B)に示すよ
うにZ軸方向に同じ大きさの加速度が重錘103に作用
したときのZ軸加速度検出用電極Z1…に集中する応力
が小さくなる。そのため、同じ大きさの加速度を検出す
る場合において、圧電型三軸加速度センサから得られる
X軸,Y軸,Z軸加速度信号のうち、Z軸加速度信号
(電圧または電流)だけが他の2つの加速度信号と比べ
て小さくなる。そこで、従来では、センサに信号増幅回
路を設けてX軸,Y軸,Z軸加速度信号の大きさを一致
させていた。
However, in this type of piezoelectric triaxial acceleration sensor, as shown in FIG.
X-axis acceleration detecting electrodes X1 and X2 or Y-axis acceleration detecting electrode Y when axial acceleration acts on weight 103
6B, the stress concentrated on the Z-axis acceleration detecting electrodes Z1 when the same magnitude of acceleration acts on the weight 103 in the Z-axis direction as shown in FIG. Becomes smaller. Therefore, when detecting acceleration of the same magnitude, only the Z-axis acceleration signal (voltage or current) of the X-axis, Y-axis, and Z-axis acceleration signals obtained from the piezoelectric three-axis acceleration sensor is the other two. It is smaller than the acceleration signal. Therefore, conventionally, a signal amplifying circuit is provided in the sensor to match the magnitudes of the X-axis, Y-axis, and Z-axis acceleration signals.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、センサ
に信号増幅回路を設けると、圧電型三軸加速度センサの
製造が繁雑になる上、圧電型三軸加速度センサの小形化
が阻害されるという問題があった。
However, if a signal amplification circuit is provided in the sensor, the production of the piezoelectric triaxial acceleration sensor becomes complicated, and the miniaturization of the piezoelectric triaxial acceleration sensor is hindered. there were.

【0008】本発明の目的は、信号増幅回路を用いなく
ても、Z軸加速度信号の大きさを任意に設定できる圧電
型三軸加速度センサを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a piezoelectric type three-axis acceleration sensor which can arbitrarily set the magnitude of a Z-axis acceleration signal without using a signal amplification circuit.

【0009】本発明の他の目的は、増幅回路を用いると
しても、各方向の加速度信号に応じて増幅度を変える必
要がなく、増幅回路の構成及び設計が簡単になる圧電型
三軸加速度センサを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric three-axis acceleration sensor which does not need to change the degree of amplification in accordance with acceleration signals in each direction even when an amplifier circuit is used, thereby simplifying the configuration and design of the amplifier circuit. Is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の改良の対象とす
る圧電型三軸加速度センサは、相互に直交するX軸方
向、Y軸方向及びZ軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検
出するためのX軸加速度検出用電極、Y軸加速度検出用
電極及びZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏面
上に前記各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、表面に圧電セラミックス基板の裏
面が接合されたダイアフラムと、ダイアフラムの裏面の
中央部に設けられた重錘と、重錘に加速度が作用したと
きに重錘の周囲にある圧電セラミックス基板の部分に撓
みが生じるようにダイアフラムを支持するベースとを具
備している。本発明では、重錘の変位により生じる圧電
セラミックス基板の部分の撓みによって発生する自発分
極電荷によりX軸加速度検出信号及びY軸加速度検出信
号を得るようにX軸加速度検出用電極及びY軸加速度検
出用電極をそれぞれ配置する。そして、圧電セラミック
ス基板及びダイアフラムにはそれぞれベースの外側に延
びる基板延長部及びダイアフラム延長部を設け、ダイア
フラム延長部の裏面には追加重錘を設ける。また、追加
重錘の変位により生じる基板延長部の撓みにより発生す
る自発分極電荷によりZ軸加速度検出信号を得るように
基板延長部の表面上にZ軸加速度検出用電極を配置す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A piezoelectric three-axis acceleration sensor to which the present invention is applied is to detect three-axis accelerations in mutually orthogonal X-axis, Y-axis and Z-axis directions. A piezoelectric ceramic substrate having an X-axis acceleration detection electrode, a Y-axis acceleration detection electrode, and a Z-axis acceleration detection electrode on its front surface and having on its back surface a counter electrode facing each of the detection electrodes; The diaphragm to which the back surface of the piezoelectric ceramic substrate is joined, the weight provided at the center of the back surface of the diaphragm, and the portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight when acceleration acts on the weight. And a base for supporting the diaphragm. In the present invention, an X-axis acceleration detection electrode and a Y-axis acceleration detection signal are obtained so that an X-axis acceleration detection signal and a Y-axis acceleration detection signal are obtained by spontaneous polarization charges generated by bending of a portion of a piezoelectric ceramic substrate caused by displacement of a weight. Electrodes are arranged. The piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm are provided with a substrate extension and a diaphragm extension respectively extending outside the base, and an additional weight is provided on the back surface of the diaphragm extension. Also, a Z-axis acceleration detecting electrode is arranged on the surface of the substrate extension so as to obtain a Z-axis acceleration detection signal by spontaneous polarization charges generated by bending of the substrate extension caused by displacement of the additional weight.

【0011】本発明のように圧電型三軸加速度センサを
構成すれば、ダイアフラムのベースの内側の領域(圧電
セラミックス基板の中心部分)では、重錘の変位により
圧電セラミックス基板が撓んでX軸加速度検出用電極及
びY軸加速度検出用電極に自発分極電荷が現れてX軸方
向及びY軸方向の加速度が検出される。また、ダイアフ
ラムのベースの外側の領域(圧電セラミックス基板の基
板延長部)では、追加重錘の変位により圧電セラミック
ス基板の基板延長部が撓んでZ軸加速度検出用電極に自
発分極電荷が現れてZ軸方向の加速度が検出される。そ
のため、圧電セラミックス基板の基板延長部において、
Z軸加速度検出用電極,追加重錘等の寸法、形状及び重
さを変えることにより、Z軸加速度信号の大きさを任意
に設定できる。その結果、Z軸加速度信号の大きさをX
軸加速度信号及びY軸加速度信号の大きさと同じにする
ことができる。そのため、1つのダイアフラムを用い
て、信号増幅回路を用いなくても、加速度信号の出力レ
ベルを一致させることができる圧電型三軸加速度センサ
を得ることができる。また、X軸加速度信号,Y軸加速
度信号及びZ軸加速度信号の信号レベルを同じにできる
ので、増幅回路を用いるとしても、各方向の加速度信号
に応じて増幅度を変える必要がなくなるので、増幅回路
の構成及び設計が簡単になる。
According to the piezoelectric type three-axis acceleration sensor of the present invention, in the area inside the base of the diaphragm (the center part of the piezoelectric ceramic substrate), the displacement of the weight causes the piezoelectric ceramic substrate to bend and the X-axis acceleration sensor to be bent. Spontaneous polarization charges appear on the detection electrode and the Y-axis acceleration detection electrode, and accelerations in the X-axis direction and the Y-axis direction are detected. In addition, in the region outside the base of the diaphragm (the substrate extension of the piezoelectric ceramic substrate), the extension of the substrate of the piezoelectric ceramic substrate bends due to the displacement of the additional weight, and spontaneous polarization charges appear on the Z-axis acceleration detection electrode, and Z An axial acceleration is detected. Therefore, in the substrate extension of the piezoelectric ceramic substrate,
The magnitude of the Z-axis acceleration signal can be arbitrarily set by changing the dimensions, shape, and weight of the Z-axis acceleration detection electrode, the additional weight, and the like. As a result, the magnitude of the Z-axis acceleration signal becomes X
The magnitudes of the axis acceleration signal and the Y axis acceleration signal can be the same. Therefore, it is possible to obtain a piezoelectric three-axis acceleration sensor that can match the output levels of acceleration signals using one diaphragm without using a signal amplification circuit. Further, since the signal levels of the X-axis acceleration signal, the Y-axis acceleration signal, and the Z-axis acceleration signal can be made the same, even if an amplifier circuit is used, it is not necessary to change the degree of amplification according to the acceleration signal in each direction. The circuit configuration and design are simplified.

【0012】ダイアフラム、重錘、ベース及び追加重錘
は一体に成形するのが好ましい。このようにすれば、各
部材を接着剤により接合する従来の加速度検出装置と異
なって、重錘、追加重錘及びベースをダイアフラムに確
実に結合できる。また、重錘及び追加重錘がダイアフラ
ムと一体成形されているため、重錘のダイアフラム及び
追加重錘に対する取付け位置を一定にでき、加速度検出
装置の測定精度の低下を抑制することができる。また、
加速度検出装置の部品点数が少なくなって、加速度検出
装置の製造が容易になる。
The diaphragm, the weight, the base and the additional weight are preferably formed integrally. In this way, unlike the conventional acceleration detecting device in which each member is joined by an adhesive, the weight, the additional weight, and the base can be securely connected to the diaphragm. Further, since the weight and the additional weight are integrally formed with the diaphragm, the mounting position of the weight with respect to the diaphragm and the additional weight can be made constant, and a decrease in the measurement accuracy of the acceleration detection device can be suppressed. Also,
The number of parts of the acceleration detection device is reduced, and the manufacture of the acceleration detection device is facilitated.

【0013】追加重錘は種々の形状のものを用いること
ができる。例えば、ベースとして円筒形状を有するもの
を用い、追加重錘はべースと同心的に配置された円筒形
状を有しているものを用いることができる。この場合、
Z軸加速度検出用電極を少なくとも一対設け、一方のZ
軸加速度検出用電極をベースに隣接して配置し、他方の
Z軸加速度検出用電極を追加重錘に隣接して配置する。
そして、一方のZ軸加速度検出用電極及び他方のZ軸加
速度検出用電極に対応する基板延長部の各部分は互いに
逆極性に分極する。このようにすれば、Z軸方向の加速
度が追加重錘に作用すると、一方のZ軸加速度検出用電
極に対応する基板延長部の部分と、他方のZ軸加速度検
出用電極に対応する基板延長部の部分には、異なる種類
の応力が発生し、一方のZ軸加速度検出用電極と他方の
Z軸加速度検出用電極とには同極性の自発分極電荷が現
れる。これによりZ軸方向の加速度が検出される。ま
た、X軸方向またはY軸方向の加速度が追加重錘に作用
すると、一方のZ軸加速度検出用電極及び他方のZ軸加
速度検出用電極に対応する基板延長部の各部分には、同
じ種類の応力が発生し、一方のZ軸加速度検出用電極及
び他方のZ軸加速度検出用電極には逆極性の自発分極電
荷が現れる。これにより、Z軸加速度検出用電極に発生
した自発分極電荷は互いに打ち消し合って、X軸方向ま
たはY軸方向の加速度成分が相殺される。
The additional weight may be of various shapes. For example, a base having a cylindrical shape may be used, and the additional weight may have a cylindrical shape concentrically arranged with the base. in this case,
At least one pair of electrodes for Z-axis acceleration detection
The electrode for axis acceleration detection is arranged adjacent to the base, and the other electrode for Z axis acceleration detection is arranged adjacent to the additional weight.
Each portion of the substrate extension corresponding to one of the Z-axis acceleration detecting electrodes and the other Z-axis acceleration detecting electrode is polarized to have opposite polarities. With this configuration, when the acceleration in the Z-axis direction acts on the additional weight, the portion of the substrate extension corresponding to one Z-axis acceleration detection electrode and the substrate extension corresponding to the other Z-axis acceleration detection electrode Different types of stress are generated in the portion, and spontaneous polarization charges of the same polarity appear on one Z-axis acceleration detecting electrode and the other Z-axis acceleration detecting electrode. Thereby, the acceleration in the Z-axis direction is detected. When the acceleration in the X-axis direction or the Y-axis direction acts on the additional weight, the portions of the substrate extension corresponding to one Z-axis acceleration detection electrode and the other Z-axis acceleration detection electrode have the same type. Is generated, and spontaneously polarized charges of opposite polarity appear on one Z-axis acceleration detecting electrode and the other Z-axis acceleration detecting electrode. As a result, the spontaneously polarized charges generated in the Z-axis acceleration detection electrode cancel each other, and the acceleration component in the X-axis direction or the Y-axis direction is canceled.

【0014】また、基板延長部を周方向に180度の角
度の間隔をあけて配置された一組以上の対をなす基板延
長片セグメントにより構成し、ダイアフラム延長部分は
対をなす基板延長セグメントを支持する対をなすダイア
フラム延長セグメントにより構成し、これらの対をなす
基板延長片セグメントにそれぞれ対をなすZ軸加速度検
出用電極を設けることもできる。この場合、対をなすダ
イアフラム延長セグメントにそれぞれ1つずつ追加重錘
を設け、Z軸加速度検出用電極に対応する圧電セラミッ
クス基板の部分をそれぞれ同極性に分極する。このよう
にすれば、Z軸方向の加速度が追加重錘に作用すると、
各Z軸加速度検出用電極に対応する圧電セラミックス基
板の各部分には、同じ種類の応力が発生し、Z軸加速度
検出用電極に同極性の自発分極電荷が現れる。対をなす
2つのZ軸加速度検出用電極を共通接続すれば、Z軸方
向の加速度が検出される。また、X軸方向またはY軸方
向の加速度が追加重錘に作用すると、対をなすZ軸加速
度検出用電極の一方のZ軸加速度検出用電極に対応する
基板延長片セグメントの部分と他方のZ軸加速度検出用
電極に対応する基板延長片セグメントの部分とには異な
る種類の応力が発生し、一方のZ軸加速度検出用電極と
他方のZ軸加速度検出用電極とには逆極性の自発分極電
荷が現れる。対をなす2つのZ軸加速度検出用電極を共
通接続すれば、Z軸加速度検出用電極に発生した自発分
極電荷は互いに打ち消し合って、X軸方向またはY軸方
向の加速度成分が相殺される。
Further, the substrate extension portion is constituted by one or more pairs of substrate extension piece segments arranged at intervals of 180 degrees in the circumferential direction, and the diaphragm extension portion is constituted by a pair of substrate extension segments. It is also possible to form a pair of supporting diaphragm extension segments, and to provide a pair of Z-axis acceleration detecting electrodes on each of the pair of substrate extension pieces. In this case, one additional weight is provided for each of the pair of diaphragm extension segments, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the Z-axis acceleration detecting electrodes are polarized to have the same polarity. In this way, when the acceleration in the Z-axis direction acts on the additional weight,
The same type of stress is generated in each part of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to each Z-axis acceleration detecting electrode, and spontaneous polarization charges of the same polarity appear on the Z-axis acceleration detecting electrode. If two pairs of Z-axis acceleration detecting electrodes are connected in common, acceleration in the Z-axis direction is detected. Further, when the acceleration in the X-axis direction or the Y-axis direction acts on the additional weight, a portion of the substrate extension piece segment corresponding to one of the paired Z-axis acceleration detection electrodes and the other Z-axis acceleration detection electrode are paired. A different type of stress is generated in the portion of the substrate extension piece segment corresponding to the axis acceleration detection electrode, and spontaneous polarization of opposite polarity is applied to one Z-axis acceleration detection electrode and the other Z-axis acceleration detection electrode. A charge appears. If two pairs of Z-axis acceleration detecting electrodes are commonly connected, the spontaneously polarized charges generated in the Z-axis acceleration detecting electrodes cancel each other out, and the acceleration component in the X-axis direction or the Y-axis direction is canceled.

【0015】本発明のより具体的な構造の圧電型三軸加
速度センサは、相互に直交するX軸方向、Y軸方向及び
Z軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するための一対
のX軸加速度検出用電極、一対のY軸加速度検出用電極
及び一対以上のZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且
つ裏面上に各検出用電極と対向する1以上の対向電極を
有する圧電セラミックス基板と、表面に圧電セラミック
ス基板の裏面が接合されたダイアフラムと、ダイアフラ
ムの裏面の中央部に設けられた重錘と、重錘に加速度が
作用したときに重錘の周囲にある圧電セラミックス基板
の部分に撓みが生じるようにダイアフラムを支持する円
筒状のベースとを具備している。そして、一対のX軸加
速度検出用電極を重錘を間にしてX軸方向に並んで配置
し、一対のX軸加速度検出用電極に対応する圧電セラミ
ックス基板の部分をそれぞれ逆極性に分極し、一対のY
軸加速度検出用電極を重錘を間にしてY軸方向に並んで
配置し、一対のY軸加速度検出用電極に対応する圧電セ
ラミックス基板の部分をそれぞれ逆極性に分極する。そ
して、圧電セラミックス基板及びダイアフラムにはそれ
ぞれベースの外側に延びる基板延長部及びダイアフラム
延長部を設け、ダイアフラム延長部の裏面の外側端部に
はベースと同心的に円筒状の追加重錘を設け、一対のZ
軸加速度検出用電極の一方のZ軸加速度検出用電極はベ
ースに隣接して配置し、他方のZ軸加速度検出用電極は
追加重錘に隣接して配置する。また、一方のZ軸加速度
検出用電極及び他方のZ軸加速度検出用電極に対応する
基板延長部の各部分は互いに逆極性に分極する。
A piezoelectric three-axis acceleration sensor having a more specific structure according to the present invention comprises a pair of X-axis sensors for detecting three-axis accelerations in an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction which are orthogonal to each other. A piezoelectric ceramic substrate having an acceleration detection electrode, a pair of Y-axis acceleration detection electrodes, and a pair of or more Z-axis acceleration detection electrodes on the front surface and one or more counter electrodes on the back surface facing the detection electrodes. And a diaphragm having a front surface joined to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate, a weight provided at the center of the back surface of the diaphragm, and a portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight when acceleration acts on the weight. And a cylindrical base for supporting the diaphragm so that the diaphragm is bent. Then, a pair of X-axis acceleration detecting electrodes are arranged side by side in the X-axis direction with a weight therebetween, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of X-axis acceleration detecting electrodes are respectively polarized to opposite polarities, A pair of Y
The electrodes for axial acceleration detection are arranged side by side in the Y-axis direction with a weight in between, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of electrodes for Y-axis acceleration detection are polarized to have opposite polarities. Then, the piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm are provided with a substrate extension and a diaphragm extension respectively extending outside the base, and at the outer end of the back surface of the diaphragm extension, a cylindrical additional weight is provided concentrically with the base, A pair of Z
One of the Z-axis acceleration detecting electrodes is disposed adjacent to the base, and the other Z-axis acceleration detecting electrode is disposed adjacent to the additional weight. The portions of the substrate extension corresponding to the one Z-axis acceleration detecting electrode and the other Z-axis acceleration detecting electrode are polarized in opposite polarities.

【0016】より具体的には、一方のZ軸加速度検出用
電極は、圧電セラミックス基板のベースと対向する領域
内に入るように形成し、他方のZ軸加速度検出用電極は
基板延長部の追加重錘と対向する領域と追加重錘と対向
しない領域とに跨がるように形成すればよい。
More specifically, one Z-axis acceleration detecting electrode is formed so as to enter a region facing the base of the piezoelectric ceramic substrate, and the other Z-axis acceleration detecting electrode is formed by adding a substrate extension. What is necessary is just to form so that it may straddle the area | region which opposes a weight and the area | region which does not oppose an additional weight.

【0017】本発明のより具体的な構造の他の圧電型三
軸加速度センサは、相互に直交するX軸方向、Y軸方向
及びZ軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するための
一対のX軸加速度検出用電極、一対のY軸加速度検出用
電極及び二対のZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且
つ裏面上に各検出用電極と対向する1以上の対向電極を
有する圧電セラミックス基板と、表面に前記圧電セラミ
ックス基板の裏面が接合されたダイアフラムと、ダイア
フラムの裏面の中央部に設けられた重錘と、重錘に加速
度が作用したときに重錘の周囲にある圧電セラミックス
基板の部分に撓みが生じるようにダイアフラムを支持す
る円筒状のベースとを具備している。そして、一対のX
軸加速度検出用電極を重錘を間にしてX軸方向に並んで
配置し、一対のX軸加速度検出用電極に対応する圧電セ
ラミックス基板の部分をそれぞれ逆極性に分極し、一対
のY軸加速度検出用電極を重錘を間にしてY軸方向に並
んで配置し、一対のY軸加速度検出用電極に対応する圧
電セラミックス基板の部分をそれぞれ逆極性に分極す
る。そして、圧電セラミックス基板及びダイアフラムに
はそれぞれベースの外側に延びる基板延長部及びダイア
フラム延長部を設け、基板延長部分はX軸方向外側に延
びる一対の基板延長片セグメント及びY軸方向外側に延
びる一対の基板延長片セグメントにより構成する。ま
た、ダイアフラム延長部分は二対の基板延長セグメント
を支持する二対のダイアフラム延長セグメントにより構
成し、基板延長片セグメントにそれぞれ1つずつZ軸加
速度検出用電極を設け、複数のダイアフラム延長セグメ
ントには、それぞれ1つずつ追加重錘を設ける。そし
て、すべてのZ軸加速度検出用電極に対応する基板延長
片セグメントの部分はそれぞれ同極性に分極する。
Another piezoelectric three-axis acceleration sensor having a more specific structure of the present invention is a pair of piezoelectric three-axis acceleration sensors for detecting three-axis accelerations in mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. A piezoelectric element having an X-axis acceleration detection electrode, a pair of Y-axis acceleration detection electrodes, and two pairs of Z-axis acceleration detection electrodes on its front surface and one or more counter electrodes on its back surface facing each of the detection electrodes. A ceramic substrate, a diaphragm having a front surface joined to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate, a weight provided at the center of the back surface of the diaphragm, and a piezoelectric ceramic around the weight when acceleration acts on the weight. A cylindrical base for supporting the diaphragm so that a portion of the substrate is bent. And a pair of X
The electrodes for axis acceleration detection are arranged side by side in the X-axis direction with a weight therebetween, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of electrodes for X-axis acceleration detection are polarized to opposite polarities, respectively. The detection electrodes are arranged side by side in the Y-axis direction with a weight therebetween, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of Y-axis acceleration detection electrodes are respectively polarized in opposite polarities. The piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm are provided with a substrate extension and a diaphragm extension respectively extending outside the base, and the substrate extension is provided with a pair of substrate extension piece segments extending outward in the X-axis direction and a pair of substrate extension segments extending outward in the Y-axis direction. It is composed of a substrate extension piece segment. In addition, the diaphragm extension portion is constituted by two pairs of diaphragm extension segments that support two pairs of substrate extension segments, one Z-axis acceleration detection electrode is provided on each of the substrate extension piece segments, and a plurality of diaphragm extension segments are provided. , One additional weight is provided. Then, the portions of the substrate extension piece segments corresponding to all the Z-axis acceleration detecting electrodes are polarized to have the same polarity.

【0018】より具体的には、Z軸加速度検出用電極
は、基板延長片セグメントの重錘と対向する領域と重錘
と対向しない領域に跨がるようにそれぞれ形成するのが
好ましい。
More specifically, the Z-axis acceleration detecting electrode is preferably formed so as to straddle a region of the substrate extension piece segment facing the weight and a region not facing the weight.

【0019】また、複数のZ軸加速度検出用電極の一部
の電極を、X軸加速度検出用電極及びY軸加速度検出用
電極と同様に、重錘の変位により生じる圧電セラミック
ス基板の部分の撓みによってZ軸加速度検出信号の一部
を得るように配置し、複数のZ軸加速度検出用電極の残
りの電極を追加重錘の変位により生じる基板延長部の撓
みによりZ軸加速度検出信号の残部を得るように配置し
ても構わない。
Also, like the X-axis acceleration detection electrode and the Y-axis acceleration detection electrode, a part of the plurality of Z-axis acceleration detection electrodes may be deformed by the deflection of the piezoelectric ceramic substrate caused by the displacement of the weight. Is arranged so as to obtain a part of the Z-axis acceleration detection signal, and the remaining electrodes of the plurality of Z-axis acceleration detection electrodes are replaced with the remaining Z-axis acceleration detection signal due to the bending of the substrate extension caused by the displacement of the additional weight. It may be arranged so as to obtain.

【0020】[0020]

【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(A)は、本発明の一実施の
形態の圧電型三軸加速度センサの概略平面図であり、図
1(B)は、図1(A)のB−B線断面図である。両図
に示すように、この圧電型三軸加速度センサは、ダイア
フラム1と、重錘3と、ベース5と、追加重錘7と、加
速度検出素子9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9の各部の厚みを誇
張して描いている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic plan view of a piezoelectric triaxial acceleration sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1A. As shown in both figures, this piezoelectric three-axis acceleration sensor includes a diaphragm 1, a weight 3, a base 5, an additional weight 7, and an acceleration detecting element 9. In this figure, the thickness of each part of the acceleration detecting element 9 is exaggerated for easy understanding.

【0021】ダイアフラム1,重錘3,ベース5及び追
加重錘7は、真鍮からなる金属材料により一体に成形さ
れている。ダイアフラム1は、円板形状を有しており、
0.1mmの厚みを有している。このダイアフラム1
は、ベース5の内側に位置する円板形状のダイアフラム
本体部1aと、ベース5の外側に延びてダイアフラム本
体部1aを囲む環状のダイアフラム延長部1bとを有し
ている。重錘3は、円柱形状を有しており、その軸線の
延長部分がダイアフラム1の中心を通るようにダイアフ
ラム1の裏面の中央部に設けられている。ベース5は重
錘3を囲む円筒形状を有しており、重錘3に加速度が作
用したときに重錘3の周囲にあるダイアフラム1の部分
に撓みが生じるようにダイアフラム1を支持している。
このベース5が取付部材11に接合されることにより、
圧電型三軸加速度センサは取付部材11に固定されてい
る。追加重錘7は、円筒形状を有しており、ダイアフラ
ム延長部1bの裏面の外側端部にベース5と同心的に設
けられている。本実施例では、真鍮からなる円柱状金属
材料を用意し、この円柱状金属材料に切削加工を施こし
てダイアフラム1,重錘3,ベース5及び追加重錘7を
一体成形した。
The diaphragm 1, the weight 3, the base 5 and the additional weight 7 are integrally formed of a metal material made of brass. The diaphragm 1 has a disk shape,
It has a thickness of 0.1 mm. This diaphragm 1
Has a disk-shaped diaphragm main body 1a located inside the base 5, and an annular diaphragm extension 1b extending outside the base 5 and surrounding the diaphragm main body 1a. The weight 3 has a columnar shape, and is provided at the center of the rear surface of the diaphragm 1 so that the extension of the axis passes through the center of the diaphragm 1. The base 5 has a cylindrical shape surrounding the weight 3, and supports the diaphragm 1 so that when acceleration is applied to the weight 3, a portion of the diaphragm 1 around the weight 3 is bent. .
By joining the base 5 to the mounting member 11,
The piezoelectric triaxial acceleration sensor is fixed to the mounting member 11. The additional weight 7 has a cylindrical shape, and is provided concentrically with the base 5 at the outer end on the back surface of the diaphragm extension 1b. In this embodiment, a cylindrical metal material made of brass was prepared, and the cylindrical metal material was subjected to cutting to integrally form the diaphragm 1, the weight 3, the base 5, and the additional weight 7.

【0022】加速度検出素子9は、圧電セラミックス基
板9aの表面に三軸加速度の検出用電極パターンE1 が
形成され、裏面に対向電極パターンE2 が形成されて構
成されている。この例では圧電セラミックス基板9aの
裏面及び対向電極パターンE2 がエポキシ系の接着剤に
よりダイアフラム1の表面に接合されて、加速度検出素
子9がダイアフラム1に取り付けられている。圧電セラ
ミックス基板9aは、円板形状をなしており、内部に応
力が加わると自発分極電荷が発生するように加速度検出
用電極DX1…に対応した部分に分極処理が施されてい
る。分極処理については後に詳細に説明する。
The acceleration detecting element 9 is configured such that a triaxial acceleration detecting electrode pattern E1 is formed on the surface of a piezoelectric ceramic substrate 9a, and a counter electrode pattern E2 is formed on the back surface. In this example, the back surface of the piezoelectric ceramic substrate 9a and the counter electrode pattern E2 are joined to the surface of the diaphragm 1 by an epoxy-based adhesive, and the acceleration detecting element 9 is attached to the diaphragm 1. The piezoelectric ceramic substrate 9a has a disk shape, and a polarization process is performed on a portion corresponding to the acceleration detection electrodes DX1 so that a spontaneous polarization charge is generated when stress is applied to the inside. The polarization process will be described later in detail.

【0023】圧電セラミックス基板9aは、重錘対向領
域13Aと内側応力発生領域13Bとベース対向領域1
3Cと外側応力発生領域13Dと追加重錘対向領域13
Eとを有している。重錘対向領域13Aは、圧電セラミ
ックス基板1の中心部において円形の形状を有してい
る。この重錘対向領域13Aに対応する部分には、重錘
3が位置している。
The piezoelectric ceramic substrate 9a includes a weight facing region 13A, an inner stress generating region 13B, and a base facing region 1A.
3C, outer stress generating area 13D, and additional weight facing area 13
E. The weight facing region 13 </ b> A has a circular shape at the center of the piezoelectric ceramic substrate 1. The weight 3 is located in a portion corresponding to the weight facing region 13A.

【0024】内側応力発生領域13Bは、重錘対向領域
13Aを囲む環状の形状を有している。この第1の応力
発生領域13Bの内周側部分(径方向内側の部分)は、
重錘3に対して圧電セラミックス基板9aと平行な方向
に加速度が作用すると、重錘3の重心を中心として点対
称に異なった状態(引っ張り応力が加わった状態と、圧
縮応力が加わった状態と)に変形する。また、重錘3に
対して圧電セラミックス基板9aと直交する方向に加速
度が作用すると、第1の応力発生領域13Bの内周側部
分の各部は同じ状態に変形する。また、第1の応力発生
領域13Bの外周側部分(径方向外側の部分)は、重錘
3に対して圧電セラミックス基板1と直交する方向に加
速度が作用すると、第1の応力発生領域13Bの内周側
部分と異なった状態に変形する。
The inner stress generating region 13B has an annular shape surrounding the weight facing region 13A. The inner peripheral side portion (radially inner side portion) of the first stress generation region 13B is
When acceleration is applied to the weight 3 in a direction parallel to the piezoelectric ceramic substrate 9a, different states are point-symmetrically centered on the center of gravity of the weight 3 (a state where a tensile stress is applied and a state where a compressive stress is applied). ). When acceleration acts on the weight 3 in a direction orthogonal to the piezoelectric ceramic substrate 9a, each part of the inner peripheral side portion of the first stress generation region 13B is deformed to the same state. When an acceleration acts on the weight 3 in a direction orthogonal to the piezoelectric ceramic substrate 1, the outer peripheral side portion (radially outer portion) of the first stress generation region 13 </ b> B Deforms to a state different from the inner peripheral part.

【0025】ベース対向領域13Cは、第1の応力発生
領域13Bを囲む環状の形状を有している。このベース
対向領域13Cに対応する部分には、ベース5が位置し
ている。
The base facing region 13C has an annular shape surrounding the first stress generating region 13B. The base 5 is located at a portion corresponding to the base facing region 13C.

【0026】外側応力発生領域13Dは、ベース対向領
域13Cを囲む環状の形状を有している。外側応力発生
領域13Dの内周側部分(径方向内側の部分)は、追加
重錘7に対して圧電セラミックス基板9aと平行な方向
(X軸方向,Y軸方向)に加速度が作用すると、各部は
それぞれ引っ張り応力が加わった状態と、圧縮応力が加
わった状態とのいずれかの状態で変形する。これに対し
て、追加重錘7に対して圧電セラミックス基板9aと直
交する方向に加速度が作用すると、外側応力発生領域1
3Dの内周側部分(ベース5に近い部分)の各部は同じ
状態に変形し、また外側応力発生領域13Dの外周側部
分(追加重錘7に近い部分)は、外側応力発生領域13
Dの内周側部分とは異なった状態で変形する。
The outer stress generating region 13D has an annular shape surrounding the base facing region 13C. When an acceleration acts on the additional weight 7 in a direction parallel to the piezoelectric ceramic substrate 9a (X-axis direction, Y-axis direction), the inner peripheral portion (radial inner portion) of the outer stress generating region 13D becomes Is deformed in either a state where a tensile stress is applied or a state where a compressive stress is applied. On the other hand, when acceleration acts on the additional weight 7 in a direction perpendicular to the piezoelectric ceramic substrate 9a, the outer stress generation region 1
Each portion of the inner peripheral side portion (the portion close to the base 5) of the 3D is deformed in the same state, and the outer peripheral side portion (the portion close to the additional weight 7) of the outer stress generating region 13D is
It deforms in a state different from the inner peripheral portion of D.

【0027】追加重錘対向領域13Eは、外側応力発生
領域13Dを囲む環状の形状を有している。この追加重
錘対向領域13Eに対応する部分には、追加重錘7が位
置している。また、外側応力発生領域13D及び追加重
錘対向領域13Eは、ダイアフラム1のダイアフラム延
長部1bと対応しており、本例では、外側応力発生領域
13D及び追加重錘対向領域13Eにより、圧電セラミ
ックス基板9aの基板延長部が構成されている。
The additional weight facing region 13E has an annular shape surrounding the outer stress generating region 13D. The additional weight 7 is located at a portion corresponding to the additional weight facing region 13E. The outer stress generating region 13D and the additional weight facing region 13E correspond to the diaphragm extension 1b of the diaphragm 1. In this example, the outer stress generating region 13D and the additional weight facing region 13E form the piezoelectric ceramic substrate. A substrate extension 9a is formed.

【0028】圧電セラミックス基板9aの表面及び裏面
に形成された検出用電極パターンE1 及び対向電極パタ
ーンE2 は、いずれもスクリーン印刷により形成されて
いる。対向電極パターンE2 は、後に説明する検出用電
極パターンE1 の加速度検出用電極DX1,DX2,D
Y1,DY2,DZ1〜DZ4と対向する部分に形成さ
れている。そして、重錘3または追加重錘7に作用する
加速度に基づいてダイアフラム1が変形すると検出用電
極パターンE1 の加速度検出用電極DX1…と対向電極
パターンE2 との間に発生する自発分極電荷が変化し
て、三軸(X軸,Y軸,Z軸)方向の加速度が電流また
は電圧の変化として測定される。なお、ここでいうX
軸,Y軸,Z軸は互いに直交する方向に延びる軸であ
り、X軸は仮想直線XLの方向に延びており、Y軸は仮
想直線YLの方向に延びており、Z軸は圧電セラミック
ス基板9aの面方向と直交する方向に延びている。
The detection electrode pattern E1 and the counter electrode pattern E2 formed on the front and back surfaces of the piezoelectric ceramic substrate 9a are both formed by screen printing. The counter electrode pattern E2 is the acceleration detection electrodes DX1, DX2, D of the detection electrode pattern E1 described later.
Y1, DY2, DZ1 and DZ4 are formed at portions opposed to each other. When the diaphragm 1 is deformed based on the acceleration acting on the weight 3 or the additional weight 7, the spontaneous polarization charge generated between the acceleration detection electrode DX1 of the detection electrode pattern E1 and the counter electrode pattern E2 changes. Then, accelerations in three axes (X axis, Y axis, Z axis) are measured as changes in current or voltage. Note that X here
The axis, the Y axis, and the Z axis are axes extending in directions orthogonal to each other, the X axis extends in the direction of a virtual straight line XL, the Y axis extends in the direction of a virtual straight line YL, and the Z axis is a piezoelectric ceramic substrate. 9a extends in a direction orthogonal to the plane direction.

【0029】検出用電極パターンE1 はX軸電極パター
ン15とY軸電極パターン17とZ軸電極パターン19
とを有している。X軸電極パターン15は、一対のX軸
加速度検出用電極DX1,DX2とX軸出力電極OXと
が接続線L1により接続された構造を有している。X軸
加速度検出用電極DX1及びDX2は、重錘3を間にし
て仮想直線XL方向に並んで配置されている。また、X
軸加速度検出用電極DX1及びDX2は、大部分が第1
の応力発生領域13Bの内周側部分(径方向内側の部
分)に対応する面上に位置するように形成されており、
第1の応力発生領域13Bの内周に沿う縁部分が重錘対
向領域13A内に入り込んでいる。X軸出力電極OXは
矩形の形状を有しており、ベース対向領域13C上に位
置するように形成されている。
The detection electrode pattern E1 is composed of an X-axis electrode pattern 15, a Y-axis electrode pattern 17, and a Z-axis electrode pattern 19.
And The X-axis electrode pattern 15 has a structure in which a pair of X-axis acceleration detection electrodes DX1 and DX2 and the X-axis output electrode OX are connected by a connection line L1. The X-axis acceleration detecting electrodes DX1 and DX2 are arranged side by side with the weight 3 in the direction of the virtual straight line XL. Also, X
Most of the axial acceleration detecting electrodes DX1 and DX2 are
Is formed so as to be located on a surface corresponding to the inner peripheral side portion (radially inner side portion) of the stress generation region 13B of FIG.
An edge portion along the inner periphery of the first stress generation region 13B enters the weight facing region 13A. The X-axis output electrode OX has a rectangular shape and is formed so as to be located on the base facing region 13C.

【0030】Y軸電極パターン17は、一対のY軸加速
度検出用電極DY1,DY2とY軸出力電極OYとが接
続線L2,L3により接続された構造を有している。Y
軸加速度検出用電極DY1及びDY2は、重錘3を間に
して仮想直線YL方向に並んで配置されている。Y軸加
速度検出用電極DY1,DY2もX軸加速度検出用電極
DX1,DX2と同様な形状を有しており、大部分が第
1の応力発生領域13Bの内周側部分(径方向内側の部
分)に対応する面上に位置するように形成されており、
第1の応力発生領域5Bの内周に沿う縁部分が重錘対向
領域13A内に入り込んでいる。仮想Y軸直線YLと仮
想X軸直線XLとは互いに直交するので、X軸加速度検
出用電極DX1,Y軸加速度検出用電極DY1,X軸加
速度検出用電極DX2及びY軸加速度検出用電極DY2
はそれぞれ90度の間隔を隔てて配置されることにな
る。Y軸出力電極OYはX軸出力電極OXと同様に矩形
の形状を有しており、ベース対向領域13C上に位置す
るように形成されている。
The Y-axis electrode pattern 17 has a structure in which a pair of Y-axis acceleration detecting electrodes DY1 and DY2 and a Y-axis output electrode OY are connected by connection lines L2 and L3. Y
The axial acceleration detecting electrodes DY1 and DY2 are arranged side by side with the weight 3 in the virtual straight line YL direction. The Y-axis acceleration detection electrodes DY1 and DY2 also have the same shape as the X-axis acceleration detection electrodes DX1 and DX2, and most of the Y-axis acceleration detection electrodes DX1 and DX2 are located on the inner peripheral side of the first stress generation region 13B (the radially inner portion ) Is formed on the surface corresponding to
An edge portion along the inner circumference of the first stress generation region 5B enters the weight facing region 13A. Since the virtual Y-axis straight line YL and the virtual X-axis straight line XL are orthogonal to each other, the X-axis acceleration detection electrode DX1, the Y-axis acceleration detection electrode DY1, the X-axis acceleration detection electrode DX2, and the Y-axis acceleration detection electrode DY2
Are arranged at intervals of 90 degrees. The Y-axis output electrode OY has a rectangular shape like the X-axis output electrode OX, and is formed so as to be located on the base facing region 13C.

【0031】X軸加速度検出用電極DX1,DX2に対
応する圧電セラミックス基板9aの各部分には、各部分
に同種類の応力が発生したときに一方の側に位置するX
軸加速度検出用電極DX1と他方の側に位置するX軸加
速度検出用電極DX2とにそれぞれ逆極性の自発分極電
荷が現れるように分極処理が施されている。この例で
は、X軸加速度検出用電極DX1,DX2に対応する圧
電セラミックス基板9aの各部分に引っ張り応力が発生
したときに、X軸加速度検出用電極DX1にプラスの自
発分極電荷が現れ、X軸加速度検出用電極DX2にマイ
ナスの自発分極電荷が現れるように分極処理が施されて
いる。
Each portion of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the X-axis acceleration detecting electrodes DX1 and DX2 has an X-position which is located on one side when the same type of stress is generated in each portion.
The polarization processing is performed so that spontaneous polarization charges of opposite polarities appear on the axial acceleration detecting electrode DX1 and the X-axis acceleration detecting electrode DX2 located on the other side, respectively. In this example, when a tensile stress is generated in each part of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the X-axis acceleration detection electrodes DX1 and DX2, a positive spontaneous polarization charge appears on the X-axis acceleration detection electrode DX1, and The polarization processing is performed so that a negative spontaneous polarization charge appears on the acceleration detection electrode DX2.

【0032】また、Y軸加速度検出用電極DY1,DY
2に対応する圧電セラミックス基板9aの各部分もX軸
加速度検出用電極DX1,DX2に対応する圧電セラミ
ックス基板9aの各部分と同様に、各部分に同種類の応
力が発生したときに一方の側に位置するY軸加速度検出
用電極DY1と他方の側に位置するY軸加速度検出用電
極DY2とにそれぞれ逆極性の自発分極電荷が現れるよ
うに分極処理が施されている。この例では、Y軸加速度
検出用電極DY1,DY2に対応する圧電セラミックス
基板9aの各部分に引っ張り応力が発生したときに、Y
軸加速度検出用電極DY1にプラスの自発分極電荷が現
れ、Y軸加速度検出用電極DY2にマイナスの自発分極
電荷が現れるように分極処理を施した。これらの分極処
理は、検出用電極パターンE1 及び対向電極パターンE
2 を形成した後の接続線L1〜L6を形成する前の段階
で圧電セラミックス基板9aに直流電圧を印加すること
により行った。
Further, the Y-axis acceleration detecting electrodes DY1, DY
Each of the portions of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the electrode 2 is also similar to the respective portions of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the X-axis acceleration detecting electrodes DX1 and DX2 when one of the same types of stress is generated in each portion. Are polarized so that spontaneously polarized charges of opposite polarities appear on the Y-axis acceleration detecting electrode DY1 located on the other side and the Y-axis acceleration detecting electrode DY2 located on the other side. In this example, when a tensile stress is generated in each part of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the Y-axis acceleration detecting electrodes DY1 and DY2, Y
The polarization processing was performed so that a positive spontaneous polarization charge appeared on the axis acceleration detection electrode DY1 and a negative spontaneous polarization charge appeared on the Y-axis acceleration detection electrode DY2. These polarization processes are performed by the detection electrode pattern E1 and the counter electrode pattern E1.
This was performed by applying a DC voltage to the piezoelectric ceramics substrate 9a at a stage before forming the connection lines L1 to L6 after forming 2.

【0033】Z軸電極パターン19は、接続線L4によ
り接続された一対のZ軸加速度検出用電極DZ1,DZ
2と、接続線L5により接続された一対のZ軸加速度検
出用電極DZ3,DZ4と、Z軸出力電極OZとが接続
線L6により接続された構造を有している。二対のZ軸
加速度検出用電極(DZ1,DZ2)及び(DZ3,D
Z4)のそれぞれの一方のZ軸加速度検出用電極DZ1
及びDZ3はベース5に隣接して配置され、それぞれの
他方のZ軸加速度検出用電極DZ2及びDZ4は追加重
錘7に隣接して配置されている。より具体的に説明する
と、一方のZ軸加速度検出用電極DZ1及びDZ3は、
大部分が外側応力発生領域13Dの内周側部分(径方向
内側の部分)に対応する面上に位置するように形成され
ており、外側応力発生領域13Dの内周に沿う縁部分が
ベース対向領域13C内に入り込んでいる。また、他方
のZ軸加速度検出用電極DZ2及びDZ4は、大部分が
外側応力発生領域13Dの外周側部分(径方向外側の部
分)に対応する面上に位置するように形成されており、
外側応力発生領域13Dの外周に沿う縁部分が追加重錘
対向領域13E内に入り込んでいる。Z軸出力電極OZ
はX軸出力電極OXと同様に矩形の形状を有しており、
ベース対向領域13C上に位置するように形成されてい
る。本例では、X軸加速度検出用電極DX1,DX2、
Y軸加速度検出用電極DY1,DY2、Z軸加速度検出
用電極DZ1〜DZ4を銀ペーストを用いてスクリーン
印刷により10μmの厚みに形成した後に、接続線L1
〜L6を銀ペーストによりスクリーン印刷により形成し
て検出用電極パターンE1 を形成した。
The Z-axis electrode pattern 19 includes a pair of Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1, DZ connected by a connection line L4.
2, a pair of Z-axis acceleration detecting electrodes DZ3 and DZ4 connected by a connection line L5, and a Z-axis output electrode OZ are connected by a connection line L6. Two pairs of electrodes for Z-axis acceleration detection (DZ1, DZ2) and (DZ3, DZ3
Z4), one of the electrodes DZ1 for Z-axis acceleration detection
And DZ3 are arranged adjacent to the base 5, and the other Z-axis acceleration detecting electrodes DZ2 and DZ4 are arranged adjacent to the additional weight 7. More specifically, one of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 and DZ3 is
Most of the outer stress generating region 13D is formed so as to be located on a surface corresponding to an inner peripheral side portion (radially inner portion) of the outer stress generating region 13D, and an edge portion along the inner periphery of the outer stress generating region 13D faces the base. It has entered the area 13C. The other Z-axis acceleration detection electrodes DZ2 and DZ4 are formed so that most of them are located on a surface corresponding to the outer peripheral side portion (radially outer portion) of the outer stress generating region 13D.
An edge portion along the outer periphery of the outer stress generation region 13D enters the additional weight facing region 13E. Z-axis output electrode OZ
Has a rectangular shape like the X-axis output electrode OX,
It is formed so as to be located on the base facing region 13C. In this example, the X-axis acceleration detection electrodes DX1, DX2,
After forming the Y-axis acceleration detecting electrodes DY1 and DY2 and the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 to DZ4 by screen printing using silver paste to a thickness of 10 μm, the connection line L1 is formed.
To L6 were formed by screen printing using a silver paste to form a detection electrode pattern E1.

【0034】一方のZ軸加速度検出用電極DZ1及びD
Z3並びに他方のZ軸加速度検出用電極DZ2及びDZ
4に対応する圧電セラミックス基板9aの各部分は、各
部分に同種類の応力が発生したときに、一方のZ軸加速
度検出用電極DZ1及びDZ3と他方のZ軸加速度検出
用電極DZ2及びDZ4とにはそれぞれ逆極性の自発分
極電荷が現れるように分極されている。この例では、Z
軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4に対応する圧電セラ
ミックス基板9aの各部分に引っ張り応力が発生したと
きに、一方のZ軸加速度検出用電極DZ1及びDZ3に
マイナスの自発分極電荷が現れ、他方のZ軸加速度検出
用電極DZ2及びDZ4にプラスの自発分極電荷が現れ
るように分極処理が施されている。別の見方で説明する
と、Z軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4に対応する圧
電セラミックス基板9aの基板延長部の各部分に圧縮応
力が発生したときに、一方のZ軸加速度検出用電極DZ
1及びDZ3にプラスの自発分極電荷が現れ、他方のZ
軸加速度検出用電極DZ2及びDZ4にマイナスの自発
分極電荷が現れるように分極処理が施されている。ま
た、本例では、ある大きさの加速度がZ軸方向に作用し
たときZ軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4から得られ
る合成の出力(Z軸加速度検出信号)が、それと同じ大
きさの加速度がX軸方向またはY軸方向に作用したとき
にX軸加速度検出用電極DX1,DX2から得られる合
成の出力(X軸加速度検出信号)またはY軸加速度検出
用電極DY1,DY2から得られる合成の出力(Y軸加
速度検出信号)と実質的に等しくなるように、Z軸加速
度検出用電極DZ1〜DZ4及び追加重錘7の寸法及び
形状が設計されている。
One Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 and DZ
Z3 and the other Z-axis acceleration detecting electrodes DZ2 and DZ
Each of the portions of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to No. 4 has one Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 and DZ3 and the other Z-axis acceleration detecting electrodes DZ2 and DZ4 when the same type of stress is generated in each portion. Are polarized such that spontaneous polarization charges of opposite polarities appear. In this example, Z
When tensile stress is generated in each part of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the axial acceleration detecting electrodes DZ1 to DZ4, a negative spontaneous polarization charge appears on one of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 and DZ3, and the other Z The polarization processing is performed so that a positive spontaneous polarization charge appears on the axial acceleration detection electrodes DZ2 and DZ4. In other words, when a compressive stress is generated in each part of the substrate extension of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 to DZ4, one of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ
1 and DZ3 show a positive spontaneous polarization charge and the other Z
Polarization processing is performed so that negative spontaneous polarization charges appear on the axial acceleration detection electrodes DZ2 and DZ4. Further, in this example, when an acceleration of a certain magnitude acts in the Z-axis direction, a combined output (Z-axis acceleration detection signal) obtained from the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 to DZ4 is an acceleration of the same magnitude as the acceleration. A combined output (X-axis acceleration detection signal) obtained from the X-axis acceleration detection electrodes DX1 and DX2 when acting in the X-axis direction or the Y-axis direction, or a composite output obtained from the Y-axis acceleration detection electrodes DY1 and DY2. The dimensions and shape of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 to DZ4 and the additional weight 7 are designed to be substantially equal to (Y-axis acceleration detection signal).

【0035】本例の圧電型三軸加速度センサでは、図2
(A)の模式図に示すように、Z軸方向の加速度A3が
追加重錘7に作用すると、一方のZ軸加速度検出用電極
DZ1及びDZ3に対応する圧電セラミックス基板9a
の基板延長部の各部分には、圧縮応力が発生し、Z軸加
速度検出用電極DZ1及びDZ3には、プラスの自発分
極電荷が現れる。また、他方のZ軸加速度検出用電極D
Z2及びDZ4に対応する圧電セラミックス基板9aの
基板延長部の各部分には、引っ張り応力が発生し、Z軸
加速度検出用電極DZ2及びDZ4にもプラスの自発分
極電荷が現れる。これによりZ軸方向の加速度が検出さ
れる。
In the piezoelectric type triaxial acceleration sensor of this embodiment, FIG.
As shown in the schematic diagram of (A), when the acceleration A3 in the Z-axis direction acts on the additional weight 7, the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to one of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 and DZ3.
Compressive stress is generated in each portion of the substrate extension portion, and a positive spontaneous polarization charge appears in the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 and DZ3. Also, the other Z-axis acceleration detecting electrode D
Tensile stress is generated in each portion of the substrate extension portion of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to Z2 and DZ4, and positive spontaneous polarization charges also appear on the Z-axis acceleration detection electrodes DZ2 and DZ4. Thereby, the acceleration in the Z-axis direction is detected.

【0036】また、図2(B)の模式図に示すように、
Y軸方向の加速度A4が追加重錘7に作用すると、一方
のZ軸加速度検出用電極DZ1及び他方のZ軸加速度検
出用電極DZ2に対応する圧電セラミックス基板9aの
基板延長部の各部分には、圧縮応力が発生し、一方のZ
軸加速度検出用電極DZ1にはプラスの自発分極電荷が
現れ、他方のZ軸加速度検出用電極DZ2にはマイナス
の自発分極電荷が現れる。また、一方のZ軸加速度検出
用電極DZ3及び他方のZ軸加速度検出用電極DZ4に
対応する圧電セラミックス基板9aの基板延長部の各部
分には、引っ張り応力が発生し、一方のZ軸加速度検出
用電極DZ3にはマイナスの自発分極電荷が現れ、他方
のZ軸加速度検出用電極DZ4にはプラスの自発分極電
荷が現れる。そのため、Y軸方向の加速度の発生に対し
ては、Z軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4に発生した
自発分極電荷は互いに打ち消し合い、Z軸方向に加速度
が作用していることを示す信号が誤って出力されること
はない。またX軸方向の加速度の発生に対してもY軸方
向の加速度と同様にZ軸方向に加速度が作用しているこ
とを示す信号が誤って出力されることはない。
Also, as shown in the schematic diagram of FIG.
When the acceleration A4 in the Y-axis direction acts on the additional weight 7, the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to one of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 and the other Z-axis acceleration detecting electrode DZ2 has a portion extending from the substrate. , Compressive stress is generated, and one Z
A positive spontaneous polarization charge appears on the axial acceleration detection electrode DZ1, and a negative spontaneous polarization charge appears on the other Z-axis acceleration detection electrode DZ2. Further, a tensile stress is generated in each portion of the substrate extension portion of the piezoelectric ceramic substrate 9a corresponding to one of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ3 and the other Z-axis acceleration detecting electrode DZ4, and one of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ3 is detected. A negative spontaneous polarization charge appears on the electrode DZ3, and a positive spontaneous polarization charge appears on the other Z-axis acceleration detection electrode DZ4. Therefore, when the acceleration in the Y-axis direction is generated, the spontaneously polarized charges generated in the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 to DZ4 cancel each other out, and a signal indicating that the acceleration is acting in the Z-axis direction is erroneous. Will not be output. Also, with respect to the generation of the acceleration in the X-axis direction, a signal indicating that the acceleration is acting in the Z-axis direction as in the Y-axis direction is not erroneously output.

【0037】なお、本例では、基板延長部(13D,1
3E)の表面上のみにZ軸加速度検出用電極DZ1〜D
Z4を配置している。しかしながら複数のZ軸加速度検
出用電極の一部(符号DZ5で示した電極)を、これら
のZ軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4とは別に、重錘
3により変位する圧電セラミックス基板39aの部分
(X軸加速度検出用電極、Y軸加速度検出用電極が配置
されている部分)に配置してもよい。このようにした場
合には、Z軸加速度検出用電極DZ1〜DZ4の出力と
Z軸加速度検出用電極DZ5…の出力の合計がZ軸加速
度検出信号になる。
In this example, the substrate extension (13D, 1
3E) Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1-D
Z4 is arranged. However, apart from these Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 to DZ4, a part of the plurality of Z-axis acceleration detecting electrodes (electrodes indicated by reference symbol DZ5) is separated from the piezoelectric ceramic substrate 39a by the weight 3 ( (The portion where the X-axis acceleration detecting electrode and the Y-axis acceleration detecting electrode are disposed). In this case, the sum of the outputs of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 to DZ4 and the outputs of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ5... Becomes a Z-axis acceleration detection signal.

【0038】図3(A)は、本発明の他の実施の形態の
圧電型三軸加速度センサの概略平面図であり、図3
(B)は、図3(A)のB−B線断面図である。本実施
の形態の圧電型三軸加速度センサは、ベース5の外側の
構造が図1(A)及び(B)に示す圧電型三軸加速度セ
ンサと異なっている。本例では、X軸方向外側及びY軸
方向外側にそれぞれ延びる略矩形の二組の一対の基板延
長片セグメント21X,21Y…により圧電セラミック
ス基板39aの基板延長部分が構成されている。即ち、
X軸方向にそれぞれ延びる一対の基板延長片セグメント
21X,21Xは、180度の角度の間隔をあけて配置
され、Y軸方向にそれぞれ延びる一対の基板延長片セグ
メント21Y,21Yは、180度の角度の間隔をあけ
て配置されている。また、ダイアフラム31のダイアフ
ラム延長部分31bは二組の一対の基板延長セグメント
21X,21Y…を支持する二組の一対のダイアフラム
延長セグメント23…により構成されている。これらの
ダイアフラム延長セグメント23…も基板延長片セグメ
ント21…と同様にほぼ矩形の形状を有している。した
がって、ダイアフラム31は、円板から4つの矩形形状
のセグメントが突出した形状を有している。
FIG. 3A is a schematic plan view of a piezoelectric three-axis acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a sectional view taken along line BB of FIG. The structure of the piezoelectric three-axis acceleration sensor of the present embodiment is different from the structure of the piezoelectric three-axis acceleration sensor shown in FIGS. In this example, a pair of substantially rectangular substrate extension piece segments 21X, 21Y... Extending outward in the X-axis direction and outward in the Y-axis direction constitute a substrate extension portion of the piezoelectric ceramic substrate 39a. That is,
A pair of substrate extension piece segments 21X, 21X each extending in the X-axis direction are arranged at an interval of 180 degrees, and a pair of substrate extension piece segments 21Y, 21Y respectively extending in the Y-axis direction form an angle of 180 degrees. Are arranged at intervals. The diaphragm extension portion 31b of the diaphragm 31 is constituted by two pairs of diaphragm extension segments 23 that support two pairs of substrate extension segments 21X, 21Y. Each of the diaphragm extension segments 23 has a substantially rectangular shape like the substrate extension piece segments 21. Therefore, the diaphragm 31 has a shape in which four rectangular segments project from the disk.

【0039】追加重錘37…は、4つのダイアフラム延
長セグメント23…にそれぞれ1つずつ設けられてい
る。追加重錘37は円柱形状を有しており、ダイアフラ
ム31,重錘3,ベース5と真鍮からなる金属材料によ
り一体に成形されている。
Each of the additional weights 37 is provided for each of the four diaphragm extension segments 23. The additional weight 37 has a cylindrical shape, and is integrally formed of a metal material made of the diaphragm 31, the weight 3, the base 5 and brass.

【0040】また、Z軸電極パターン49は、4つのZ
軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´と、Z軸出力電
極OZ´とが接続線L7により接続された構造を有して
いる。Z軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´はいず
れも基板延長片セグメント21…に対応して、それぞれ
1つずつ設けられている。具体的に説明すると、Z軸加
速度検出用電極DZ1´〜DZ4´は、主として基板延
長片セグメント21X,21Yの追加重錘37と対向し
ない領域(追加重錘37とベース5との間)43D…の
上に形成されており、一部が追加重錘37と対向する領
域43E内に入り込んでいる。各Z軸出力電極OZ´は
矩形の形状を有しており、ベース対向領域43C上に位
置するように形成されている。また対向電極パターンE
12は、検出用電極パターンE11の加速度検出用電極DX
1,DX2,DY1,DY2,DZ1´〜DZ4´と対
向する部分に形成されている。
The Z-axis electrode pattern 49 has four Z-axis electrode patterns.
It has a structure in which the axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4' and the Z-axis output electrode OZ 'are connected by a connection line L7. Each of the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 ′ to DZ4 ′ is provided one by one in correspondence with the board extension piece segments 21. More specifically, the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4' are mainly areas (not between the additional weight 37 and the base 5) 43D of the board extension piece segments 21X and 21Y that do not face the additional weight 37. And a part thereof enters the region 43 </ b> E facing the additional weight 37. Each Z-axis output electrode OZ 'has a rectangular shape and is formed so as to be located on the base facing region 43C. Also, the counter electrode pattern E
12 is an acceleration detection electrode DX of the detection electrode pattern E11.
1, DX2, DY1, DY2, DZ1 'to DZ4'.

【0041】Z軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´
に対応する基板延長片セグメント21の各部分は、同種
類の応力が発生したときに各電極に同極性の自発分極電
荷が現れるように分極されている。この例では、Z軸加
速度検出用電極DZ1´〜DZ4´に対応する基板延長
片セグメント21X,21Yの各部分に引っ張り応力が
発生したときに、Z軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ
4´にマイナスの自発分極電荷が現れるように分極処理
が施されている。別の見方で説明すると、Z軸加速度検
出用電極DZ1´〜DZ4´に対応する基板延長片セグ
メント21X,21Yの各部分に圧縮応力が発生したと
きに、Z軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´にプラ
スの自発分極電荷が現れるように分極処理が施されてい
る。また、この例でも、ある大きさの加速度がZ軸方向
に作用したときに、Z軸加速度検出用電極DZ1´〜D
Z4´に現れる自発分極電荷に基づく合成出力が、同じ
大きさの加速度がX軸方向またはY軸方向に作用したと
きにX軸加速度検出用電極DX1,DX2及びY軸加速
度検出用電極DY1,DY2にそれぞれ現れる自発分極
電荷に基づいて得た各出力とほぼ等しくなるように、Z
軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´及び追加重錘3
7の寸法及び形状は設計されている。
Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 'to DZ4'
Are respectively polarized so that spontaneous polarization charges of the same polarity appear on each electrode when the same type of stress is generated. In this example, when tensile stress is generated in each of the board extension piece segments 21X and 21Y corresponding to the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4', the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4 are generated.
The polarization process is performed so that a negative spontaneous polarization charge appears at 4 '. In other words, when compressive stress is generated in each of the board extension piece segments 21X and 21Y corresponding to the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4', the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'to DZ4 are generated. 'Has been subjected to a polarization treatment so that a positive spontaneous polarization charge appears. Also in this example, when acceleration of a certain magnitude acts in the Z-axis direction, the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 'to DZ1
When the combined output based on the spontaneous polarization charge appearing in Z4 'is applied with the same magnitude of acceleration in the X-axis direction or the Y-axis direction, the X-axis acceleration detection electrodes DX1, DX2 and the Y-axis acceleration detection electrodes DY1, DY2 Z is set to be substantially equal to each output obtained based on the spontaneous polarization charge appearing at
Axial acceleration detecting electrodes DZ1 'to DZ4' and additional weight 3
The dimensions and shape of 7 are designed.

【0042】本例の圧電型三軸加速度センサでは、図4
(A)の模式図に示すように、Z軸方向の加速度A5が
追加重錘37に作用すると、Z軸加速度検出用電極DZ
2´,DZ4´に対応する基板延長片セグメント21
Y,21Yには、全域に亘って圧縮応力が発生し、Z軸
加速度検出用電極DZ2´,DZ4´にプラスの自発分
極電荷が現れる。なお、このときZ軸加速度検出用電極
DZ1´,DZ3´に対応する基板延長片セグメント2
1X,21Xの各部分にも圧縮応力が発生し、Z軸加速
度検出用電極DZ1´,DZ3´にもプラスの自発分極
電荷が現れる。これによりZ軸方向の加速度が検出され
る。
In the piezoelectric type triaxial acceleration sensor of this embodiment, FIG.
As shown in the schematic diagram of (A), when the acceleration A5 in the Z-axis direction acts on the additional weight 37, the Z-axis acceleration detection electrode DZ
Board extension piece segment 21 corresponding to 2 ', DZ4'
In Y and 21Y, compressive stress is generated over the entire region, and positive spontaneous polarization charges appear on the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ2 ′ and DZ4 ′. At this time, the board extension piece segment 2 corresponding to the Z-axis acceleration detection electrodes DZ1 'and DZ3'
Compressive stress is also generated in each of the portions 1X and 21X, and positive spontaneous polarization charges also appear in the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 'and DZ3'. Thereby, the acceleration in the Z-axis direction is detected.

【0043】また、図4(B)の模式図に示すように、
Y軸方向の加速度A6が追加重錘37に作用すると、Z
軸加速度検出用電極DZ2´に対応する一方の基板延長
片セグメント21Yの部分には、圧縮応力が発生し、Z
軸加速度検出用電極DZ2´にはプラスの自発分極電荷
が現れる。また、Z軸加速度検出用電極DZ4´に対応
する他方の基板延長片セグメント21Yの部分には、引
っ張り応力が発生し、Z軸加速度検出用電極DZ4´に
はマイナスの自発分極電荷が現れる。そのため、Z軸加
速度検出用電極DZ2´及びDZ4´に発生した自発分
極電荷は互いに打ち消し合う。また、基板延長片セグメ
ント21X,21Xには共にひねりの応力が発生するだ
けで、Z軸加速度検出用電極DZ1´,DZ3´からは
出力が出ない。そのため、Y軸方向の加速度が作用した
ときにZ軸方向の加速度が作用していることを示す信号
が誤って出力されることはない。また、X軸方向の加速
度が作用したときにも同様の理由でZ軸方向の加速度が
作用していることを示す信号が誤って出力されることは
ない。
As shown in the schematic diagram of FIG.
When the acceleration A6 in the Y-axis direction acts on the additional weight 37, Z
Compressive stress is generated in a portion of the one substrate extension piece segment 21Y corresponding to the axial acceleration detection electrode DZ2 ', and Z
A positive spontaneous polarization charge appears on the axial acceleration detection electrode DZ2 '. Further, a tensile stress is generated in a portion of the other substrate extension piece segment 21Y corresponding to the Z-axis acceleration detection electrode DZ4 ', and a negative spontaneous polarization charge appears in the Z-axis acceleration detection electrode DZ4'. Therefore, the spontaneously polarized charges generated in the Z-axis acceleration detection electrodes DZ2 'and DZ4' cancel each other out. Further, only a twisting stress is generated in both of the board extension piece segments 21X, 21X, and no output is produced from the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 ', DZ3'. Therefore, a signal indicating that the acceleration in the Z-axis direction is acting when the acceleration in the Y-axis direction acts is not erroneously output. Also, when the acceleration in the X-axis direction is applied, a signal indicating that the acceleration in the Z-axis direction is applied is not erroneously output for the same reason.

【0044】なお、本例では、基板延長部(43D,4
3E)の表面上のみにZ軸加速度検出用電極DZ1´〜
DZ4´を配置している。しかしながら複数のZ軸加速
度検出用電極の一部(符号DZ5´で示した電極)を、
これらのZ軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ4´とは
別に、重錘3により変位する圧電セラミックス基板39
aの部分(X軸加速度検出用電極、Y軸加速度検出用電
極が配置されている部分)に配置してもよい。このよう
にした場合には、Z軸加速度検出用電極DZ1´〜DZ
4´の出力とZ軸加速度検出用電極DZ5´…の出力の
合計がZ軸加速度検出信号になる。
In this example, the substrate extension portions (43D, 4D)
3E) Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 ′ to
DZ4 'is arranged. However, some of the plurality of electrodes for Z-axis acceleration detection (electrodes indicated by reference symbol DZ5 ') are
Apart from these Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 'to DZ4', a piezoelectric ceramic substrate 39 displaced by the weight 3 is provided.
It may be arranged at the part a (the part where the X-axis acceleration detecting electrode and the Y-axis acceleration detecting electrode are arranged). In this case, the Z-axis acceleration detecting electrodes DZ1 'to DZ1
4 ′ and the output of the Z-axis acceleration detection electrodes DZ5 ′... Become the Z-axis acceleration detection signal.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムのベース
の内側の領域(圧電セラミックス基板の中心部分)で
は、重錘の変位により圧電セラミックス基板が撓んでX
軸加速度検出用電極及びY軸加速度検出用電極に自発分
極電荷が現れてX軸方向及びY軸方向の加速度が検出さ
れる。また、ダイアフラムのベースの外側の領域(圧電
セラミックス基板の基板延長部)では、追加重錘の変位
により圧電セラミックス基板の基板延長部が撓んでZ軸
加速度検出用電極に自発分極電荷が現れてZ軸方向の加
速度が検出される。そのため、圧電セラミックス基板の
基板延長部において、Z軸加速度検出用電極,追加重錘
等の寸法、形状及び重さを変えることにより、Z軸加速
度信号の大きさを任意に設定できる。その結果、Z軸加
速度信号の大きさをX軸加速度信号及びY軸加速度信号
の大きさと同じにすることができる。そのため、1つの
ダイアフラムを用いて、信号増幅回路を用いなくても、
加速度信号の出力レベルを一致させることができる圧電
型三軸加速度センサを得ることができる。また、X軸加
速度信号,Y軸加速度信号及びZ軸加速度信号の信号レ
ベルを同じにできるので、増幅回路を用いるとしても、
各方向の加速度信号に応じて増幅度を変える必要がなく
なるので、増幅回路の構成及び設計が簡単になる。
According to the present invention, in the region inside the base of the diaphragm (the center portion of the piezoelectric ceramic substrate), the piezoelectric ceramic substrate is bent by the displacement of the weight and X
Spontaneous polarization charges appear on the axis acceleration detecting electrode and the Y axis acceleration detecting electrode, and the accelerations in the X axis direction and the Y axis direction are detected. In addition, in the region outside the base of the diaphragm (the substrate extension of the piezoelectric ceramic substrate), the extension of the substrate of the piezoelectric ceramic substrate bends due to the displacement of the additional weight, and spontaneous polarization charges appear on the Z-axis acceleration detection electrode, and Z An axial acceleration is detected. Therefore, the magnitude of the Z-axis acceleration signal can be arbitrarily set by changing the size, shape, and weight of the Z-axis acceleration detection electrode, the additional weight, and the like in the substrate extension portion of the piezoelectric ceramic substrate. As a result, the magnitude of the Z-axis acceleration signal can be made equal to the magnitude of the X-axis acceleration signal and the magnitude of the Y-axis acceleration signal. Therefore, using one diaphragm, without using a signal amplification circuit,
A piezoelectric three-axis acceleration sensor that can match the output levels of the acceleration signals can be obtained. Further, since the signal levels of the X-axis acceleration signal, the Y-axis acceleration signal, and the Z-axis acceleration signal can be made equal, even if an amplifier circuit is used,
Since it is not necessary to change the degree of amplification according to the acceleration signal in each direction, the configuration and design of the amplifier circuit are simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)は、本発明の一実施の形態の圧電型三軸
加速度センサの概略平面図であり、(B)は、図1
(A)のB−B線断面図である。
FIG. 1A is a schematic plan view of a piezoelectric three-axis acceleration sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG.
It is a BB sectional view taken on the line of (A).

【図2】(A)は、図1に示す実施の形態の圧電型三軸
加速度センサにおいて、Z軸方向の加速度が追加重錘に
作用した場合のZ軸加速度検出用電極の自発分極電荷を
説明するために用いる図であり、(B)はY軸方向の加
速度が追加重錘に作用した場合のZ軸加速度検出用電極
の自発分極電荷を説明するために用いる模式図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating the spontaneous polarization charge of the Z-axis acceleration detecting electrode when acceleration in the Z-axis direction acts on an additional weight in the piezoelectric triaxial acceleration sensor of the embodiment shown in FIG. It is a figure used for description, and (B) is a mimetic diagram used for explaining spontaneous polarization charge of the electrode for Z-axis acceleration detection when acceleration in the direction of the Y-axis acts on an additional weight.

【図3】(A)は、本発明の他の実施の形態の圧電型三
軸加速度センサの概略平面図であり、(B)は、図3
(A)のB−B線断面図である。本発明の実施の形態の
加速度検出装置に用いる加速度センサの平面図である。
3A is a schematic plan view of a piezoelectric three-axis acceleration sensor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a plan view of FIG.
It is a BB sectional view taken on the line of (A). FIG. 2 is a plan view of an acceleration sensor used in the acceleration detection device according to the embodiment of the present invention.

【図4】(A)は、図3に示す実施の形態の圧電型三軸
加速度センサにおいて、Z軸方向の加速度が追加重錘に
作用した場合のZ軸加速度検出用電極の自発分極電荷を
説明するために用いる図であり、(B)はY軸方向の加
速度が追加重錘に作用した場合のZ軸加速度検出用電極
の自発分極電荷を説明するために用いる模式図である。
FIG. 4 (A) shows the spontaneous polarization charge of the Z-axis acceleration detecting electrode when the acceleration in the Z-axis direction acts on the additional weight in the piezoelectric triaxial acceleration sensor of the embodiment shown in FIG. It is a figure used for description, and (B) is a mimetic diagram used for explaining spontaneous polarization charge of the electrode for Z-axis acceleration detection when acceleration in the direction of the Y-axis acts on an additional weight.

【図5】従来の圧電型三軸加速度センサで用いる圧電セ
ラミックス基板の表面上に形成する基本電極パターンを
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a basic electrode pattern formed on the surface of a piezoelectric ceramic substrate used in a conventional piezoelectric three-axis acceleration sensor.

【図6】(A)は、従来の圧電型三軸加速度センサにお
いて、X軸方向の加速度が追加重錘に作用した場合のX
軸加速度検出用電極の自発分極電荷を説明するために用
いる図であり、(B)はZ軸方向の加速度が追加重錘に
作用した場合のZ軸加速度検出用電極の自発分極電荷を
説明するために用いる模式図である。
FIG. 6A is a diagram illustrating a conventional piezoelectric three-axis acceleration sensor in which X-axis acceleration is applied to an additional weight,
It is a figure used for explaining the spontaneous polarization charge of the electrode for axial acceleration detection, (B) explains the spontaneous polarization charge of the electrode for Z-axis acceleration detection when acceleration in the Z-axis direction acts on an additional weight. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ダイアフラム 1b ダイアフラム延長部 3 重錘 5 ベース 7,37 追加重錘 9 加速度検出素子 9a,39a 圧電セラミックス基板 21 基板延長片セグメント 23 ダイアフラム延長セグメント E1 ,E11 検出用電極パターン E2 ,E12 対向電極パターン DX1,DX2 X軸加速度検出用電極 DY1,DY2 Y軸加速度検出用電極 DZ1〜DZ4,DZ1´〜DZ4´ Z軸加速度検出
用電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diaphragm 1b Diaphragm extension part 3 Weight 5 Base 7, 37 Additional weight 9 Acceleration detecting element 9a, 39a Piezoelectric ceramic substrate 21 Substrate extension piece segment 23 Diaphragm extension segment E1, E11 Detection electrode pattern E2, E12 Counter electrode pattern DX1 , DX2 X-axis acceleration detection electrodes DY1, DY2 Y-axis acceleration detection electrodes DZ1 to DZ4, DZ1 'to DZ4' Z-axis acceleration detection electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢井 努 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 Fターム(参考) 2F051 AA21 AB08 AC01 DA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tsutomu Sawai 3158 Shimookubo, Osawano-cho, Kamishinkawa-gun, Toyama F-term (reference) 2F051 AA21 AB08 AC01 DA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相互に直交するX軸方向、Y軸方向及び
Z軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するためのX軸
加速度検出用電極、Y軸加速度検出用電極及びZ軸加速
度検出用電極を表面上に有し且つ裏面上に前記各検出用
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、 表面に前記圧電セラミックス基板の前記裏面が接合され
たダイアフラムと、 前記ダイアフラムの裏面の中央部に設けられた重錘と、 前記重錘に前記加速度が作用したときに前記重錘の周囲
にある前記圧電セラミックス基板の部分に撓みが生じる
ように前記ダイアフラムを支持するベースとを具備する
圧電型三軸加速度センサであって、 前記X軸加速度検出用電極及び前記Y軸加速度検出用電
極は、前記重錘の変位により生じる前記圧電セラミック
ス基板の前記部分の撓みによって発生する自発分極電荷
によりX軸加速度検出信号及びY軸加速度検出信号が得
られるようにそれぞれ配置され、 前記圧電セラミックス基板及び前記ダイアフラムにはそ
れぞれ前記ベースの外側に延びる基板延長部及びダイア
フラム延長部が設けられ、 前記ダイアフラム延長部の裏面には追加重錘が設けら
れ、 前記Z軸加速度検出用電極は前記追加重錘の変位により
生じる前記基板延長部の撓みにより発生する自発分極電
荷によりZ軸加速度検出信号が得られるように前記基板
延長部の表面上に配置されていることを特徴とする圧電
型三軸加速度センサ。
An X-axis acceleration detection electrode, a Y-axis acceleration detection electrode, and a Z-axis acceleration detection electrode for detecting three-axis accelerations in an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction which are orthogonal to each other. A piezoelectric ceramic substrate having an electrode on the front surface and a counter electrode on the back surface facing each of the detection electrodes; a diaphragm having the front surface joined to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate; and a center of the back surface of the diaphragm And a base supporting the diaphragm so that a portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight is bent when the acceleration acts on the weight. A three-axis acceleration sensor, wherein the X-axis acceleration detection electrode and the Y-axis acceleration detection electrode are located in front of the piezoelectric ceramic substrate caused by displacement of the weight. The piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm are respectively disposed so as to obtain an X-axis acceleration detection signal and a Y-axis acceleration detection signal by spontaneous polarization charges generated by bending of the portion. An additional weight is provided on the back surface of the diaphragm extension, and the Z-axis acceleration detecting electrode is a spontaneously polarized charge generated by the deflection of the substrate extension caused by the displacement of the additional weight. A piezoelectric type three-axis acceleration sensor, which is disposed on the surface of the substrate extension so as to obtain a Z-axis acceleration detection signal.
【請求項2】 前記ダイアフラム、前記重錘、前記ベー
ス及び前記追加重錘は一体に成形されている請求項1に
記載の圧電型三軸加速度センサ。
2. The piezoelectric triaxial acceleration sensor according to claim 1, wherein the diaphragm, the weight, the base, and the additional weight are integrally formed.
【請求項3】 前記ベースは円筒形状を有しており、前
記追加重錘は前記べ一スと同心的に配置された円筒形状
を有している請求項1または2に記載の圧電型三軸加速
度センサ。
3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the base has a cylindrical shape, and the additional weight has a cylindrical shape concentrically arranged with the base. Axial acceleration sensor.
【請求項4】 前記Z軸加速度検出用電極は少なくとも
一対あり、一方のZ軸加速度検出用電極は前記ベースに
隣接して配置され、他方のZ軸加速度検出用電極は前記
追加重錘に隣接して配置され、前記一方のZ軸加速度検
出用電極及び前記他方のZ軸加速度検出用電極に対応す
る前記基板延長部の各部分は互いに逆極性に分極されて
いる請求項3に記載の圧電型三軸加速度センサ。
4. The Z-axis acceleration detecting electrode includes at least one pair, one Z-axis acceleration detecting electrode is disposed adjacent to the base, and the other Z-axis acceleration detecting electrode is adjacent to the additional weight. 4. The piezoelectric device according to claim 3, wherein the portions of the substrate extension corresponding to the one Z-axis acceleration detection electrode and the other Z-axis acceleration detection electrode are polarized to have opposite polarities. Type three-axis acceleration sensor.
【請求項5】 前記基板延長部分は周方向に180度の
角度の間隔をあけて配置された一組以上の対をなす基板
延長片セグメントにより構成され、 前記ダイアフラム延長部分は前記対をなす基板延長セグ
メントを支持する対をなすダイアフラム延長セグメント
により構成され、 前記対をなす基板延長片セグメントに対応してそれぞれ
前記Z軸加速度検出用電極が設けられ、 前記対をなすダイアフラム延長セグメントにそれぞれ対
をなす前記追加重錘が設けられている請求項1または2
に記載の圧電型三軸加速度センサ。
5. The substrate extension portion is constituted by one or more pairs of substrate extension piece segments arranged at intervals of 180 degrees in a circumferential direction, and the diaphragm extension portion is formed by the paired substrate segments. The Z-axis acceleration detection electrodes are provided corresponding to the pair of substrate extension piece segments, respectively. The Z-axis acceleration detection electrodes are provided corresponding to the pair of substrate extension piece segments. 3. The method according to claim 1, wherein the additional weight is provided.
3. The piezoelectric three-axis acceleration sensor according to 1.
【請求項6】 前記Z軸加速度検出用電極に対応する前
記基板延長片セグメントの部分はそれぞれ同極性に分極
されている請求項5に記載の圧電型三軸加速度センサ。
6. The piezoelectric three-axis acceleration sensor according to claim 5, wherein portions of the substrate extension piece segments corresponding to the Z-axis acceleration detection electrodes are respectively polarized to have the same polarity.
【請求項7】 相互に直交するX軸方向、Y軸方向及び
Z軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するための一対
のX軸加速度検出用電極、一対のY軸加速度検出用電極
及び一対以上のZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且
つ裏面上に前記各検出用電極と対向する1以上の対向電
極を有する圧電セラミックス基板と、 表面に前記圧電セラミックス基板の前記裏面が接合され
たダイアフラムと、 前記ダイアフラムの裏面の中央部に設けられた重錘と、 前記重錘に前記加速度が作用したときに前記重錘の周囲
にある前記圧電セラミックス基板の部分に撓みが生じる
ように前記ダイアフラムを支持する円筒状のベースとを
具備する圧電型三軸加速度センサであって、 前記一対のX軸加速度検出用電極は前記重錘を間にして
前記X軸方向に並んで配置され、 前記一対のX軸加速度検出用電極に対応する前記圧電セ
ラミックス基板の部分はそれぞれ逆極性に分極され、 前記一対のY軸加速度検出用電極は前記重錘を間にして
前記Y軸方向に並んで配置され、 前記一対のY軸加速度検出用電極に対応する前記圧電セ
ラミックス基板の部分はそれぞれ逆極性に分極され、 前記圧電セラミックス基板及び前記ダイアフラムにはそ
れぞれ前記ベースの外側に延びる基板延長部及びダイア
フラム延長部が設けられ、 前記ダイアフラム延長部の裏面の外側端部には前記ベー
スと同心的に円筒状の追加重錘が設けられ、 前記一対のZ軸加速度検出用電極の一方のZ軸加速度検
出用電極は前記ベースに隣接して配置され、他方のZ軸
加速度検出用電極は前記追加重錘に隣接して配置され、
前記一方のZ軸加速度検出用電極及び前記他方のZ軸加
速度検出用電極に対応する前記基板延長部の各部分は互
いに逆極性に分極されていることを特徴とする圧電型三
軸加速度センサ。
7. A pair of X-axis acceleration detecting electrodes, a pair of Y-axis acceleration detecting electrodes, and a pair of electrodes for detecting three-axis accelerations in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction orthogonal to each other. A piezoelectric ceramic substrate having the above-described Z-axis acceleration detecting electrode on the front surface and having at least one counter electrode on the back surface facing each of the detection electrodes, and the back surface of the piezoelectric ceramic substrate bonded to the front surface; A diaphragm provided at a central portion of a back surface of the diaphragm, and a portion which is bent so that a portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight is generated when the acceleration acts on the weight. A piezoelectric three-axis acceleration sensor comprising a cylindrical base that supports a diaphragm, wherein the pair of X-axis acceleration detection electrodes are arranged in the X-axis direction with the weight interposed therebetween. The portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of X-axis acceleration detecting electrodes are respectively polarized in opposite polarities, and the pair of Y-axis acceleration detecting electrodes are arranged in the Y-axis direction with the weight interposed therebetween. The portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of Y-axis acceleration detection electrodes are arranged in parallel, and the portions of the piezoelectric ceramic substrate are respectively polarized in opposite polarities, and the piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm each have a substrate extension extending outside the base. A diaphragm extending portion is provided; an additional weight having a cylindrical shape is provided concentrically with the base at an outer end of a back surface of the diaphragm extending portion; and one Z-axis of the pair of Z-axis acceleration detecting electrodes is provided. The acceleration detection electrode is disposed adjacent to the base, the other Z-axis acceleration detection electrode is disposed adjacent to the additional weight,
A piezoelectric three-axis acceleration sensor, wherein each part of the substrate extension corresponding to the one Z-axis acceleration detecting electrode and the other Z-axis acceleration detecting electrode is polarized to have opposite polarities.
【請求項8】 前記一方のZ軸加速度検出用電極は、前
記圧電セラミックス基板の前記ベースと対向する領域内
に入るように形成され、 前記他方のZ軸加速度検出用電極は前記基板延長部の前
記追加重錘と対向する領域と前記追加重錘と対向しない
領域とに跨がるように形成されている請求項7に記載の
圧電型三軸加速度センサ。
8. The one Z-axis acceleration detecting electrode is formed so as to enter a region of the piezoelectric ceramic substrate facing the base, and the other Z-axis acceleration detecting electrode is provided on the substrate extension part. The piezoelectric triaxial acceleration sensor according to claim 7, wherein the piezoelectric three-axis acceleration sensor is formed so as to straddle a region facing the additional weight and a region not facing the additional weight.
【請求項9】 相互に直交するX軸方向、Y軸方向及び
Z軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するための一対
のX軸加速度検出用電極、一対のY軸加速度検出用電極
及び二対のZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且つ裏
面上に前記各検出用電極と対向する1以上の対向電極を
有する圧電セラミックス基板と、 表面に前記圧電セラミックス基板の前記裏面が接合され
たダイアフラムと、 前記ダイアフラムの裏面の中央部に設けられた重錘と、 前記重錘に前記加速度が作用したときに前記重錘の周囲
にある前記圧電セラミックス基板の部分に撓みが生じる
ように前記ダイアフラムを支持する円筒状のベースとを
具備する圧電型三軸加速度センサであって、 前記一対のX軸加速度検出用電極は前記重錘を間にして
前記X軸方向に並んで配置され、 前記一対のX軸加速度検出用電極に対応する前記圧電セ
ラミックス基板の部分はそれぞれ逆極性に分極され、 前記一対のY軸加速度検出用電極は前記重錘を間にして
前記Y軸方向に並んで配置され、 前記一対のY軸加速度検出用電極に対応する前記圧電セ
ラミックス基板の部分はそれぞれ逆極性に分極され、 前記圧電セラミックス基板及び前記ダイアフラムにはそ
れぞれ前記ベースの外側に延びる基板延長部及びダイア
フラム延長部が設けられ、 前記基板延長部分は前記X軸方向外側に延びる一対の基
板延長片セグメント及び前記Y軸方向外側に延びる一対
の基板延長片セグメントにより構成され、 前記ダイアフラム延長部分は二対の前記基板延長セグメ
ントを支持する二対のダイアフラム延長セグメントによ
り構成され、 前記基板延長片セグメントにそれぞれ1つずつ前記Z軸
加速度検出用電極が設けられ、 前記複数のダイアフラム延長セグメントにそれぞれ1つ
ずつ前記追加重錘が設けられ、 すべての前記Z軸加速度検出用電極に対応する前記圧電
セラミックス基板の部分はそれぞれ同極性に分極されて
いることを特徴とする圧電型三軸加速度センサ。
9. A pair of X-axis acceleration detection electrodes, a pair of Y-axis acceleration detection electrodes, and a pair of X-axis acceleration detection electrodes for detecting three-axis accelerations in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, which are orthogonal to each other. A piezoelectric ceramic substrate having a pair of Z-axis acceleration detecting electrodes on the front surface and one or more opposing electrodes on the back surface facing the detection electrodes, and the back surface of the piezoelectric ceramic substrate being joined to the front surface A diaphragm provided at a central portion of a back surface of the diaphragm, and a portion which is bent so that a portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight is generated when the acceleration acts on the weight. A piezoelectric triaxial acceleration sensor comprising a cylindrical base supporting a diaphragm, wherein the pair of X-axis acceleration detecting electrodes are arranged in the X-axis direction with the weight interposed therebetween. The portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of X-axis acceleration detecting electrodes are respectively polarized in opposite polarities, and the pair of Y-axis acceleration detecting electrodes are arranged in the Y-axis direction with the weight therebetween. The portions of the piezoelectric ceramic substrate corresponding to the pair of Y-axis acceleration detection electrodes are respectively polarized in opposite polarities, and the piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm each include a substrate extension extending outside the base and A diaphragm extension portion is provided, wherein the substrate extension portion is constituted by a pair of substrate extension piece segments extending outward in the X-axis direction and a pair of substrate extension piece segments extending outward in the Y-axis direction; The substrate comprises two pairs of diaphragm extension segments supporting the substrate extension segment, The Z-axis acceleration detecting electrode is provided on each of the long piece segments, and the additional weight is provided on each of the plurality of diaphragm extension segments, one for each of the Z-axis acceleration detecting electrodes. A piezoelectric triaxial acceleration sensor, wherein the portions of the piezoelectric ceramic substrate are polarized to have the same polarity.
【請求項10】 前記Z軸加速度検出用電極は、前記基
板延長片セグメントの前記重錘と対向する領域と前記重
錘と対向しない領域に跨がるようにそれぞれ形成されて
いる請求項7または9に記載の圧電型三軸加速度セン
サ。
10. The Z-axis acceleration detecting electrode is formed so as to extend over a region of the substrate extension piece segment facing the weight and a region not facing the weight. 10. The piezoelectric triaxial acceleration sensor according to item 9.
【請求項11】 相互に直交するX軸方向、Y軸方向及
びZ軸方向の三軸の加速度をそれぞれ検出するための複
数のX軸加速度検出用電極、複数のY軸加速度検出用電
極及び複数のZ軸加速度検出用電極を表面上に有し且つ
裏面上に前記各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、 表面に前記圧電セラミックス基板の前記裏面が接合され
たダイアフラムと、 前記ダイアフラムの裏面の中央部に設けられた重錘と、 前記重錘に前記加速度が作用したときに前記重錘の周囲
にある前記圧電セラミックス基板の部分に撓みが生じる
ように前記ダイアフラムを支持するベースとを具備する
圧電型三軸加速度センサであって、 前記複数のZ軸加速度検出用電極の一部の電極,前記X
軸加速度検出用電極及び前記Y軸加速度検出用電極は、
前記重錘の変位により生じる前記圧電セラミックス基板
の前記部分の撓みによって発生する自発分極電荷により
Z軸加速度検出信号の一部,X軸加速度検出信号及びY
軸加速度検出信号が得られるようにそれぞれ配置され、 前記圧電セラミックス基板及び前記ダイアフラムにはそ
れぞれ前記ベースの外側に延びる基板延長部及びダイア
フラム延長部が設けられ、 前記ダイアフラム延長部の裏面には追加重錘が設けら
れ、 前記複数のZ軸加速度検出用電極の残りの電極は、前記
追加重錘の変位により生じる前記基板延長部の撓みによ
り発生する自発分極電荷により前記Z軸加速度検出信号
の残部が得られるように前記基板延長部の表面上に配置
されていることを特徴とする圧電型三軸加速度センサ。
11. A plurality of X-axis acceleration detection electrodes, a plurality of Y-axis acceleration detection electrodes, and a plurality of Y-axis acceleration detection electrodes for detecting three-axis accelerations in X-axis, Y-axis, and Z-axis directions orthogonal to each other. A piezoelectric ceramic substrate having a Z-axis acceleration detection electrode on the front surface and having a counter electrode on the back surface facing each of the detection electrodes, a diaphragm having the front surface joined to the back surface of the piezoelectric ceramic substrate, A weight provided at the center of the back surface of the diaphragm, and supporting the diaphragm such that when the acceleration acts on the weight, a portion of the piezoelectric ceramic substrate around the weight is bent. A piezoelectric type triaxial acceleration sensor comprising: a base; a part of the plurality of Z-axis acceleration detecting electrodes;
The electrode for axis acceleration detection and the electrode for Y axis acceleration detection,
Part of the Z-axis acceleration detection signal, the X-axis acceleration detection signal, and the Y-axis acceleration detection signal are generated by spontaneous polarization charges generated by bending of the portion of the piezoelectric ceramic substrate caused by displacement of the weight.
The piezoelectric ceramic substrate and the diaphragm are respectively provided with a substrate extension and a diaphragm extension extending outside the base, and an additional weight is provided on the back surface of the diaphragm extension. A weight is provided, and the remaining electrodes of the plurality of Z-axis acceleration detection electrodes are configured such that the remainder of the Z-axis acceleration detection signal is generated by spontaneous polarization charges generated by bending of the substrate extension caused by displacement of the additional weight. A piezoelectric three-axis acceleration sensor, which is disposed on the surface of the substrate extension so as to be obtained.
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