JP2002116221A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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JP2002116221A
JP2002116221A JP2000307356A JP2000307356A JP2002116221A JP 2002116221 A JP2002116221 A JP 2002116221A JP 2000307356 A JP2000307356 A JP 2000307356A JP 2000307356 A JP2000307356 A JP 2000307356A JP 2002116221 A JP2002116221 A JP 2002116221A
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JP
Japan
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piezoelectric element
acceleration sensor
connector
case
diaphragm
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Application number
JP2000307356A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Baba
啓之 馬場
Hideki Matsumoto
英樹 松本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to CA002349657A priority patent/CA2349657A1/en
Priority to US09/874,703 priority patent/US6622559B2/en
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Priority to US10/909,859 priority patent/US6925878B2/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor that is suited for automation with a simple structure, and has high performance with a low price. SOLUTION: The sensor comprises a case 11 of a fixed side that encloses a vibrating plate 12 where a piezoelectric element 13 is fixed, which is welded at a column 11a on the center of a bottom plane, in a demarcated space, a metal base 15 that is welded to a cylindrical end part 11c of the case 11, and a connector 16, which is fixed by an extension part 11d of the outer edge of the open end of the case 11 that is caulked, covers with the base 15 with overlapping to the base 15. A connecting pin 17a of the connector 16 is grounded through the case 11 with face contacting a copper foil pattern 19a of a printed substrate 19 which is held between the connector 16 and the pin 17a to the base 15. On the other hand, a connecting pin 17b is connected by continuity through a contacting terminal 20 that is pressure contacted to a detecting electrode 14 of the element 13 by soldering to the substrate 19 which faces the inside from an opening 15a of the base 15.

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、加速度センサーに
関し、詳しくは、振動を電気信号に変換して加えられた
加速度を検出するものに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly, to an acceleration sensor for converting vibration into an electric signal and detecting an applied acceleration.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、実用化されている加速度セン
サーとしては、電磁型、圧電型、半導体型等の種々の方
式により加えられた加速度を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、圧電素子が屈撓する
ことによって加えられた加速度を検出するものがある。
このような加速度センサーは、特に車載用等に多用され
ており、ノッキング制御やエアバッグ制御などに必要な
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 that detect acceleration applied by various methods such as an electromagnetic type, a piezoelectric type, and a semiconductor type. Some of them detect acceleration applied by bending of a piezoelectric element.
Such an acceleration sensor is frequently used especially for a vehicle, and detects acceleration required for knocking control, airbag control, and the like.

【0003】この種の圧電型の加速度センサーとして
は、例えば、図3に示すような、振動体の中心付近を固
定する中心固定型といわれるもの(第1従来例)があ
る。この加速度センサー100は、枠形状に形成した金
属製の固定側ケース101の底面中央に支柱101aを
一体に立設して、図4に示すように、共振し易さ等の理
由から薄い円盤形状に形成した金属製の振動板102を
その支柱101aに溶接して支持させるとともに、この
振動板102の上面にドーナツ形状に形成した圧電素子
103を同軸となるように接着することにより構成され
ている。圧電素子103には、表裏の両面に同軸となる
ように検出電極104が形成されており、検出電極10
4の一方には振動板102が導通接触されているととも
に、他方の検出電極104にはワイヤボンデイング等に
よる半田105aによって接続されたワイヤ105を介
して、外部のコネクタに接続する椀形状に形成した樹脂
製の接続側ケース106に設けられている接続ピン10
7に接続されている。なお、固定側ケース101と接続
側ケース106とは、互いの開放端部101c、106
cを嵌合してかしめることにより、画成する振動空間内
に振動板102と圧電素子103を内装するとともに、
開放端部101c、106cの間にOリング108を挟
み込んでその振動空間を防水構造に組み立てている。
As a piezoelectric acceleration sensor of this type, there is, for example, a fixed center type sensor that fixes the vicinity of the center of a vibrating body (first conventional example) as shown in FIG. In this acceleration sensor 100, a support 101a is integrally erected at the center of the bottom surface of a metal fixed side case 101 formed in a frame shape, and as shown in FIG. In addition to supporting the metal vibration plate 102 formed on the supporting plate 101a by welding, the piezoelectric element 103 formed in a donut shape is coaxially bonded to the upper surface of the vibration plate 102 so as to be coaxial. . A detection electrode 104 is formed on the piezoelectric element 103 so as to be coaxial on both front and back surfaces.
The diaphragm 102 is formed in a bowl-like shape to be connected to an external connector via a wire 105 connected to the other detection electrode 104 by a solder 105a such as wire bonding. Connection pin 10 provided on connection side case 106 made of resin
7 is connected. The fixed-side case 101 and the connection-side case 106 are mutually open ends 101c and 106.
By fitting and caulking c, the diaphragm 102 and the piezoelectric element 103 are housed in the defined vibration space,
An O-ring 108 is sandwiched between the open ends 101c and 106c to assemble the vibration space into a waterproof structure.

【0004】また、この種の圧電型の加速度センサーと
しては、図5に示すようなもの(第2従来例)もある。
この加速度センサー110は、枠形状に形成した金属製
の固定側ケース111の開放端部111cに、円盤形状
に形成した金属ベース112を溶接して蓋をするととも
に、その上に外部コネクタに接続する接続ピン107を
設けられている円盤形状のコネクタ116を重ねてかし
めることにより、振動板102および圧電素子103を
収装する振動空間を画成するようになっており、この圧
電素子103を固設された振動板102は、固定側ケー
ス111に支柱を設けることなく、金属ベース112に
立設した支柱112aに支持させるようになっている。
具体的には、振動板102および圧電素子103を双方
共にドーナツ形状に形成するとともに、コネクタ116
の樹脂材料により絶縁性を保持しつつ金属ベース112
の支柱112a内に接続ピン107を貫通させて、その
接続ピン107と圧電素子103の検出電極104に接
続円盤115を半田115aにより固設して導通接続さ
せることによって、振動可能に支持するようになってい
る。なお、この加速度センサー110では、固定側ケー
ス111の内周面と金属ベース112の外周面との間に
Oリング118を挟み込むことにより振動空間を防水構
造に組み立てられている。接続円盤115は、振動板1
02や圧電素子103の振動を妨げないように、剛性
(スティフネス)を極力小さくするのが好ましいが、接
続円盤115に代えて、振動板102を支柱112aに
溶接すると共に検出電極104にはワイヤ105により
電気的に接続するようにすることもできる。
FIG. 5 shows a piezoelectric acceleration sensor of this type (second conventional example).
In this acceleration sensor 110, a metal base 112 formed in a disc shape is welded to an open end portion 111c of a metal fixed side case 111 formed in a frame shape to cover the same, and an external connector is connected thereto. By overlapping and caulking the disc-shaped connector 116 provided with the connection pin 107, a vibration space for accommodating the vibration plate 102 and the piezoelectric element 103 is defined, and the piezoelectric element 103 is fixed. The provided vibration plate 102 is supported by a supporting column 112 a erected on a metal base 112 without providing a supporting column on the fixed side case 111.
Specifically, both the diaphragm 102 and the piezoelectric element 103 are formed in a donut shape, and
The metal base 112 while maintaining insulation by the resin material of
The connection disk 107 is fixedly connected to the connection pin 107 and the detection electrode 104 of the piezoelectric element 103 by the solder 115a and is electrically connected to the connection pin 107 and the detection electrode 104 of the piezoelectric element 103 so that the connection pin 107 is vibrated. Has become. In the acceleration sensor 110, the vibration space is assembled in a waterproof structure by sandwiching an O-ring 118 between the inner peripheral surface of the fixed side case 111 and the outer peripheral surface of the metal base 112. The connection disk 115 is a diaphragm 1
It is preferable to reduce the stiffness (stiffness) as much as possible so as not to hinder the vibration of the piezoelectric element 103 or the piezoelectric element 103. However, instead of the connection disk 115, the diaphragm 102 is welded to the support 112 a and the wire 105 is connected to the detection electrode 104. Can be electrically connected to each other.

【0005】これら加速度センサー100、110は、
固定側ケース101、111の下面側に設けた雄ねじ1
01b、111bをねじ込んだエンジン等の検出対象の
振動を加えられたときに、振動板102の振動に応じて
圧電素子103に生じる電圧を、固定側ケース101、
111や金属ベース112をアースとして検出電極10
4から接続ピン107を介して取り出し、その加速度を
検出することができるようになっている。
[0005] These acceleration sensors 100 and 110 are:
Male screw 1 provided on the lower surface side of fixed side cases 101 and 111
When a vibration of a detection target such as an engine into which the screw 01b or 111b is screwed is applied, a voltage generated in the piezoelectric element 103 according to the vibration of the diaphragm 102 is applied to the fixed case 101,
111 and the metal base 112 as ground,
4 through a connection pin 107, and the acceleration can be detected.

【0006】具体的には、圧電素子103は、検出電極
104の間の容量Cに対して、外部振動(加速度)によ
り振動板102が振動・変形することによって応力歪み
が発生し、この歪みにより電荷Qが生じることから、加
えられた加速度として、次式で表される電圧Vを取り出
すことができ、振動振幅としては振動板102の外周端
付近が最大となるが、圧電素子103の応力歪みとして
は伸びまたは縮みであって、内周の支点付近が最大値を
示すと考えられる。 V=Q/C
More specifically, in the piezoelectric element 103, a stress distortion occurs in the capacitance C between the detection electrodes 104 when the vibration plate 102 vibrates and deforms due to external vibration (acceleration). Since the charge Q is generated, a voltage V represented by the following equation can be taken out as the applied acceleration, and the vibration amplitude becomes maximum near the outer peripheral end of the vibration plate 102. Is the expansion or contraction, and it is considered that the vicinity of the fulcrum on the inner circumference shows the maximum value. V = Q / C

【0007】そして、一定加速度の振動に対する周波数
特性は、図6に示すように、共振点fo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、このような加速度センサー100、
110は、一般的には、使用目的に応じた所望の周波数
範囲に応じて、この周波数特性の平坦部を利用する非共
振型、または、共振周波数fo近傍の振動出力を利用す
る共振型のいずれかとして使用するようになっており、
実質的には、使用帯域の上限はこの共振点fo近傍まで
となる。
As shown in FIG. 6, the frequency characteristic with respect to the vibration at a constant acceleration has a high Q near the resonance point fo.
On the other hand, since the frequency characteristics become flat in the middle and low frequency regions, the acceleration sensor 100,
In general, a non-resonant type 110 using a flat portion of this frequency characteristic or a resonant type using a vibration output near a resonance frequency fo is selected according to a desired frequency range according to a purpose of use. It is designed to be used as
Practically, the upper limit of the used band is up to near the resonance point fo.

【0008】この共振周波数foは、中心固定の円形振
動板102の場合には、一般的に次式で表すことがで
き、 fo=α(t/R2)×[E/{ρ(1−σ2)}]1/2 α:0.172(係数) t:板厚 R:半径 E:ヤング率 ρ:密度 σ:ポアソン
比 例えば、振動板102の材料としてNi鋼を用いた場合
には、上記のパラメータは次のようになるので、 t=0.4(mm) R=7(mm)、 E=2×1011(N/m2) ρ=7.8×103(k
g/m3) σ=0.28 共振周波数foは、fo=7.41(kHz)となる。
なお、振動体としての共振周波数foは、主に振動板1
02で決定されるが、実際には、振動板102に圧電素
子103の分が付加されるために多少値が違ってくるの
で、この共振周波数foは、僅かながらケース等の影響
も受けることを考慮して全体的な平均で決定されること
になる。
The resonance frequency fo can be generally expressed by the following equation in the case of a fixed center circular diaphragm 102: fo = α (t / R 2 ) × [E / {ρ (1- σ 2 )}] 1/2 α: 0.172 (coefficient) t: plate thickness R: radius E: Young's modulus ρ: density σ: Poisson's ratio For example, when Ni steel is used as the material of the diaphragm 102, , The above parameters are as follows: t = 0.4 (mm) R = 7 (mm), E = 2 × 10 11 (N / m 2 ) ρ = 7.8 × 10 3 (k
g / m 3 ) σ = 0.28 The resonance frequency fo is fo = 7.41 (kHz).
The resonance frequency fo of the vibrating body mainly depends on the diaphragm 1
In practice, the resonance frequency fo is slightly affected by the case and the like because the value is slightly different due to the addition of the piezoelectric element 103 to the vibration plate 102. It will be determined by taking into account the overall average.

【0009】このことから、所望の共振周波数foを得
るためには、上記式において、板厚tと半径Rを適宜に
選定して設計するのが一般的であり、特に、半径Rの影
響が大きく、実験的に確認した結果では、同じ板厚tに
して振動板102の外径Rを変化させると約1〜2%/
0.1mm程度で共振周波数foを変化させることがで
きることが判っている。なお、感度という面からする
と、図3に示す加速度センサー100よりも、図5に示
す加速度センサー110の方が高感度化が可能であるこ
とが実験的に判っており、これは金属ベース112上に
振動板102が構成されているためであると考えられ、
金属ベース112が完全な剛体ではなく、加速度により
振動板102と同様に僅かではあるが振動するために、
振動板102の振動がトランスのように機能して増幅さ
れるような働きをするためと考えられる。
From the above, in order to obtain a desired resonance frequency fo, it is general that the thickness t and the radius R are appropriately selected and designed in the above equation. According to the results confirmed experimentally, when the outer diameter R of the diaphragm 102 is changed with the same thickness t, about 1-2% /
It has been found that the resonance frequency fo can be changed at about 0.1 mm. In terms of sensitivity, it has been experimentally found that the acceleration sensor 110 shown in FIG. 5 can achieve higher sensitivity than the acceleration sensor 100 shown in FIG. It is considered that the diaphragm 102 is configured in
Since the metal base 112 is not a completely rigid body and vibrates slightly but similarly to the diaphragm 102 due to acceleration,
This is probably because the vibration of the vibration plate 102 functions like a transformer and is amplified.

【0010】なお、圧電素子103に形成する電極とし
ては、小径の励振電極と大径の検出電極とに2分割して
同軸二重となるように形成してもよく、励振電極を介し
て圧電素子103に外部から交流電圧を印加することに
より圧電素子103の圧電効果により振動板102を振
動させ、この振動により生じる検出電極の電位からセン
サー機能の良否や故障の有無などの自己診断あるいは検
出レベルの校正をすることができるようにしたものもあ
る。また、この従来技術では、中央に立設する支柱10
1a、112aにより振動板102を支持させるが、円
盤形状の周縁部をクランプするタイプや、棒状の振動板
を片持ちに固定するタイプなど種々の方式がある。ま
た、圧電素子103の検出電極104と接続ピン107
との間に電気インビーダンス変換器、アンプ、補正回路
等の電子部品を設けられているプリント基板をワイヤ1
05によって接続して内蔵させるものもあり、固定側ケ
ース101、111などにアースを兼用させる接続ピン
107のみの一端子タイプの他にも、そのアースを出力
端子に引き出した二端子タイプのものもある。
The electrode formed on the piezoelectric element 103 may be divided into a small-diameter excitation electrode and a large-diameter detection electrode so as to be coaxially double, and may be formed via the excitation electrode. An external AC voltage is applied to the element 103 to vibrate the diaphragm 102 by the piezoelectric effect of the piezoelectric element 103, and the self-diagnosis or detection level of the sensor function based on the potential of the detection electrode caused by the vibration and the presence or absence of a failure. Some of them can be calibrated. Further, in this prior art, a pillar 10 standing upright in the center is used.
The diaphragm 102 is supported by 1a and 112a, and there are various types such as a type in which a disk-shaped peripheral portion is clamped and a type in which a rod-shaped diaphragm is fixed to a cantilever. Also, the detection electrode 104 of the piezoelectric element 103 and the connection pin 107
And a printed circuit board on which electronic components such as an electric impedance converter, an amplifier, and a correction circuit are provided.
There is also a one-terminal type in which only the connection pin 107 is used for grounding in the fixed-side cases 101 and 111, and a two-terminal type in which the ground is drawn out to the output terminal. is there.

【0011】また、圧電型の加速度センサーの非共振型
としては、図7に示すようなものもの(第3従来例)も
ある。加速度センサー120は、非共振型として一般的
な圧電素子と重りを用いた圧縮タイプのものであり、枠
形状に形成した金属製の固定側ケース121の開放端部
121cに、概略円盤形状に形成されて外部コネクタに
接続する接続ピン107を設けられているコネクタ12
6をかしめることにより、重り122と圧電素子123
を収装する空間を閉止・画成するようになっており、図
8に示すように、ドーナツ形状に作製されて表裏面に検
出用電極124を形成された圧電素子123を、円柱形
状に金属材料により作製された重り122を乗せた状態
にして、固定側ケース121の底面中央に穿孔されたね
じタップ121dに固定用ねじ125をねじ込むことに
より固設するようになっている。
FIG. 7 shows a non-resonant piezoelectric acceleration sensor (third conventional example). The acceleration sensor 120 is of a compression type using a general piezoelectric element and a weight as a non-resonance type, and is formed in a substantially disk shape at an open end 121c of a metal fixed side case 121 formed in a frame shape. Connector 12 provided with connection pins 107 to be connected to an external connector.
6, the weight 122 and the piezoelectric element 123
As shown in FIG. 8, the piezoelectric element 123 formed in a donut shape and having the detection electrodes 124 formed on the front and back surfaces is formed into a cylindrical shape as shown in FIG. A weight 122 made of a material is placed on the fixed case 121, and a fixing screw 125 is screwed into a screw tap 121d drilled in the center of the bottom surface of the fixed side case 121 to be fixedly mounted.

【0012】また、加速度センサー120は、圧電素子
123の裏面の検出電極124が固定側ケース121に
導通接続される一方、表面の検出電極124が重り12
2を導通接触されているとともに、この重り122に導
通接触するように固定用ねじ125により固定されたL
字形状の接続端子127に、半田129aによって接続
されたワイヤ129を介してコネクタ126の接続ピン
107を接続されてりう。なお、この加速度センサー1
20では、重り122および圧電素子123と固定用ね
じ125との間に絶縁チューブ125aおよび絶縁スペ
ーサ125bを介在させることにより、固定側ケース1
21と接続ピン107との間が短絡してしまうことを防
止している。また、固定側ケース121の開放端部12
1cとコネクタ126の外周縁との間にOリング128
を挟み込むことにより圧電素子123などを収装する空
間を防水構造に組み立てられている。
In the acceleration sensor 120, the detection electrode 124 on the back surface of the piezoelectric element 123 is electrically connected to the fixed case 121, while the detection electrode 124 on the front surface is connected to the weight 12.
2 and L fixed by a fixing screw 125 so as to make conductive contact with the weight 122.
The connection pin 107 of the connector 126 is connected to the U-shaped connection terminal 127 via a wire 129 connected by solder 129a. Note that this acceleration sensor 1
20, the insulating tube 125 a and the insulating spacer 125 b are interposed between the weight 122 and the piezoelectric element 123 and the fixing screw 125, so that the fixed case 1
Short circuit between the connection pin 21 and the connection pin 107 is prevented. The open end 12 of the fixed case 121
1c and the outer periphery of the connector 126 between the O-ring 128
The space for accommodating the piezoelectric element 123 and the like is assembled in a waterproof structure.

【0013】このため、加速度センサー120は、固定
側ケース121を電気回路のアースとして、圧電素子1
23の出力を重り122および接続端子107を介して
取り出すことができるように構築されており、固定側ケ
ース121の下面側に設けた雄ねじ121bをねじ込ん
だエンジン等の検出対象の振動を加えられたときに、重
り122からその振動に応じた負荷(圧縮力)を圧電素
子123に加えられることによって、その圧電素子12
3に生じる電圧を接続ピン107を介して取り出し、そ
の加速度を検出することができるようになっている。な
お、この加速度センサー120は、振動(一定加速度)
に対しては、上述する加速度センサー100、110と
同様に、図6のような周波数特性を示すが、組立条件に
よっては共振点foが認識できるほどに現れないことも
あり、この共振点foは圧電素子123および重り12
2の中央を固定用ねじ125で押さえる場合に、外周部
付近の僅かな押さえ力の弱さによって高周波領域で振動
してしまう(共振点を有してしまう)ことによるもので
あると考えられる。このことから、この共振点foを高
くするためには固定用ねじ125のトルク力や当たり面
の加工等にかなりの高精度と工夫が要求される。
For this reason, the acceleration sensor 120 uses the fixed-side case 121 as the ground of the electric circuit and the piezoelectric element 1.
It is constructed so that the output of 23 can be taken out via the weight 122 and the connection terminal 107, and vibration of a detection target such as an engine into which a male screw 121b provided on the lower surface side of the fixed side case 121 is screwed is applied. Sometimes, a load (compression force) corresponding to the vibration is applied to the piezoelectric element 123 from the weight 122, so that the piezoelectric element 12
3 is taken out through the connection pin 107 and its acceleration can be detected. Note that the acceleration sensor 120 has a vibration (constant acceleration)
6, the frequency characteristics as shown in FIG. 6 are shown as in the case of the acceleration sensors 100 and 110 described above. However, depending on the assembly conditions, the resonance point fo may not appear so as to be recognizable. Piezoelectric element 123 and weight 12
It is considered that when the center of No. 2 is pressed by the fixing screw 125, it vibrates in a high frequency region (has a resonance point) due to a slight weak pressing force near the outer peripheral portion. For this reason, in order to increase the resonance point fo, considerably high precision and contrivance are required for the torque force of the fixing screw 125 and the processing of the contact surface.

【0014】そして、このような非共振タイプの加速度
センサー120では、この共振周波数foを20kHz
付近以上の使用帯域外とすることにより、平坦部の感度
Voを利用することができ、この加速度センサー120
の基本動作原理は、質量mの重り122に加速度Gが加
わることにより、次式で示すように、圧電素子123に
応力歪みFが印加されて出力電圧Voが得られる。 F=m×G Vo≒α×F×t/S α:圧電定数等の比例係数 S:圧電素子123の検出電極124の電極面積 t:圧電素子123の板厚
In the non-resonant type acceleration sensor 120, the resonance frequency fo is set to 20 kHz.
The sensitivity Vo of the flat portion can be utilized by setting the acceleration sensor 120 out of the use band above the vicinity.
The basic operating principle is that when the acceleration G is applied to the weight 122 having the mass m, the stress strain F is applied to the piezoelectric element 123 and the output voltage Vo is obtained as shown by the following equation. F = m × G Vo ≒ α × F × t / S α: proportional coefficient such as piezoelectric constant S: electrode area of detection electrode 124 of piezoelectric element 123 t: plate thickness of piezoelectric element 123

【0015】このことから、加速度センサー120の感
度を上げるには、 重りを重くする、 圧電素子123のt/Sを大きくする(ただし、所望
の容量等からある程度は限定される。)、
From the above, in order to increase the sensitivity of the acceleration sensor 120, the weight is increased, and the t / S of the piezoelectric element 123 is increased (however, the capacity is limited to some extent from a desired capacity and the like).

【0016】などの方策が考えられるが、高感度化のた
めには必然的に大型化(特に高さ方向に)してしまうこ
とが分かる。
Although it is possible to take measures such as the above, it can be seen that the size is inevitably increased (especially in the height direction) in order to increase the sensitivity.

【0017】なお、この加速度センサー120でも、ワ
イヤ129などのリード線を用いずに金メッキ等を施し
た接触端子などを使用して接続ピン107と重り122
(接続端子127)を導通接続してもよく、固定側ケー
ス121をアースとして接続ピン107のみとする一端
子タイプに限らず、二本の出力端子を用いる二端子タイ
プ等に構築してもよく、インピーダンス変換回路やアン
プ回路や断線検知用の抵抗を圧電素子123と並列に接
続する回路を構成したプリント基板を内蔵させてもよ
く、また、例えば、圧電素子123の電極124を分割
して検出用と自己診断用に構成した自己診断機能を備え
るタイプに構築してもよく、さらに、固定側ケースを金
属で作製しないで樹脂材等により一体化したタイプにし
てもよい。
In the acceleration sensor 120, the connection pins 107 and the weights 122 are formed by using gold-plated contact terminals or the like without using lead wires such as the wires 129.
The (connecting terminal 127) may be conductively connected, and is not limited to a one-terminal type in which the fixed side case 121 is grounded and only the connecting pin 107 is used, but may be a two-terminal type using two output terminals. A printed circuit board may be built in which an impedance conversion circuit, an amplifier circuit, and a circuit for connecting a disconnection detection resistor in parallel with the piezoelectric element 123 may be incorporated. For example, the electrode 124 of the piezoelectric element 123 may be divided and detected. And a self-diagnosis type having a self-diagnosis function. Further, the fixed side case may be made of a resin material or the like without being made of metal.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1従
来例にあっては、圧電素子103からの出力取出のため
に、検出電極104とコネクタ106の接続ピン107
との間をワイヤボンデング等によりワイヤ105などを
半田付けして接続しなければならないため、組立を自動
化するのが困難であり、コスト削減には向かないという
問題があった。
However, in the first conventional example, the connection pin 107 of the connector 106 and the detection electrode 104 is required to take out the output from the piezoelectric element 103.
Must be connected by soldering the wire 105 or the like by wire bonding or the like, which makes it difficult to automate the assembly and is not suitable for cost reduction.

【0019】また、第2従来例にあっては、ワイヤ接続
を不要にして組立を自動化することができるとともに、
第1従来例よりも高感度化することはできるが、特に1
0kHzを越える高周波領域では、加速度としてではな
く、ケース111等の筐体内部を振動伝達として伝わり
易いと考えられることから、筐体内を伝達するときの位
相特性等の影響を受け易い。また、金属ベース112が
完全剛体ではなくコネクタ116を介して固定側ケース
111の開放端部111cをかしめて固定するので、高
温時には樹脂製のコネクタ116との間に弛み等が生じ
て金属ベース112の振動に影響してしまい温度特性が
劣化すると考えられる。このことから、接続ピン107
のコネクタ116に連結する外部コネクタを介する振動
ノイズが金属ベース112を介して振動板102に伝達
してしまい加速度の検出精度に支障となる大きな振動ノ
イズとなってしまう恐れがあるという問題がある。
Further, in the second conventional example, it is possible to automate assembly by eliminating the need for wire connection,
Although the sensitivity can be made higher than that of the first conventional example, in particular,
In a high-frequency region exceeding 0 kHz, it is considered that the vibration is not transmitted as acceleration but inside the housing such as the case 111 as vibration transmission, so that it is easily affected by phase characteristics and the like when transmitting inside the housing. Further, since the metal base 112 is not a completely rigid body but caulks and fixes the open end 111c of the fixed side case 111 via the connector 116, the metal base 112 is loosened with the resin-made connector 116 at a high temperature. It is considered that the temperature characteristics are degraded due to the influence of the vibration of the magnetic field. From this, the connection pin 107
There is a problem that vibration noise via an external connector connected to the connector 116 is transmitted to the vibration plate 102 via the metal base 112 and may become large vibration noise which hinders the accuracy of acceleration detection.

【0020】さらに、第3実施例にあっては、部品点数
が多く構造が複雑であることから自動化するのには不適
当であり、また、上述したように、圧電素子123と重
り122は固定用ねじ127により固定側ケース121
の底面に密接させる必要があることから、固定用ねじ1
27のトルク管理を厳密に行わなければならず、高い面
加工精度等が要求され、コスト削減には向かないととも
に、特に高さ方向に外観形状が大型化してしまう。さら
に、固定用ねじ127などの弛み等が発生する恐れがあ
り、高信頼性を得ることも難しい、という問題があっ
た。
Further, in the third embodiment, since the number of parts is large and the structure is complicated, it is not suitable for automation. Further, as described above, the piezoelectric element 123 and the weight 122 are fixed. Fixed side case 121
Since it is necessary to closely contact the bottom of the
The torque must be strictly controlled, and high surface processing accuracy and the like are required. This is not suitable for cost reduction, and the external shape is particularly large in the height direction. Furthermore, there is a possibility that the fixing screw 127 and the like may be loosened, and it is difficult to obtain high reliability.

【0021】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、特性方式としては、周波数特性にお
ける平坦特性部を利用する非共振型において、構造が簡
単で自動化に適し、低価格で高い性能を有する優れた加
速度センサーを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. As a characteristic method, a non-resonant type using a flat characteristic portion in a frequency characteristic has a simple structure, is suitable for automation, and has a low cost. It is an object of the present invention to provide an excellent acceleration sensor having high performance at a high speed.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサー
は、振動板に、圧電素子が固設され、前記振動板の振動
変形で前記圧電素子に発生する電圧によって前記振動板
に加えられた加速度を検出する加速度センサーであっ
て、前記圧電素子が固設された前記振動板を収装するケ
ースを、前記振動板および前記圧電素子を振動可能に収
装する空間を画成するように枠形状に形成されて底面に
立設された支柱に前記振動板および前記圧電素子を振動
可能に支持するケース部材と、前記圧電素子の電極に電
気的に導通されて外部コネクタに接続される接続端子が
配設されるとともに前記ケース部材の収装口を閉止する
閉止部材とにより構成し、前記閉止部材は、前記接続端
子および前記圧電素子の電極を接続して導通させるプリ
ント基板を保持する構成を有している。
According to the acceleration sensor of the present invention, a piezoelectric element is fixed to a vibration plate, and an acceleration applied to the vibration plate by a voltage generated in the piezoelectric element due to vibration deformation of the vibration plate. An acceleration sensor for detecting the vibration, wherein a case for accommodating the vibration plate on which the piezoelectric element is fixed is formed in a frame shape so as to define a space for accommodating the vibration plate and the piezoelectric element so as to vibrate. A case member that supports the vibrating plate and the piezoelectric element so as to be able to vibrate on a column formed on the bottom surface and a connection terminal electrically connected to an electrode of the piezoelectric element and connected to an external connector is provided. A closing member that is disposed and closes a receiving opening of the case member, and the closing member holds a printed circuit board that connects the connection terminal and the electrode of the piezoelectric element to conduct electricity. It has formed.

【0023】この構成により、圧電素子の上に重りを乗
せることにより部品点数が多くなって自動化が困難であ
るとともに組立精度が厳しく大型化してしまうタイプ
(第3従来例)ではなく、また、枠形状の蓋をする部材
側に振動板および圧電素子を支持させることにより温度
特性などに劣るタイプ(第2従来例)を採用するのでは
なく、振動板および圧電素子は、閉止部材と共に収装空
間を画成するように枠形状に形成したケース部材の底面
に立設する支柱に振動可能に支持させるタイプ(第1従
来例)を採用するが、圧電素子の電極は、ワイヤボンデ
ング等によらずに、プリント基板を介して外部コネクタ
に接続される接続端子に導通接続されるので、組立を容
易に自動化することができる構造にすることができ、低
価格で高性能な加速度センサーを提供することができ
る。
According to this configuration, the weight is placed on the piezoelectric element, so that the number of parts increases and automation is difficult, and the assembly accuracy is strict and the size is increased (third conventional example). The vibration plate and the piezoelectric element are supported on the side of the member having the shape of the lid, so that a type (second conventional example) inferior in temperature characteristics or the like is adopted. (A first conventional example) is adopted in which the support is provided on the bottom of a case member formed in a frame shape so as to define a frame so as to be able to vibrate, but the electrodes of the piezoelectric element are formed by wire bonding or the like. Instead, it is conductively connected to the connection terminal connected to the external connector via the printed circuit board, so that a structure that can easily automate assembly can be achieved, and low-cost and high-performance acceleration It is possible to provide a sensor.

【0024】この本発明の加速度センサーは、前記ケー
ス部材および前記振動板を導電性材料により形成して前
記圧電素子の一方の電極を導通状態に固設する一方、前
記閉止部材は、前記ケース部材の枠形状端部に溶接され
て前記収装口を閉止する導電性材料よりなるベース部材
と、前記接続端子を配設されて前記外部コネクタを連結
可能に前記ベース部材の外側に位置して前記ケース部材
の枠形状端部に固設される絶縁性材料よりなるコネクタ
部材とにより構成し、前記閉止部材が、絶縁状態を確保
しつつ前記コネクタ部材の前記接続端子を前記圧電素子
の他方の電極に導通させる経路を形成されている構成を
有することにより、閉止部材を樹脂材料などにより一体
構成するだけでなく、上述する第2従来例のように、ベ
ース部材とコネクタ部材とにより構成することができ
る。また、その前記コネクタ部材には、前記接続端子と
してアース用および出力用の二端子を配設される一方、
前記プリント基板に前記アース用の接続用端子を接続す
るとともに前記ベース部材に接触接続するパターンが形
成されている構成を有することにより、低価格で二端子
タイプにすることもできる。
In the acceleration sensor according to the present invention, the case member and the vibration plate are formed of a conductive material and one electrode of the piezoelectric element is fixed in a conductive state, while the closing member is formed of the case member. A base member made of a conductive material that is welded to a frame-shaped end portion of the base member and that closes the receiving port; and the connection terminal is disposed outside the base member so that the external connector can be connected to the base member. A connector member made of an insulating material fixed to the frame-shaped end of the case member, wherein the closing member secures an insulating state and connects the connection terminal of the connector member to the other electrode of the piezoelectric element. With this configuration, the closing member is not only integrally formed of a resin material or the like, but also connected to the base member and the connector as in the second conventional example described above. It can be constituted by a member. In the connector member, two terminals for ground and output are provided as the connection terminals.
By having a configuration in which the connection terminal for ground is connected to the printed circuit board and a pattern for contacting and connecting to the base member is formed, a two-terminal type can be obtained at low cost.

【0025】さらに、この本発明の加速度センサーは、
前記プリント基板には、前記接続端子に導通接続されて
いるとともに前記圧電素子の電極に接触接続させる接触
端子を配設した構成を有することにより、容易に自動化
することのできる簡単な構成により圧電素子の出力を取
り出すことができ、また、前記プリント基板には、加速
度センサーの信号処理回路を形成した構成を有すること
により、さらに性能の優れた小型の加速度センサーを得
ることができる。
Further, the acceleration sensor of the present invention
The printed circuit board has a configuration in which a contact terminal that is electrically connected to the connection terminal and that is in contact with an electrode of the piezoelectric element is provided, so that the piezoelectric element has a simple configuration that can be easily automated. In addition, since the printed circuit board has a configuration in which a signal processing circuit of an acceleration sensor is formed, a small-sized acceleration sensor having better performance can be obtained.

【0026】[0026]

【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および図2は本発明に係る加速度センサー
の一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 and 2 are views showing an embodiment of the acceleration sensor according to the present invention.

【0027】まず、加速度センサーの構造を説明する。
図1および図2において、加速度センサー10は、固定
側ケース(ケース部材)11と、振動板12と、圧電素
子13と、金属ベース(ベース部材)15と、接続用コ
ネクタ(コネクタ部材)16と、Oリング18とを組み
立てることにより作製されており、図3および図5に示
す第1、第2従来例と同様に、ドーナツ形状に形成した
金属製の振動板12の上面に、略同一内径のドーナツ形
状にセラミック等の圧電素子材を加工して表裏面に検出
電極14を成膜した圧電素子13を同軸となるように接
着材等により接着されている。したがって、例えば、エ
ンジン等の検出対象の振動を加えられたときに、振動板
12を介して与えられる応力歪みにより圧電素子13に
電荷Qが発生するので、その圧電素子13の静電容量C
に応じて生じる次式で示す大きさの電圧Vを取り出し、
加えられた加速度を検出することができる。すなわち、
この加速度センサー10は、基本構造が第1、第2従来
例と同様に、中心固定型の振動体を用いた構成に構築さ
れて基本的には共振型であるが、共振点foを使用帯域
外に構成することにより平坦部の感度Voを非共振型の
如く利用するものである。 V=Q/C
First, the structure of the acceleration sensor will be described.
1 and 2, the acceleration sensor 10 includes a fixed-side case (case member) 11, a diaphragm 12, a piezoelectric element 13, a metal base (base member) 15, a connection connector (connector member) 16, , And an O-ring 18. Similar to the first and second prior art examples shown in FIGS. 3 and 5, the upper surface of the doughnut-shaped metal diaphragm 12 has substantially the same inner diameter. The piezoelectric element 13 formed by processing a piezoelectric element material such as ceramic into a donut shape and forming the detection electrodes 14 on the front and back surfaces is adhered by an adhesive or the like so as to be coaxial. Accordingly, for example, when a vibration of a detection target such as an engine is applied, electric charge Q is generated in the piezoelectric element 13 due to stress distortion applied through the diaphragm 12, and the capacitance C of the piezoelectric element 13 is increased.
A voltage V having a magnitude represented by the following equation generated according to
The applied acceleration can be detected. That is,
The acceleration sensor 10 has a basic structure similar to that of the first and second conventional examples and is constructed to have a configuration using a fixed center vibrator, and is basically a resonance type. By using the external configuration, the sensitivity Vo of the flat portion is used like a non-resonant type. V = Q / C

【0028】固定側ケース11は、振動板12および圧
電素子13の双方を収装可能な深さに形成された円形の
底面を有する有底の円筒枠形状に金属材料により形成さ
れており、第2従来例とは異なって、第1従来例と同様
に、底面中央には振動板12および圧電素子13を支持
する支柱11aを立設されているとともに、その下面に
はエンジンなどの検出対象に設けられているねじ穴に螺
合させて固定する雄ねじ11bを設けられている。な
お、固定側ケース11の支柱11a、振動板12、およ
び圧電素子13の中央部の孔は、組立作業時のセンター
決め等のために形成したものであり、無くても他の方法
等により構成することは可能である。
The fixed side case 11 is formed of a metal material in the shape of a bottomed cylindrical frame having a circular bottom surface formed at a depth capable of accommodating both the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13. 2 Unlike the conventional example, similar to the first conventional example, a column 11a for supporting the diaphragm 12 and the piezoelectric element 13 is erected at the center of the bottom surface, and the lower surface thereof is used as a detection target such as an engine. A male screw 11b that is screwed into the provided screw hole and fixed is provided. The support 11a of the fixed side case 11, the diaphragm 12 and the hole at the center of the piezoelectric element 13 are formed for the purpose of determining the center at the time of assembling work. It is possible to do.

【0029】この固定側ケース11は、第1従来例と同
様に、底面中央に立設された支柱11aに振動板12お
よび圧電素子13を溶接等して固設されているが、第2
従来例と同様に、略同径の金属製の円盤形状に作製され
た金属ベース15を開放端面11c上に全周溶接(一部
溶接でもよい)11eにより固設されているとともに、
この金属ベース15の上には、略同等な円盤形状の円盤
部16aに外部コネクタを連結固定可能なコネクタ部1
6bを樹脂材料の一体成形により作製されたコネクタ1
6を重ねて、開放端外縁の延長部11dをかしめて円盤
部16a上面を押さえて固定することによって、振動板
12および圧電素子13を収装する収装口の蓋をして
(閉止して)振動空間を画成するようになっている。し
たがって、固定側ケース11に金属ベース15およびコ
ネクタ16を自動機により固定することができ、組立を
容易に自動化することができる。なお、Oリング18
は、固定側ケース11の開放端延長部11d内面と金属
ベース15外面との間に挟み込まれて、振動板12およ
び圧電素子13を収装する振動空間の防水性を確保す
る。なお、金属ベース15は溶接することにより信頼性
高く固定側ケース11を閉止する構成を採用するが、単
に開放端面11c上に面接触させて延長部11dのかし
めによりコネクタ16を介して押さえるだけでもよいこ
とはいうまでもない。
As in the first conventional example, the fixed side case 11 is fixed to a support 11a standing at the center of the bottom surface by welding the diaphragm 12 and the piezoelectric element 13, for example.
Similarly to the conventional example, a metal base 15 made of a metal disk having substantially the same diameter is fixed on the open end face 11c by full circumference welding (may be partially welded) 11e.
On the metal base 15, a connector portion 1 capable of connecting and fixing an external connector to a substantially equivalent disk-shaped disk portion 16a.
6b is a connector 1 made by integral molding of a resin material
6, the extension portion 11d of the outer edge of the open end is crimped, and the upper surface of the disk portion 16a is pressed down and fixed, thereby closing the cover of the storage opening for storing the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13 (closed). ) A vibration space is defined. Therefore, the metal base 15 and the connector 16 can be fixed to the fixed side case 11 by an automatic machine, and the assembly can be easily automated. O-ring 18
Is sandwiched between the inner surface of the open end extension 11d of the fixed case 11 and the outer surface of the metal base 15 to ensure waterproofness of the vibration space in which the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13 are housed. Note that the metal base 15 employs a configuration in which the fixed-side case 11 is reliably closed by welding. However, even if the metal base 15 is simply brought into surface contact with the open end face 11c and pressed by the connector 16 by caulking the extension 11d. It goes without saying that it is good.

【0030】金属ベース15は、第2従来例と異なっ
て、振動板12および圧電素子13を支持する支柱を設
けることなく、ドーナツ形状に形成して中央に開口(経
路)15aを形成される一方、コネクタ16のコネクタ
部16bには、固定側ケース11および金属ベース15
を介してアース接続する接続ピン(アース用接続端子)
17aと、外部コネクタおよび圧電素子13の検出電極
14の間を導通接続する接続ピン(出力用接続端子)1
7bとを配設されている。したがって、所望の使用帯域
内での非共振化をするためには、共振点foを高く設定
する必要があるのに対して、振動体を金属ベース15側
に固設することにより、固定側ケース11と金属ベース
15等の筐体の低い共振周波数により振動体の共振周波
数が平均化されてしまって、共振点foを上げることが
不可能になってしまうことがなく、容易に所望の使用帯
域内での非共振化をすることができる。
Unlike the second conventional example, the metal base 15 is formed in a donut shape without providing a support for the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13, and an opening (path) 15a is formed in the center. The fixed side case 11 and the metal base 15 are provided in the connector portion 16 b of the connector 16.
Connection pin (ground connection terminal) for ground connection via
Connection pin (output connection terminal) 1 for conducting connection between the external connector 17a and the detection electrode 14 of the piezoelectric element 13
7b. Therefore, in order to achieve non-resonance in a desired use band, the resonance point fo needs to be set high. On the other hand, by fixing the vibrator to the metal base 15 side, The resonance frequency of the vibrating body is not averaged by the low resonance frequency of the housing such as the metal base 11 and the metal base 15, so that it becomes impossible to raise the resonance point fo, and the desired use band can be easily obtained. Can be made non-resonant.

【0031】この金属ベース15およびコネクタ16
は、位置決めピン15cを位置決め孔16c内に嵌入さ
せて複数箇所で結合させることにより互いに位置決めす
ることができるようになっており、この金属ベース15
とコネクタ16との間には、位置決め穴19c内に位置
決めピン15cを挿入することにより、金属ベース15
の開口15aにより内部(収装空間)に臨んでコネクタ
部16bの下方および圧電素子13の上方に位置するよ
うに、両面(片面でもよい)に銅箔パターン19aを形
成されているプリント基板19を位置決め保持するよう
になっている。したがって、振動板12と圧電素子13
を固設された固定側ケース11と共に、金属ベース1
5、コネクタ16およびプリント基板19は、位置決め
固定して一体化されるので、一つの部品の如く扱うこと
ができる。
The metal base 15 and the connector 16
Can be positioned with respect to each other by inserting the positioning pins 15c into the positioning holes 16c and joining them at a plurality of locations.
The positioning pin 15c is inserted into the positioning hole 19c between the
The printed circuit board 19 having the copper foil patterns 19a formed on both sides (or one side) is positioned so as to face the inside (storage space) below the connector portion 16b and above the piezoelectric element 13 by the opening 15a. It is designed to hold the position. Therefore, the diaphragm 12 and the piezoelectric element 13
Together with the fixed side case 11 on which the metal base 1 is fixed.
5, the connector 16 and the printed circuit board 19 are integrated by positioning and fixing, so that they can be handled as one component.

【0032】このプリント基板19の銅箔パターン19
aは、金属ベース15に面接触するとともに、その金属
ベース15の開口15a内でコネクタ16の接続ピン1
7aを半田19aにより接続される系統が形成される一
方、その金属ベース15には非接触状態を維持しつつ開
口15a内に臨んで接続ピン17bを半田19aにより
接続されるとともに、圧電素子13の検出電極14に圧
接接続する接触端子20を半田付けされる系統を形成さ
れている。したがって、振動板12が振動することによ
り圧電素子13に生じた圧電Vを接触端子20、プリン
ト基板19および接続ピン17bを介して外部に取り出
すことができるようになっている。なお、接触端子20
は、圧接接続に限らず、他の種々の形状や接続方法を採
用してもよく、リード線等で圧電素子13の検出電極1
4に導通接続させてもよいことはいうまでもないが、自
動化には本実施形態の構成が適している。また、プリン
ト基板19は、インピーダンス変換回路やアンプ回路や
断線検知用の抵抗rを圧電素子13と並列になるように
銅箔パターン19aに半田付けして接続する回路構成に
してもよい。さらに、本実施形態は、接続端子として接
続ピン17a、17bをコネクタ16に配置する二端子
タイプの場合であるが、アース用を特には設けない一端
子タイプの場合には金属ベース15とプリント基板19
との接続は必要ないことになる。
The copper foil pattern 19 of the printed circuit board 19
a comes into surface contact with the metal base 15, and the connection pin 1 of the connector 16 in the opening 15 a of the metal base 15.
While a system is formed in which 7a is connected by solder 19a, a connection pin 17b is connected to the metal base 15 by solder 19a while facing the opening 15a while maintaining a non-contact state. A system is formed in which a contact terminal 20 for press-contacting the detection electrode 14 is soldered. Therefore, the piezoelectric V generated in the piezoelectric element 13 due to the vibration of the vibration plate 12 can be taken out to the outside via the contact terminals 20, the printed circuit board 19, and the connection pins 17b. The contact terminals 20
Is not limited to the pressure contact connection, but may adopt other various shapes and connection methods.
Needless to say, the configuration of the present embodiment is suitable for automation, although it is needless to say that the connection may be made to be conductive. The printed circuit board 19 may have a circuit configuration in which an impedance conversion circuit, an amplifier circuit, or a disconnection detection resistor r is connected to the copper foil pattern 19a by soldering so as to be in parallel with the piezoelectric element 13. Further, the present embodiment is a two-terminal type in which connection pins 17a and 17b are arranged on the connector 16 as connection terminals. However, in the case of a one-terminal type in which the grounding is not particularly provided, the metal base 15 and the printed board are used. 19
No connection is needed.

【0033】次に、加速度センサー10の寸法設計を説
明する。まず、振動板12と圧電素子13とからなる振
動体の共振周波数foを高く設定するためには従来技術
において説明した共振周波数foの計算式からも判るよ
うに次式のように表すことができ、振動体の半径Rが同
一の場合には、板厚tが厚い方が共振点foを高くでき
ることになる。 fo≒α′×(t/R2) α′:比例係数
Next, the dimensional design of the acceleration sensor 10 will be described. First, in order to set the resonance frequency fo of the vibrating body composed of the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13 high, the resonance frequency fo can be expressed by the following equation, as can be seen from the calculation equation of the resonance frequency fo described in the related art. In the case where the radius R of the vibrating body is the same, the thicker the plate thickness t, the higher the resonance point fo can be. fo ≒ α '× (t / R 2 ) α': proportional coefficient

【0034】ただし、板厚tが厚ければよいというわけ
ではなく、共振点foは最大点があって、適正な関係が
存在することが実験により確認されている。つまり、共
振点foが高く、かつ、感度Voも高くなければならな
いことから、そのための条件としては概ね下記の如くで
あることが判った。 R1/t1=振動板12の半径/振動板12の板厚
t ≒3.3前後 R2/R1=圧電素子13の半径/振動板12の半
径 ≒0.5前後 t1/t2=振動板12の板厚/圧電素子13の板
厚 ≒1前後
However, it is not necessarily the case that the plate thickness t is large, and the resonance point fo has a maximum point, and it has been experimentally confirmed that an appropriate relationship exists. In other words, since the resonance point fo must be high and the sensitivity Vo must be high, it has been found that the conditions for this are generally as follows. R1 / t1 = radius of diaphragm 12 / thickness t of diaphragm 12 ≒ about 3.3 R2 / R1 = radius of piezoelectric element 13 / radius of diaphragm 12 前後 about 0.5 t1 / t2 = of diaphragm 12 Thickness / thickness of piezoelectric element 13 前後 1

【0035】ここで、感度Voは次式で表され、振動体
の半径Rが大きい方が有利であることが判り、共振点f
oの関係と相反することになる。 Vo≒α′×R2
Here, the sensitivity Vo is expressed by the following equation, and it is understood that it is more advantageous that the radius R of the vibrator is larger, and the resonance point f
This is in conflict with the relationship of o. Vo ≒ α '× R 2

【0036】このことから、前記条件〜からする
と、振動体の大きさはかなり大きく、かつ、重くなると
考えられ、第2従来例の如く、金属ベース15に振動体
を構成した場合には、その金属ベース15が大きく振動
してしまい、かつ、平均的な共振周波数foが低下する
ために非共振化を図ることが不可能になってしまうこと
が判る。このため、振動板12の半径R1を大きくする
ための最適な構造を考えた場合、第1従来例の構成では
固定側ケース11の蓋となるコネクタが樹脂材のために
側面が必然的に厚くなってしまうので最適な構成とはい
えない。これに対して、本実施形態では、強度的に薄く
することが可能な金属製の固定側ケース11の側面に振
動板12の周縁を対向させることから、その固定側ケー
ス11の側面を薄くすることにより加速度センサー10
全体のサイズを大きくすることなく、振動板12の半径
R1を最大にすることができ、最適な構造であるといえ
る。
From the above, it is considered that the size of the vibrating body is considerably large and heavy under the above conditions. When the vibrating body is formed on the metal base 15 as in the second conventional example, It can be seen that the metal base 15 vibrates greatly and the average resonance frequency fo decreases, so that it is impossible to achieve non-resonance. For this reason, in consideration of an optimum structure for increasing the radius R1 of the diaphragm 12, in the configuration of the first conventional example, the connector serving as the lid of the fixed side case 11 is inevitably thick on the side surface because of the resin material. This is not the optimal configuration. On the other hand, in the present embodiment, since the peripheral edge of the diaphragm 12 faces the side surface of the metal fixed side case 11 that can be made thin in strength, the side surface of the fixed side case 11 is made thin. The acceleration sensor 10
The radius R1 of the diaphragm 12 can be maximized without increasing the overall size, which is an optimal structure.

【0037】このように本実施形態においては、固定側
ケース11の底面に立設する支柱11aに振動板12お
よび圧電素子13からなる振動体を支持させるととも
に、その固定側ケース11は、振動体を支持させること
のない金属ベース15とコネクタとにより蓋をして閉止
する一方、コネクタ16の接続ピン17a、17bは、
金属ベース15との間で開口15aから臨むように保持
するプリント基板19を介してアースおよび出力に接続
する回路構成とし、そのプリント基板19は、接触端子
20を圧電素子13の検出電極14に圧接させて導通接
続させる構造にするので、圧電素子13の検出電極14
にワイヤを半田付けする必要がなく、また、圧電素子1
3の上に重りを乗せるタイプのように、部品点数が多く
なって自動化が困難になるとともに組立精度に厳しくし
て大型化してしまうこともなく、さらに、固定側ケース
11の蓋をする金属ベース15に振動板12や圧電素子
13を支持させるタイプのように、温度特性などが低く
なってしまうことがない。したがって、組立を容易に自
動化して、低価格に作製可能な高性能の加速度センサー
10を提供することができる。
As described above, in this embodiment, the vibrating body composed of the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13 is supported by the support 11a standing on the bottom surface of the fixed side case 11, and the fixed side case 11 is Is closed by a lid with a metal base 15 and a connector that does not support the connector 16, while the connection pins 17a and 17b of the connector 16 are
The printed circuit board 19 is connected to the ground and the output via a printed circuit board 19 which is held between the metal base 15 and the opening 15a, and the printed circuit board 19 presses the contact terminal 20 to the detection electrode 14 of the piezoelectric element 13 by pressure. And the conductive connection is made, the detection electrode 14 of the piezoelectric element 13 is
There is no need to solder a wire to the
As with the type in which a weight is placed on top of 3, the number of parts increases, automation becomes difficult, assembly precision is strict, and the size is not increased. Unlike the type in which the vibration plate 12 and the piezoelectric element 13 are supported by 15, the temperature characteristics and the like do not decrease. Therefore, it is possible to provide a high-performance acceleration sensor 10 that can be easily assembled and manufactured at low cost.

【0038】なお、本実施形態では、振動板12および
圧電素子13を密閉するタイプのケース内に収装するも
のを説明するが、これに限らないことはいうまでもな
く、例えば、ここでは詳細には説明しないが、ケース側
に通気孔等を構成することにより、超音波等の音響的変
換器等としても構成することができるものに適用するこ
ともできる。
In the present embodiment, a case in which the diaphragm 12 and the piezoelectric element 13 are housed in a closed type case will be described. However, the present invention is not limited to this. Although not described, the present invention can also be applied to a device that can also be configured as an acoustic transducer such as an ultrasonic wave by forming a ventilation hole or the like on the case side.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、閉止部
材と共に収装空間を画成するように枠形状に形成したケ
ース部材の底面に支柱を立設して、振動板および圧電素
子を振動可能に支持させ、その圧電素子の電極はプリン
ト基板を介して外部コネクタに接続される接続端子に導
通接続させることにより、構成が簡単で部品点数の少な
い比較的容易に組立を自動化することができる、低価格
で高性能な優れた加速度センサーを提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, the support plate is erected on the bottom surface of the case member formed in a frame shape so as to define the receiving space together with the closing member, and the diaphragm and the piezoelectric element are formed. Vibration is supported, and the electrodes of the piezoelectric element are conductively connected to the connection terminals connected to the external connector via the printed circuit board, so that the assembly is simple and the number of parts is small, so that assembly can be relatively easily automated. It is possible to provide a low-cost, high-performance, and excellent acceleration sensor that can be used.

【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ーの一実施形態の全
体構成を示す縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an entire configuration of an embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.

【図2】その分解斜視図FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.

【図3】その第1従来技術を示す縦断面図FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the first prior art.

【図4】その要部を示す斜視図FIG. 4 is a perspective view showing a main part thereof.

【図5】その第2従来技術を示す縦断面図FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the second prior art.

【図6】その周波数特性を示すグラフFIG. 6 is a graph showing its frequency characteristics.

【図7】その第3従来技術を示す縦断面図FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the third conventional technique.

【図8】その要部を示す斜視図FIG. 8 is a perspective view showing the main part.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 加速度センサー 11 固定側ケース 11a 支柱 12 振動板 13 圧電素子 14 検出電極 15 金属ベース 15a 開口 16 コネクタ 17a 接続ピン 17b 接続ピン 18 Oリング 19 プリント基板 20 接触端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acceleration sensor 11 Fixed side case 11a Support column 12 Vibration plate 13 Piezoelectric element 14 Detection electrode 15 Metal base 15a Opening 16 Connector 17a Connection pin 17b Connection pin 18 O-ring 19 Printed circuit board 20 Contact terminal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板に、圧電素子が固設され、前記振
動板の振動変形で前記圧電素子に発生する電圧によって
前記振動板に加えられた加速度を検出する加速度センサ
ーであって、 前記圧電素子が固設された前記振動板を収装するケース
を、前記振動板および前記圧電素子を振動可能に収装す
る空間を画成するように枠形状に形成されて底面に立設
された支柱に前記振動板および前記圧電素子を振動可能
に支持するケース部材と、前記圧電素子の電極に電気的
に導通されて外部コネクタに接続される接続端子が配設
されるとともに前記ケース部材の収装口を閉止する閉止
部材とにより構成し、 前記閉止部材は、前記接続端子および前記圧電素子の電
極を接続して導通させるプリント基板を保持することを
特徴とする加速度センサー。
1. An acceleration sensor, wherein a piezoelectric element is fixed to a diaphragm, and the acceleration sensor detects acceleration applied to the diaphragm by a voltage generated in the piezoelectric element due to vibration deformation of the diaphragm. A case for housing the vibration plate on which the element is fixed is formed in a frame shape so as to define a space for accommodating the vibration plate and the piezoelectric element so as to be able to vibrate, and a column standing on the bottom surface. A case member for vibratingly supporting the vibration plate and the piezoelectric element, a connection terminal electrically connected to an electrode of the piezoelectric element and connected to an external connector, and housing the case member An acceleration sensor, comprising: a closing member that closes a mouth, wherein the closing member holds a printed circuit board that connects the connection terminal and the electrode of the piezoelectric element to conduct electricity.
【請求項2】 前記ケース部材および前記振動板を導電
性材料により形成して前記圧電素子の一方の電極を導通
状態に固設する一方、 前記閉止部材は、前記ケース部材の枠形状端部に溶接さ
れて前記収装口を閉止する導電性材料よりなるベース部
材と、前記接続端子を配設されて前記外部コネクタを連
結可能に前記ベース部材の外側に位置して前記ケース部
材の枠形状端部に固設される絶縁性材料よりなるコネク
タ部材とにより構成し、 前記閉止部材が、絶縁状態を確保しつつ前記コネクタ部
材の前記接続端子を前記圧電素子の他方の電極に導通さ
せる経路を形成されていることを特徴とする請求項1に
記載の加速度センサー。
2. The method according to claim 1, wherein the case member and the vibration plate are formed of a conductive material to fix one electrode of the piezoelectric element in a conductive state, and the closing member is provided at a frame-shaped end of the case member. A base member made of a conductive material that is welded to close the receiving port, and a frame-shaped end of the case member that is provided outside the base member and is provided with the connection terminal so that the external connector can be connected to the base member; A connector member made of an insulating material fixed to the portion, wherein the closing member forms a path for conducting the connection terminal of the connector member to the other electrode of the piezoelectric element while ensuring an insulating state. The acceleration sensor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記ケース部材および前記振動板を導電
性材料により形成して前記圧電素子の一方の電極を導通
状態に固設する一方、 前記閉止部材は、前記接続端子としてアース用および出
力用の二端子を配設されて前記外部コネクタが連結され
る絶縁性材料よりなるコネクタ部材と、前記ケース部材
に導通状態で固設されて前記収装口を閉止するとともに
絶縁状態を確保しつつ前記コネクタ部材の前記接続端子
として配設された二端子を前記圧電素子のそれぞれの電
極に導通させる経路を形成する導電性材料よりなるベー
ス部材と、により構成し、 前記プリント基板は、前記アース用の接続用端子を接続
するとともに前記ベース部材に接触接続するパターンが
形成されていることを特徴とする請求項1に記載の加速
度センサー。
3. The case member and the diaphragm are formed of a conductive material to fix one electrode of the piezoelectric element in a conductive state, and the closing member serves as the connection terminal for grounding and output. A connector member made of an insulating material to which the two terminals are disposed and to which the external connector is connected; and a connector member fixedly connected to the case member in a conductive state to close the receiving port and secure the insulating state. A base member made of a conductive material that forms a path for conducting two terminals provided as the connection terminals of the connector member to the respective electrodes of the piezoelectric element. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a pattern for connecting a connection terminal and contacting and connecting to the base member is formed.
【請求項4】 前記プリント基板には、前記接続端子に
導通接続されているとともに前記圧電素子の電極に接触
接続させる接触端子を配設したことを特徴とする請求項
1から3のいずれかに記載の加速度センサー。
4. The printed circuit board according to claim 1, further comprising a contact terminal electrically connected to the connection terminal and connected to an electrode of the piezoelectric element. Acceleration sensor as described.
【請求項5】 前記プリント基板には、加速度センサー
の信号処理回路を形成したことを特徴とする請求項1か
ら4のいずれかに記載の加速度センサー。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a signal processing circuit of the acceleration sensor is formed on the printed circuit board.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008506937A (en) * 2004-07-15 2008-03-06 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Automotive sensors
JP2015145850A (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Necトーキン株式会社 acceleration sensor
CN108508230A (en) * 2017-02-27 2018-09-07 川崎重工业株式会社 Acceleration transducer assembly

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