JP2001099859A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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JP2001099859A
JP2001099859A JP27896899A JP27896899A JP2001099859A JP 2001099859 A JP2001099859 A JP 2001099859A JP 27896899 A JP27896899 A JP 27896899A JP 27896899 A JP27896899 A JP 27896899A JP 2001099859 A JP2001099859 A JP 2001099859A
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JP
Japan
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piezoelectric element
weight member
acceleration sensor
cap plate
electrode
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JP27896899A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Baba
啓之 馬場
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost and high-performance acceleration sensor little in variation, etc., which simplifies the constitution enough to enable the automation of assembling works and simplifies the detecting part of acceleration. SOLUTION: An insulative post 15a erected in the center of a cap plate 14 is inserted, positioned and fixed in the inner holes of a piezoelectric element 11 and a weight 21 annularly made of the same piezoelectric material, an electrode plane 11a of the piezoelectric element 11 is electrically bonded to a conductive film 12a of the weight 12, a conducting terminal 17 is soldered to the conductive film 12a to bond a conducting pin 21 which pierces the insulation post 15a to form a connector terminal 21 in a connector part 15b, the piezoelectric element 11 and the weight 12 are settled in a case 13 and the cap plate 14 is welded to seal it.

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、振動を電気信号に
変換して加速度を検出する加速度センサに関し、特に車
載用等に用いられ、ノッキング制御・エアバッグ制御な
どを行うための非共振タイプの加速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration by converting vibration into an electric signal, and more particularly to a non-resonant type for use in a vehicle and the like for performing knocking control, airbag control, and the like. It relates to an acceleration sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、実用化されている加速度セン
サとしては、加えられた加速度を電磁型、圧電型、半導
体型等の種々の方式により検出するものが知られてお
り、そのうちの圧電型にあっては、圧電素子に加えられ
る応力で生じる電圧によって加速度を検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, acceleration sensors that have been put into practical use are known which detect an applied acceleration by various methods such as an electromagnetic type, a piezoelectric type, and a semiconductor type. In the method, acceleration is detected by a voltage generated by a stress applied to the piezoelectric element.

【0003】この種の圧電型の加速度センサとしては、
例えば、図5および図6に示すようなものがあり、この
加速度センサは、ドーナツ形状に形成して片面に電極1
aを形成した圧電素子1により構成されており、圧電素
子1は、ケース基部2に立設した支柱2aに溶接等する
ことにより電気的に接合支持させた円盤形状の金属振動
板3の片面(または両面でもよい)に、接着剤等により
電極1aの反対側を電気的に接合固定されている。
[0003] As this kind of piezoelectric acceleration sensor,
For example, as shown in FIGS. 5 and 6, this acceleration sensor is formed in a donut shape and has an electrode 1 on one surface.
a is formed on one side of a disk-shaped metal vibration plate 3 which is electrically joined and supported by welding or the like to a support 2a erected on the case base 2 by welding or the like. Alternatively, the opposite side of the electrode 1a may be electrically bonded and fixed by an adhesive or the like.

【0004】この圧電素子1は、ケース基部2がエンジ
ンなどの測定対象物に固定するためのネジ部2bを有し
て金属振動体3と共にアースとなる一方、電極1aとワ
イヤボンディングにより電気的に接続されたピン5がケ
ースカバー6のコネクタ部6a内で外部に臨んで出力端
子とされている。なお、ケースカバー6は、ケース基部
2内に挿入して端部2cをかしめることにより固定され
ており、ケース基部2との間の端面間にOリング7を挟
むことにより信頼性の高い防水構造で固定されている。
In this piezoelectric element 1, a case base 2 has a screw portion 2b for fixing to an object to be measured such as an engine and is grounded together with a metal vibrator 3, while being electrically connected to an electrode 1a by wire bonding. The connected pins 5 face the outside in the connector portion 6a of the case cover 6 and serve as output terminals. The case cover 6 is fixed by inserting it into the case base 2 and caulking the end 2 c. By inserting the O-ring 7 between the end surfaces between the case cover 6 and the case base 2, highly reliable waterproofing is achieved. Fixed in structure.

【0005】この加速度センサは、加えられた振動で振
動板3と共に圧電素子1が振動することによって、ケー
ス基板(アース)2とピン(出力端子)5との間に電圧
が発生するので、その電圧を出力として取り出して加速
度(外部振動)を検出するようになっており、一定加速
度に対しては、図7に示すように、共振点f0付近では
高いQを得られる一方、中・低周波数領域では平坦とな
る周波数特性であるので、使用目的に応じて平坦部また
はf0近傍の振動出力を使用する。
In this acceleration sensor, a voltage is generated between the case substrate (earth) 2 and the pin (output terminal) 5 when the piezoelectric element 1 vibrates together with the vibration plate 3 by the applied vibration. A voltage is taken out as an output to detect acceleration (external vibration). For a constant acceleration, a high Q can be obtained near the resonance point f0 as shown in FIG. Since the frequency characteristics are flat in the region, a vibration output in the vicinity of the flat portion or f0 is used depending on the purpose of use.

【0006】なお、図5に示す構造の加速度センサ以外
にも、円形に形成した圧電素子の周縁部をクランプする
タイプ、棒状の振動体に形成した圧電素子を片持ちに固
定するタイプ等の種々の方式があり、また、インピーダ
ンス変換回路・アンプ回路等を内部に内蔵するタイプも
ある。さらに、例えば、圧電素子1の電極1aを径の異
なるリング状に分割し、検出用と自己診断用(駆動用)
として使用し自己診断機能を有するタイプもある。
In addition to the acceleration sensor having the structure shown in FIG. 5, there are various types such as a type that clamps the periphery of a piezoelectric element formed in a circular shape, a type that fixes a piezoelectric element formed in a rod-shaped vibrating body to a cantilever, and the like. There is also a type in which an impedance conversion circuit, an amplifier circuit, and the like are built in. Further, for example, the electrode 1a of the piezoelectric element 1 is divided into rings having different diameters, and is used for detection and self-diagnosis (for driving).
There is also a type that has a self-diagnosis function used as a self-diagnosis function.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の加速度センサにあっては、圧電素子1と振動
板3を一体にして振動体とするので、高精度に安定し
て作製するのが困難であり、寸法等のバラツキが感度や
特性等のバラツキの要因になるとともに、不良率を低減
させることを難しくし、特に共振点近傍で使用する共
振タイプではf0のバラツキ幅が重要であることから寸
法精度の高い部品およびその組立が必要となってコスト
高になる一方、非共振タイプとして平坦部で使用する場
合にはf0を高く設定するため感度が低くなってしま
い、また、構成が複雑で自動組立に適さないので寸法
精度の向上やコストの削減を困難にしている、という問
題があった。
However, in such a conventional acceleration sensor, since the piezoelectric element 1 and the vibration plate 3 are integrated into a vibrating body, it is necessary to stably manufacture it with high accuracy. Difficulty, variations in dimensions, etc., cause variations in sensitivity, characteristics, etc., and make it difficult to reduce the defect rate. In particular, the variation width of f0 is important for a resonance type used near the resonance point. Therefore, a component with high dimensional accuracy and its assembly are required, which increases the cost. On the other hand, when the flat portion is used as a non-resonant type, the f0 is set to be high, so that the sensitivity is low and the configuration is complicated. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve dimensional accuracy and reduce costs because it is not suitable for automatic assembly.

【0008】そこで、本発明は、上記問題を解決するた
めに、構成を簡易にすることにより、組立の自動化を可
能にすると共に、加速度の検出部分をシンプルにして、
バラツキ等の少ない低価格で高性能な加速度センサを提
供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention makes it possible to automate the assembly by simplifying the structure and to simplify the acceleration detecting portion.
It is an object of the present invention to provide a low-cost, high-performance acceleration sensor with little variation or the like.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
の発明は、対向する両平面を電極面として該電極面間の
厚み方向に分極された圧電素子により構成され、該電極
面間に発生する電圧により加速度を検出する加速度セン
サにおいて、前記圧電素子の一方の電極面に重りとして
機能する重り部材を接合し、該重り部材を導電材料によ
り形成することにより、あるいは該重り部材を前記圧電
素子と同等の膨張係数の材料で形成するとともに外面に
導電膜を形成することにより、前記圧電素子の前記電極
面を該重り部材と電気的に接合して該重り部材の接合面
の反対側に該圧電素子の電極面を引き出した導電面を形
成したことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems A first method for solving the above problems is described below.
The present invention provides an acceleration sensor comprising a piezoelectric element which is polarized in a thickness direction between two electrode planes with both opposing planes as electrode planes, and detects acceleration by a voltage generated between the electrode planes. A weight member functioning as a weight is joined to one of the electrode surfaces, and the weight member is formed of a conductive material, or the weight member is formed of a material having an expansion coefficient equivalent to that of the piezoelectric element, and a conductive film is formed on the outer surface. Forming an electrically conductive surface on which the electrode surface of the piezoelectric element is drawn out on the opposite side of the joint surface of the weight member by electrically bonding the electrode surface of the piezoelectric element to the weight member. It is a feature.

【0010】この発明では、圧電素子の一方の電極面に
重り部材が接合されて、この圧電素子には、加えられた
加速度(振度)に応じた重り部材による応力(荷重)を
加えることができ、その接合面を挟む圧電素子の電極面
と重り部材の導電面の間で、圧電素子の電極面の間に発
生する電圧を検出することができる。したがって、加え
られる加速度に対して圧電素子の電極面間に大きな電圧
を発生させることができ、加えられる加速度を感度良く
検出することができる。また、膨張係数が圧電素子と同
等の材料、例えば、同一の圧電材料で重り部材を作製す
ることにより、重り部材の導電膜と圧電素子の電極面と
を、環境の変化による影響を小さく電気的に接合するこ
とができる。
In the present invention, a weight member is joined to one electrode surface of the piezoelectric element, and a stress (load) by the weight member according to the applied acceleration (vibration) is applied to the piezoelectric element. It is possible to detect a voltage generated between the electrode surfaces of the piezoelectric element between the electrode surface of the piezoelectric element and the conductive surface of the weight member sandwiching the joint surface. Therefore, a large voltage can be generated between the electrode surfaces of the piezoelectric element with respect to the applied acceleration, and the applied acceleration can be detected with high sensitivity. Further, by manufacturing the weight member with a material having an expansion coefficient equivalent to that of the piezoelectric element, for example, the same piezoelectric material, the conductive film of the weight member and the electrode surface of the piezoelectric element can be electrically connected with each other with a small influence of environmental changes. Can be joined.

【0011】上記課題を解決する第2の発明は、上記第
1の発明の構成に加え、ドーナツ形状に形成した前記圧
電素子をケース内に密閉内装する加速度センサであっ
て、前記重り部材を前記圧電素子と略同一の内径のドー
ナツ形状に形成して該圧電素子の一方の電極面に接合す
るとともに、前記ケース本体に固着させて前記内装空間
を画成するキャッププレートに該圧電素子の他方の電極
面を電気的に接合し、該キャッププレートに、前記ドー
ナツ形状の内孔に挿通させ前記圧電素子および前記重り
部材を位置決めする絶縁柱と、該絶縁柱内に貫通されて
一端側を前記重り部材の導電面に電気的に接合されると
ともに他端側を前記ケース外に露出されてコネクタ端子
にされる導通ピンと、を設け、該キャッププレートおよ
び導通ピンのコネクタ端子により前記圧電素子の電極面
間に発生する電圧を検出することを特徴とするものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, there is provided an acceleration sensor in which the donut-shaped piezoelectric element is hermetically sealed inside a case, wherein the weight member is It is formed in a donut shape having substantially the same inner diameter as the piezoelectric element and is joined to one electrode surface of the piezoelectric element, and is fixed to the case main body to form a cap plate that defines the interior space. An electrode surface is electrically joined, an insulating column for positioning the piezoelectric element and the weight member through the cap plate, through the donut-shaped inner hole, and one end side penetrated into the insulating column and having the weight attached thereto. A conductive pin electrically connected to the conductive surface of the member and having the other end exposed to the outside of the case and serving as a connector terminal; and connecting the cap plate and the conductive pin. It is characterized in that for detecting the voltage generated between the electrode surface of the piezoelectric element by pins.

【0012】この発明では、圧電素子と重り部材は、ド
ーナツ形状に形成してその内孔内にキャッププレートの
絶縁柱を挿通するだけで容易にケース内に位置決め固定
することができる。また、その絶縁柱内の導通ピンの一
端側が重り部材の導電面に電気的に接合するとともに他
端部(コネクタ端子)が外部に露出する一方、圧電素子
の重り部材と反対側の電極面はキャッププレートに電気
的に接合するので、圧電素子の電極面をキャッププレー
トおよびコネクタ端子に引き出すことができ、加速度セ
ンサの電気的な接続構造を同じ側に配置することができ
る。したがって、加速度センサの組立構造および取付構
造を簡易にすることができる。
According to the present invention, the piezoelectric element and the weight member are formed in a donut shape, and can be easily positioned and fixed in the case simply by inserting the insulating column of the cap plate into the inner hole. One end of the conductive pin in the insulating pillar is electrically connected to the conductive surface of the weight member and the other end (connector terminal) is exposed to the outside, while the electrode surface of the piezoelectric element opposite to the weight member is Since it is electrically connected to the cap plate, the electrode surface of the piezoelectric element can be drawn out to the cap plate and the connector terminal, and the electrical connection structure of the acceleration sensor can be arranged on the same side. Therefore, the assembly structure and the mounting structure of the acceleration sensor can be simplified.

【0013】上記課題を解決する第3の発明は、上記第
2の発明の構成に加え、前記キャッププレートに接合す
る前記圧電素子の他方の電極面に、該キャッププレート
を介して間接的に、あるいは該キャッププレートを介す
ことなく直接的に、電気的に接合されて、前記ケース外
に露出するコネクタ端子を設けたことを特徴とするもの
である。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the other electrode surface of the piezoelectric element joined to the cap plate is indirectly connected to the other electrode surface via the cap plate. Alternatively, a connector terminal is provided which is directly electrically connected without being interposed through the cap plate and is exposed outside the case.

【0014】この発明では、圧電素子の双方の電極面を
ケース外に露出するコネクタ端子に電気的に接続するの
で、圧電素子の電極面からの出力端子(コネクタ端子)
を同じ側に配置することができる。したがって、簡易に
外部の電気回路に接続可能な加速度センサとすることが
できる。
According to the present invention, since both electrode surfaces of the piezoelectric element are electrically connected to the connector terminals exposed outside the case, an output terminal (connector terminal) from the electrode surface of the piezoelectric element is provided.
Can be located on the same side. Therefore, the acceleration sensor can be easily connected to an external electric circuit.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図1〜図3は本発明に係る加速度センサの第1
実施形態を示す図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 show a first example of an acceleration sensor according to the present invention.
It is a figure showing an embodiment.

【0016】まず、構成を説明する。図1〜図3におい
て、加速度センサ10は、圧電素子11の上に導電性を
有する接着剤等により重り部材12を貼り合わせること
により検出素子を構成しており、この加速度センサ10
は、圧電素子11および重り部材12をケース13内に
密閉内装して、重り部材12を乗せた状態で圧電素子1
1に生じる圧電をコネクタ端子21とアースとの間の電
位として測定し加速度を検出する。なお、ケース13
は、エンジンなどの測定対象物にネジ部13aにより取
付固定するようになっている。
First, the configuration will be described. 1 to 3, an acceleration sensor 10 has a detection element formed by bonding a weight member 12 on a piezoelectric element 11 with a conductive adhesive or the like.
The piezoelectric element 1 and the weight member 12 are hermetically sealed inside a case 13 and the piezoelectric element 1 is mounted with the weight member 12 mounted thereon.
1 is measured as the potential between the connector terminal 21 and the ground, and the acceleration is detected. Note that case 13
Is mounted and fixed to an object to be measured such as an engine by a screw portion 13a.

【0017】圧電素子11は、単結晶又はセラミック等
の圧電材料をドーナツ状に形成するとともに、その対向
する両平面にメッキ又は蒸着等により電極11aを形成
して、その電極11a間に電圧を印加することにより、
この電極面11aと直交する図1に示す矢印の方向(厚
み方向)に分極(電気軸)を施されている。なお、圧電
素子11の分極方向は図1に示す方向と逆方向でも良い
ことは言うまでもない。
The piezoelectric element 11 is formed by forming a piezoelectric material such as single crystal or ceramic into a donut shape, and forming electrodes 11a on both opposing planes by plating or vapor deposition, and applying a voltage between the electrodes 11a. By doing
Polarization (electric axis) is given in the direction (thickness direction) of the arrow shown in FIG. 1 perpendicular to the electrode surface 11a. Needless to say, the polarization direction of the piezoelectric element 11 may be opposite to the direction shown in FIG.

【0018】重り部材12は、金属材料(導電材料)を
圧電素子11と同一の内径・外径を有するドーナツ形状
に形成し、あるいは、圧電素子11と同等の圧電材料を
同一の内径・外径を有するドーナツ形状に形成してその
対向する両面を含む外面の全面にメッキ又は蒸着等によ
り導電膜12aを形成することにより、圧電素子11の
電極面11aに電気的に接合することができるようにな
っている。この重り部材12は、圧電素子11に接着剤
等により貼り合わせて導通可能に固定(電気的に接合)
することから、圧電素子11と同等の線膨張係数等を有
する材料、好ましくは同一の圧電材料で作製して、少な
くとも温度などの環境による影響を圧電素子11と同等
にしておくことが望ましい。以下には、重り部材12を
圧電素子11と同一の圧電材料で作製して、その上面の
導電面を導電膜12aとする場合を説明する。
The weight member 12 is formed of a metal material (conductive material) in the form of a donut having the same inner diameter and outer diameter as the piezoelectric element 11 or a piezoelectric material equivalent to the piezoelectric element 11 having the same inner diameter and outer diameter. By forming a conductive film 12a by plating or vapor deposition on the entire outer surface including both opposing surfaces thereof so as to be electrically connected to the electrode surface 11a of the piezoelectric element 11, Has become. The weight member 12 is bonded to the piezoelectric element 11 with an adhesive or the like to be conductively fixed (electrically bonded).
Therefore, it is desirable that the piezoelectric element 11 be made of a material having the same linear expansion coefficient or the like as that of the piezoelectric element 11, preferably the same piezoelectric material, so that the influence of the environment such as temperature is at least equal to that of the piezoelectric element 11. Hereinafter, a case will be described in which the weight member 12 is made of the same piezoelectric material as the piezoelectric element 11 and the conductive surface on the upper surface thereof is a conductive film 12a.

【0019】ケース13は、測定対象物に取付固定する
ネジ部13aの反対側の円筒縁部にキャッププレート1
4を溶着などすることにより圧電素子11および重り部
材12を収納する空間を密閉される。
The case 13 is provided with a cap plate 1 on the cylindrical edge opposite to the screw portion 13a to be attached and fixed to the object to be measured.
The space for accommodating the piezoelectric element 11 and the weight member 12 is sealed by welding or the like.

【0020】キャッププレート14は、導電材料により
作製されて中央には絶縁部材15を嵌入されており、絶
縁部材15は、ケース13の収納空間内に立設されて圧
電素子11と重り部材12の内孔内に挿通されることに
より検出素子の位置決め部材として機能する絶縁柱15
aを構成すると共に、その反対側(ケース13外側)で
外部の電気回路からのコネクタを取り付けるためのコネ
クタ部15bを構成する。
The cap plate 14 is made of a conductive material, and has an insulating member 15 fitted in the center thereof. The insulating member 15 is provided upright in the storage space of the case 13 to hold the piezoelectric element 11 and the weight member 12 together. Insulating column 15 that functions as a positioning member for a detection element by being inserted into the inner hole
a, and a connector 15b for mounting a connector from an external electric circuit on the opposite side (outside of the case 13).

【0021】このため、キャッププレート14は、絶縁
柱15aを内孔内に挿通された圧電素子11の電極面1
1aに接着剤等により貼り合わされて導通可能に固定
(電気的に接合)される一方、絶縁柱15a内には、一
端側に重り部材12の導電膜(導電面)12aに半田1
6で導通端子17を接合されるとともに、他端側をコネ
クタ部15b内に位置されてコネクタ端子21として機
能する導通ピン21が貫通されている。なお、本実施形
態では、導通ピン21と重り部材12の導電膜12aと
を導通端子17の半田付けにより電気的に接合している
が、この接合方法はこれに限るものではないことはいう
までもない。
For this reason, the cap plate 14 is provided on the electrode surface 1 of the piezoelectric element 11 in which the insulating pillar 15a is inserted into the inner hole.
1a is adhered by an adhesive or the like so as to be conductively fixed (electrically bonded), and inside the insulating pillar 15a, a conductive film (conductive surface) 12a of the weight member 12 is soldered to one end side.
6, the conductive terminal 17 is joined, and the conductive pin 21 which functions as the connector terminal 21 and whose other end is located in the connector portion 15b is penetrated. In the present embodiment, the conductive pin 21 and the conductive film 12a of the weight member 12 are electrically connected to each other by soldering the conductive terminal 17, but it is needless to say that the bonding method is not limited to this. Nor.

【0022】次に、作用を説明する。この加速度センサ
10は、以上説明したように、圧電素子11の上に重り
部材12が乗せられて圧電素子11の電極面11aには
重り部材12の導電膜12aが電気的に接合されている
ので、ケース13のネジ部13aにより取り付けられた
例えば、エンジンなどの測定対象物から振動等の加速度
が加えられたとき、その加速度(振度)に比例する重り
部材12による応力(荷重)を圧電素子11に加えるこ
とができ、その応力に応じた圧電を圧電素子11の電極
面11a間に生じさせて、例えば、キャッププレート1
4をアースにして重り部材12の導電膜12aを介する
コネクタ端子(導通ピン)21で測定し、加えられた加
速度を検出することができる。
Next, the operation will be described. As described above, in the acceleration sensor 10, the weight member 12 is placed on the piezoelectric element 11 and the conductive film 12a of the weight member 12 is electrically joined to the electrode surface 11a of the piezoelectric element 11. For example, when acceleration such as vibration is applied from a measurement object such as an engine attached by the screw portion 13a of the case 13, a stress (load) by the weight member 12 proportional to the acceleration (vibration) is applied to the piezoelectric element. The piezoelectric element 11 generates a piezoelectric force corresponding to the stress between the electrode surfaces 11a of the piezoelectric element 11 so that, for example, the cap plate 1
4 is grounded, measurement is made at the connector terminal (conductive pin) 21 via the conductive film 12a of the weight member 12, and the applied acceleration can be detected.

【0023】このとき、圧電素子11に発生する電圧
(圧電)Vは、 G:加速度 F:加速度による応力 g33:圧電定数 T:圧電素子の板厚 S:圧電素子の面積 m:重り部材の重量 L:重り部材の板厚 ρ:重り部材の密度 とすると、V=F・g33・T/Sであり、F=m・G=
ρ・S・L・Gであることから、V=ρ・L・G・g33
・Tとなる。
At this time, the voltage (piezoelectric) V generated in the piezoelectric element 11 is as follows: G: acceleration F: stress due to acceleration g33: piezoelectric constant T: plate thickness of piezoelectric element S: area of piezoelectric element m: weight of weight member L: thickness of the weight member ρ: density of the weight member, V = F · g33 · T / S, and F = m · G =
Since ρ · S · L · G, V = ρ · L · G · g33
-It becomes T.

【0024】従って、g33、ρは固定されるとすると、
圧電素子11および重り部材12の板厚T、Lの厚い方
が圧電素子11に発生する電圧Vを高くすることがで
き、加えられた加速度を感度良く検出することができ
る。
Therefore, if g33 and ρ are fixed,
When the thicknesses T and L of the piezoelectric element 11 and the weight member 12 are larger, the voltage V generated in the piezoelectric element 11 can be increased, and the applied acceleration can be detected with high sensitivity.

【0025】この加速度センサ10の圧電素子11およ
び重り部材12は、ドーナツ形状の内孔にキャッププレ
ート14の絶縁柱15aを挿し込むだけで容易に位置決
め固定することができるとともに、圧電素子11の電極
面11aは、キャッププレート14と重り部材12の導
電膜12aに接合して、その導電膜12aを絶縁柱15
a内の導通ピン21に導通端子17を介して半田付けし
て接合するだけで外部に引き出すことができ、この後
に、ケース13を被せて円筒縁部にキャッププレート1
4を溶着などするだけで密閉内装する状態に組み立てる
ことができる。そして、この加速度センサ10は、ケー
ス13のネジ部13aを被測定物に取り付けてコネクタ
部15bに電気回路からのコネクタを接続しキャッププ
レート14をアースにするだけで、エンジンなどの被測
定物に加えられる加速度を検出することができる。
The piezoelectric element 11 and the weight member 12 of the acceleration sensor 10 can be easily positioned and fixed simply by inserting the insulating column 15a of the cap plate 14 into the donut-shaped inner hole. The surface 11 a is joined to the cap plate 14 and the conductive film 12 a of the weight member 12, and the conductive film 12 a is
a can be pulled out only by soldering and joining to the conductive pin 21 in the conductive pin 21 via the conductive terminal 17. Thereafter, the case 13 is covered with the cap plate 1 on the cylindrical edge.
It is possible to assemble it into a sealed interior simply by welding 4 or the like. The acceleration sensor 10 can be mounted on an object to be measured such as an engine by simply attaching the screw portion 13a of the case 13 to the object to be measured, connecting a connector from an electric circuit to the connector portion 15b, and grounding the cap plate 14 to ground. The applied acceleration can be detected.

【0026】このように本実施形態においては、加速度
センサ10の圧電素子11には電気的に接合した重り部
材12を乗せることによって、加えられた加速度に応じ
た重り部材12の応力(荷重)を圧電素子11に加える
ことができ、その重り部材12の導電膜12aを介して
測定する圧電素子11の電極面11a間に生じる電圧に
より、加えられた加速度を感度良く検出することができ
る。
As described above, in the present embodiment, the stress (load) of the weight member 12 according to the applied acceleration is reduced by placing the electrically connected weight member 12 on the piezoelectric element 11 of the acceleration sensor 10. The applied acceleration can be applied to the piezoelectric element 11, and the applied acceleration can be detected with high sensitivity by the voltage generated between the electrode surfaces 11a of the piezoelectric element 11 measured via the conductive film 12a of the weight member 12.

【0027】この加速度センサ10は、ドーナツ形状に
した圧電素子11と重り部材12にキャッププレート1
4の絶縁柱15aを挿し込んで位置決めし接合固定する
とともに、その絶縁柱15a内の導通ピン21と重り部
材12の導電膜12aとを導通端子17を介して半田付
けした上で、ケース13をキャッププレート14に溶着
などするだけで組み立てることができ、そのキャッププ
レート14とコネクタ部15b内のコネクタ端子(導通
ピン)21とにより、圧電素子11の電極面11a間に
生じる電圧を簡易な構成により測定することができる。
The acceleration sensor 10 includes a doughnut-shaped piezoelectric element 11 and a weight member 12 on which a cap plate 1 is attached.
4 is inserted and positioned and bonded and fixed, and the conductive pin 21 in the insulating column 15a and the conductive film 12a of the weight member 12 are soldered via the conductive terminal 17, and then the case 13 is removed. It can be assembled simply by welding to the cap plate 14, and the voltage generated between the electrode surfaces 11 a of the piezoelectric element 11 can be reduced by the simple configuration by the cap plate 14 and the connector terminals (conductive pins) 21 in the connector portion 15 b. Can be measured.

【0028】したがって、加速度センサ10の組立構造
および取付構造を簡易にすることができ、組立を自動化
してコスト削減を可能にするとともに寸法のバラツキ等
を少なくして加速度を高感度に検出可能にすることがで
きる。
Therefore, the assembling structure and the mounting structure of the acceleration sensor 10 can be simplified, the assembly can be automated, the cost can be reduced, and the acceleration can be detected with high sensitivity by reducing the dimensional variation. can do.

【0029】次に、図4は本発明に係る加速度センサの
第2実施形態を示す図である。なお、本実施形態は上述
実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成に
は同一の符号を付して特徴部分を説明する。
FIG. 4 shows a second embodiment of the acceleration sensor according to the present invention. In addition, since the present embodiment is configured substantially in the same manner as the above-described embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and the characteristic portions will be described.

【0030】図4において、31はコネクタ端子であ
り、コネクタ端子31はキャッププレート14に溶接等
によって導通可能に接合固定されており、このコネクタ
端子31は、コネクタ部15b内にコネクタ端子21と
共に露出して、外部の電気回路とコネクタ接続すること
ができるようになっている。
In FIG. 4, reference numeral 31 denotes a connector terminal. The connector terminal 31 is fixed to the cap plate 14 by welding or the like so as to be conductive, and the connector terminal 31 is exposed together with the connector terminal 21 in the connector portion 15b. Thus, a connector can be connected to an external electric circuit.

【0031】したがって、圧電素子11の電極面11a
双方の出力端子をコネクタ端子21、31として同じコ
ネクタ部15b内に配置することができ、容易に外部電
気回路に接続可能にすることができるとともに、配線や
ノイズ対策等を容易化することができる。
Therefore, the electrode surface 11a of the piezoelectric element 11
Both output terminals can be arranged in the same connector section 15b as the connector terminals 21 and 31, and can be easily connected to an external electric circuit, and wiring and noise countermeasures can be facilitated. .

【0032】このように本実施形態においては、上述実
施形態の作用効果に加えて、二端子対応の加速度センサ
10とすることができ、接続する回路を簡易にしてその
設計を容易化することができる。
As described above, in this embodiment, in addition to the functions and effects of the above-described embodiment, a two-terminal acceleration sensor 10 can be provided, and the circuit to be connected can be simplified to facilitate the design. it can.

【0033】なお、本実施形態では、コネクタ端子31
をキャッププレート14に接合しているが、絶縁材料に
よりキャッププレート14を絶縁部材15と一体に作製
して、直接圧電素子11の電極面11aに接合するよう
にしてもよいことはいうまでもない。
In this embodiment, the connector terminals 31
Is bonded to the cap plate 14, but it goes without saying that the cap plate 14 may be integrally formed with the insulating member 15 using an insulating material and directly bonded to the electrode surface 11a of the piezoelectric element 11. .

【0034】なお、上述した実施形態では、圧電素子1
1が一枚の場合について説明しているが、複数枚を重ね
て積層構造にしてもよく、この場合には圧電素子間を電
気的に接合して本実施形態と同様に構成すれば良い。
In the above-described embodiment, the piezoelectric element 1
Although the case of one is described, a plurality of sheets may be stacked to form a laminated structure. In this case, the piezoelectric elements may be electrically connected to each other to be configured in the same manner as in the present embodiment.

【0035】なお、本実施形態では、圧電素子と重りを
略同一の内外径のドーナツ形状としているが、これに限
定されるものではない。例えば、感度を更に向上するた
めに重りの外径を素子外径より大きく構成することも考
えられる。
In the present embodiment, the piezoelectric element and the weight have a donut shape having substantially the same inner and outer diameters. However, the present invention is not limited to this. For example, it is conceivable to configure the outer diameter of the weight larger than the outer diameter of the element in order to further improve the sensitivity.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子に重り部材を
電気的に接合して重ねることにより、加えられた加速度
(振度)に応じた重り部材の荷重を圧電素子に加えて、
その重り部材を介して圧電素子の電極面間に生じる電圧
を検出することができ、その加速度を感度良く検出する
ことができる。また、重り部材を例えば、圧電素子と同
一の圧電材料にすることにより、温度などの環境変化に
よる接合面に与える影響を小さくすることができ、信頼
性を向上させることができる。
According to the present invention, the weight member is electrically joined to and overlapped with the piezoelectric element, so that the load of the weight member according to the applied acceleration (vibration) is applied to the piezoelectric element.
The voltage generated between the electrode surfaces of the piezoelectric element can be detected via the weight member, and the acceleration can be detected with high sensitivity. Further, by using the same piezoelectric material as the piezoelectric element for the weight member, for example, the influence on the bonding surface due to environmental changes such as temperature can be reduced, and the reliability can be improved.

【0037】この圧電素子および重り部材をケースのキ
ャッププレートの絶縁柱により位置決め固定して、その
キャッププレートに圧電素子を電気的に接合する一方、
重り部材の導電面に電気的に接合した絶縁柱内の導通ピ
ンをコネクタ端子とすることにより、また、圧電素子の
キャッププレート側にもコネクタ端子を電気的に接続す
ることにより、加速度センサの組立構造および取付構造
を簡易にして、組立を自動化するとともに、加速度を検
出する部分をシンプルな構成としてバラツキ等を少なく
することができる。
The piezoelectric element and the weight member are positioned and fixed by the insulating columns of the cap plate of the case, and the piezoelectric element is electrically connected to the cap plate.
Assembling the acceleration sensor by using the conductive pins in the insulating pillar electrically connected to the conductive surface of the weight member as connector terminals, and also electrically connecting the connector terminals to the cap plate side of the piezoelectric element. The structure and the mounting structure can be simplified, the assembly can be automated, and the portion for detecting the acceleration can be made a simple configuration to reduce variations and the like.

【0038】したがって、低価格で高性能な加速度セン
サを提供することができる。
Therefore, a low-cost and high-performance acceleration sensor can be provided.

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

【図1】本発明に係る加速度センサの第1実施形態を示
す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of an acceleration sensor according to the present invention, and is a longitudinal sectional view showing an entire configuration thereof.

【図2】その圧電素子と重り部材を示す図であり、
(a)はその平面図、(b)はその側面図である。
FIG. 2 is a view showing the piezoelectric element and a weight member;
(A) is its top view, (b) is its side view.

【図3】その圧電素子と重り部材を示す図であり、その
組立斜視図である。
FIG. 3 is a view showing the piezoelectric element and a weight member, and is an assembly perspective view thereof.

【図4】本発明に係る加速度センサの第2実施形態を示
す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the acceleration sensor according to the present invention, and is a longitudinal sectional view showing the entire configuration thereof.

【図5】その従来技術を説明する図であり、その全体構
成を示す縦断面図である。
FIG. 5 is a view for explaining the prior art, and is a longitudinal sectional view showing the entire configuration thereof.

【図6】その圧電素子の組立状態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an assembled state of the piezoelectric element.

【図7】その特性を説明するグラフである。FIG. 7 is a graph illustrating the characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 加速度センサ 11 圧電素子 11a 電極面 12 重り部材 12a 導電膜 13 ケース 13a ネジ部 14 キャッププレート 15 絶縁部材 15a 絶縁柱 15b コネクタ部 17 導通端子 21 導通ピン(コネクタ端子) 31 コネクタ端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acceleration sensor 11 Piezoelectric element 11a Electrode surface 12 Weight member 12a Conductive film 13 Case 13a Screw part 14 Cap plate 15 Insulating member 15a Insulating pillar 15b Connector part 17 Conducting terminal 21 Conducting pin (connector terminal) 31 Connector terminal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向する両平面を電極面として該電極面
間の厚み方向に分極された圧電素子により構成され、該
電極面間に発生する電圧により加速度を検出する加速度
センサにおいて、 前記圧電素子の一方の電極面に重りとして機能する重り
部材を接合し、 該重り部材を導電材料により形成することにより、ある
いは該重り部材を前記圧電素子と同等の膨張係数の材料
で形成するとともに外面に導電膜を形成することによ
り、前記圧電素子の前記電極面を該重り部材と電気的に
接合して該重り部材の接合面の反対側に該圧電素子の電
極面を引き出した導電面を形成したことを特徴とする加
速度センサ。
1. An acceleration sensor, comprising: a piezoelectric element polarized in a thickness direction between two electrode planes with both opposing planes as electrode planes, and detecting acceleration by a voltage generated between the electrode planes. A weight member functioning as a weight is joined to one of the electrode surfaces, and the weight member is formed of a conductive material, or the weight member is formed of a material having an expansion coefficient equivalent to that of the piezoelectric element, and the outer surface is electrically conductive. By forming a film, the electrode surface of the piezoelectric element is electrically connected to the weight member, and a conductive surface from which the electrode surface of the piezoelectric element is drawn is formed on the opposite side of the bonding surface of the weight member. An acceleration sensor characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 ドーナツ形状に形成した前記圧電素子を
ケース内に密閉内装する加速度センサであって、 前記重り部材を前記圧電素子と略同一の内径のドーナツ
形状に形成して該圧電素子の一方の電極面に接合すると
ともに、前記ケース本体に固着させて前記内装空間を画
成するキャッププレートに該圧電素子の他方の電極面を
電気的に接合し、 該キャッププレートに、前記ドーナツ形状の内孔に挿通
させ前記圧電素子および前記重り部材を位置決めする絶
縁柱と、該絶縁柱内に貫通されて一端側を前記重り部材
の導電面に電気的に接合されるとともに他端側を前記ケ
ース外に露出されてコネクタ端子にされる導通ピンと、
を設け、 該キャッププレートおよび導通ピンのコネクタ端子によ
り前記圧電素子の電極面間に発生する電圧を検出するこ
とを特徴とする請求項1に記載の加速度センサ。
2. An acceleration sensor in which a donut-shaped piezoelectric element is hermetically sealed inside a case, wherein the weight member is formed in a donut shape having substantially the same inner diameter as the piezoelectric element. The other electrode surface of the piezoelectric element is electrically joined to a cap plate that defines the interior space by being fixed to the case main body and is fixed to the case main body. An insulating column that is inserted into the hole to position the piezoelectric element and the weight member, and that is penetrated into the insulating column and has one end electrically connected to the conductive surface of the weight member and the other end outside the case; A conductive pin exposed to the connector terminal and exposed to the
The acceleration sensor according to claim 1, wherein a voltage generated between electrode surfaces of the piezoelectric element is detected by the cap plate and a connector terminal of the conduction pin.
【請求項3】 前記キャッププレートに接合する前記圧
電素子の他方の電極面に、該キャッププレートを介して
間接的に、あるいは該キャッププレートを介すことなく
直接的に、電気的に接合されて、前記ケース外に露出す
るコネクタ端子を設けたことを特徴とする請求項2に記
載の加速度センサ。
3. The piezoelectric element, which is electrically connected to the other electrode surface of the piezoelectric element bonded to the cap plate indirectly via the cap plate or directly without passing through the cap plate. 3. The acceleration sensor according to claim 2, wherein a connector terminal exposed outside the case is provided.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11219122B2 (en) 2018-04-12 2022-01-04 Seiko Epson Corporation Sensor unit and structural health monitoring

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