JP2002162408A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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JP2002162408A
JP2002162408A JP2000357144A JP2000357144A JP2002162408A JP 2002162408 A JP2002162408 A JP 2002162408A JP 2000357144 A JP2000357144 A JP 2000357144A JP 2000357144 A JP2000357144 A JP 2000357144A JP 2002162408 A JP2002162408 A JP 2002162408A
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JP
Japan
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piezoelectric element
acceleration sensor
acceleration
electrodes
series
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Application number
JP2000357144A
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Japanese (ja)
Inventor
Kaku Ejiri
革 江尻
Kazutaka Honma
一隆 本間
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FDK Corp
Fujitsu Ltd
Original Assignee
FDK Corp
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate difficulties in manufacture and to enhance accuracy, while maintaining two or more times of sensitivity higher than in cases where a piezoelectric element is used as a simple body. SOLUTION: In this acceleration sensor installed with a plate-shaped weight 9 superposed on plate-shaped piezoelectric elements 2, the plurality of elements 2 polarized in a direction different from the direction of acceleration are formed into one body, an intermediate electrode 5 is provided for electrically series- connecting the plurality of elements 2, and an output is extracted from both end electrodes 3 and 4 on the electrically series-connected elements 2.

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、加速度センサに関
し、特に重りが取り付けられた板状の圧電素子から構成
され、外部からの加速度を受けた時点で重りに発生する
慣性力によって圧電素子に発生する電圧もしくは電荷に
よって加速度の大きさを検出する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 an acceleration sensor, and more particularly to a plate-shaped piezoelectric element to which a weight is attached, which is generated in the piezoelectric element by an inertial force generated in the weight when receiving an external acceleration. The present invention relates to an acceleration sensor that detects the magnitude of acceleration using a voltage or a charge that is applied.

【0002】OA(オフィス・オートメーション)機器
や、LA(ラボラトリ・オートメーション)機器の小型
化、可搬化に伴い、装置が多少の振動を受けても正確な
動作が継続して行えるようにすることが望まれている。
装置が多少の振動を受けても正確に動作を継続するため
には、装置に加速度センサを取り付けて、装置が受けた
加速度を検出し、受けた加速度に応じた制御を行うこと
が必要である。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and portability of OA (Office Automation) equipment and LA (Laboratory Automation) equipment, accurate operation can be continuously performed even if the equipment receives some vibration. Is desired.
In order to continue operation accurately even if the device receives some vibration, it is necessary to attach an acceleration sensor to the device, detect the acceleration received by the device, and perform control according to the received acceleration. .

【0003】装置が受けた加速度を検出して制御するも
のとしては、磁気ディスク装置のシーク動作の反作用を
ヘッド位置決め制御にフィードバックする方式や、ビデ
オカメラの手振れによる加速度をフィードバックする方
法が現在公知となっている。しかしながら、このような
加速度を検出して制御する装置における従来の加速度セ
ンサは、その大きさが大きく(特に高さ方向)、機構設
計の負担になっている。従って、装置のコストダウン、
ダウンサイジング(小型化)が進む中で、耐衝撃性があ
り、製造性が良く、より薄型の加速度センサが望まれて
いる。
As methods for detecting and controlling the acceleration received by the apparatus, a method of feeding back the reaction of the seek operation of the magnetic disk apparatus to head positioning control and a method of feeding back the acceleration due to camera shake of a video camera are known at present. Has become. However, the size of the conventional acceleration sensor in a device that detects and controls such acceleration is large (particularly in the height direction), and is a burden on the mechanism design. Therefore, cost reduction of the device,
As downsizing (miniaturization) progresses, a thinner acceleration sensor having impact resistance, good manufacturability, and thinness is desired.

【0004】[0004]

【従来の技術】(1)圧電素子を用いた加速度センサの
原理説明 図5は加速度センサの原理説明図である。図5におい
て、加速度センサには、加速度検出方向に分極された板
状の圧電素子12の上下に電極13、14が設けられ、
電極14上には重り9が取り付けられている。そして、
加速度は電極13、14から増幅回路11を通して取り
出される。
2. Description of the Related Art (1) Explanation of the principle of an acceleration sensor using a piezoelectric element FIG. 5 is an explanatory view of the principle of an acceleration sensor. In FIG. 5, the acceleration sensor is provided with electrodes 13 and 14 above and below a plate-like piezoelectric element 12 polarized in an acceleration detection direction.
The weight 9 is mounted on the electrode 14. And
The acceleration is extracted from the electrodes 13 and 14 through the amplifier circuit 11.

【0005】:電荷の発生についての説明 圧電素子12に作用する力をF、表面積をA、厚さを
t、横弾性率をG、歪み⇒電荷変換率をξとすると、 せん断歪み:γ=F/AG 発生電荷 :Q=ξ×γ×A=ξ×F/AG×A=ξ×F/G =d15×F ※(但し、d15は圧電歪み定数) したがって、発生する電荷は、厚さ、表面積など素子の
大きさには無関係であることがわかる。
[0005] Description of generation of electric charge [0005] When the force acting on the piezoelectric element 12 is F, the surface area is A, the thickness is t, the transverse elastic modulus is G, and the strain ⇒ charge conversion rate is ξ, the shear strain: γ = F / AG Generated charge: Q = ξ × γ × A = ξ × F / AG × A = ξ × F / G = d15 × F (where d15 is a piezoelectric strain constant) Therefore, the generated charge is thickness It can be seen that there is no relation to the size of the element such as the surface area.

【0006】:増幅方式の説明 加速度センサ(圧電素子12)に発生した電荷を該セン
サ自身の静電容量(キャパシタンス)Cにより電圧に変
換する。
Description of Amplification Method The electric charge generated in the acceleration sensor (piezoelectric element 12) is converted into a voltage by the capacitance C of the sensor itself.

【0007】 センサ静電容量:C=εA/t 発生電圧:V=Q/C=d15×F/εA/t=d15/ε×Ft/A =g15×Ft/A ※(但し、g15は圧電出力定数) したがって、発生電圧は、厚さに比例し、表面積に反比
例する。
Sensor capacitance: C = εA / t Generated voltage: V = Q / C = d15 × F / εA / t = d15 / ε × Ft / A = g15 × Ft / A * (where g15 is piezoelectric Accordingly, the generated voltage is proportional to the thickness and inversely proportional to the surface area.

【0008】図6は増幅回路の説明図である。図6にお
いて、増幅器22の非反転入力端子にそれぞれ一方の端
子が接地された加速度センサ1と10MΩの抵抗R1が
接続され、増幅器22の反転入力端子は出力端子に直接
接続されている。そして、増幅器23の非反転入力端子
は接地され、増幅器23の反転入力端子は1KΩの抵抗
R2を介して増幅器22の出力端子に接続されると共に
100KΩの抵抗R3を介して出力端子に接続されてい
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an amplifier circuit. In FIG. 6, an acceleration sensor 1 having one terminal grounded to a non-inverting input terminal of an amplifier 22 and a resistor R1 of 10 MΩ are connected, and the inverting input terminal of the amplifier 22 is directly connected to an output terminal. The non-inverting input terminal of the amplifier 23 is grounded, and the inverting input terminal of the amplifier 23 is connected to the output terminal of the amplifier 22 via a 1 KΩ resistor R2 and to the output terminal via a 100KΩ resistor R3. I have.

【0009】図6の増幅回路では、加速度センサ1で発
生した電圧は増幅器22で1倍(電圧増幅はない)され
増幅器23で100倍に増幅されて出力される。
In the amplifier circuit shown in FIG. 6, the voltage generated by the acceleration sensor 1 is multiplied by 1 (no voltage amplification) by the amplifier 22 and amplified 100 times by the amplifier 23 and output.

【0010】(2):複数のセンサの配線方法の説明 同じ電荷を発生するセンサを接続する場合を考える。(2) Description of Wiring Method for a Plurality of Sensors Consider a case where sensors generating the same electric charge are connected.

【0011】・並列に接続する場合 全キャパシタンス=2C、発生電荷2Q、 発生電圧:V=2Q/2C=Q/C ・直列に接続する場合 全キャパシタンス=C/2、発生電荷Q、 発生電圧:V=Q/(C/2)=2Q/C 従って、直列につないだ方が並列に比べ2倍の電圧を発
生することになる。
When connected in parallel: Total capacitance = 2C, generated charge 2Q, Generated voltage: V = 2Q / 2C = Q / C When connected in series: Total capacitance = C / 2, generated charge Q, Generated voltage: V = Q / (C / 2) = 2Q / C Therefore, connecting in series will generate twice as much voltage as in parallel.

【0012】以上の特性を勘案すると、加速度センサに
許される寸法形状が決まっている場合、1素子当たりの
表面積を小さくし、直列に配線することにより、高感度
なセンサを得ることができる。この原理に準じたセンサ
がすでに提案されている(特開平7−253441号公
報参照)。
In consideration of the above characteristics, when the dimensions and shape allowed for the acceleration sensor are determined, a high-sensitivity sensor can be obtained by reducing the surface area per element and wiring in series. A sensor based on this principle has already been proposed (see JP-A-7-253441).

【0013】図7は従来例の説明図であり、図7(a)
は全体の説明、図7(b)は電気的モデルの説明であ
る。
FIG. 7 is an explanatory view of a conventional example, and FIG.
FIG. 7B is an overall description, and FIG. 7B is an electrical model description.

【0014】図7(a)において、基板8の上に2つの
方形状の電極13、14が並んで形成されており、基板
8の端部には2つの取出電極19が形成されている。そ
して、これらの電極13、14はそれぞれ引き出しパタ
ーン18によって取出電極19に接続されている。この
電極13、14の上には、下面形状が電極13、14の
パターンとほぼ同じである直方体のせん断型の圧電素子
12が取り付けられるようになっている。この2つのせ
ん断型の圧電素子12のそれぞれの分極方向は、基板8
に平行な素子の面内で、かつ、逆向きである。この圧電
素子12の上方に、これら2つの圧電素子12に跨がる
ように、重り9が取り付けられるようになっている。重
り9の下面には、2つの圧電素子12上面を電気的に接
続する導体(中間電極)15が設けられている。
In FIG. 7A, two rectangular electrodes 13 and 14 are formed on a substrate 8 side by side, and two extraction electrodes 19 are formed at an end of the substrate 8. These electrodes 13 and 14 are respectively connected to extraction electrodes 19 by extraction patterns 18. A rectangular parallelepiped shear-type piezoelectric element 12 whose lower surface shape is almost the same as the pattern of the electrodes 13 and 14 is mounted on the electrodes 13 and 14. The polarization directions of the two shear-type piezoelectric elements 12 are
In the plane of the element parallel to and in the opposite direction. A weight 9 is attached above the piezoelectric element 12 so as to straddle these two piezoelectric elements 12. On the lower surface of the weight 9, a conductor (intermediate electrode) 15 for electrically connecting the upper surfaces of the two piezoelectric elements 12 is provided.

【0015】従って、2つの圧電素子12が中間電極1
5によって、電気的に直列に接続された状態になってい
る。このため、直列接続された2つの圧電素子12の両
端が、引き出しパターン18によって2つの取出電極1
9に接続された状態になっている。
Therefore, the two piezoelectric elements 12 are connected to the intermediate electrode 1.
5, it is in a state of being electrically connected in series. Therefore, both ends of the two piezoelectric elements 12 connected in series are connected to the two extraction electrodes 1 by the extraction pattern 18.
9 is connected.

【0016】この加速度センサ1は、2つのせん断型の
圧電素子12の分極方向に平行な方向の加速度を検出す
ることができる。即ち、加速度センサ1の2つの圧電素
子12がY軸に平行な方向に置かれていた場合、このY
軸に平行な方向の加速度を検出することができる。
The acceleration sensor 1 can detect acceleration in a direction parallel to the polarization direction of the two shear-type piezoelectric elements 12. That is, when the two piezoelectric elements 12 of the acceleration sensor 1 are placed in a direction parallel to the Y axis, this Y
An acceleration in a direction parallel to the axis can be detected.

【0017】図7(b)において、例えば、矢印で示す
ように、せん断力が右から左方向に加わった場合、左側
の圧電素子12Lには上側にプラス(+)電位、下側に
マイナス(−)電位が発生したとすると、右側の圧電素
子12Rは、その分極方向が左側の圧電素子12Lと反
対であるので、下側にプラス(+)電位、上側にマイナ
ス(−)電位が発生することになる。
In FIG. 7B, for example, as shown by an arrow, when a shearing force is applied from right to left, a positive (+) potential is applied to the left piezoelectric element 12L, and a negative (+) potential is applied to the lower piezoelectric element 12L. If a-) potential is generated, the polarization direction of the right piezoelectric element 12R is opposite to that of the left piezoelectric element 12L, so that a plus (+) potential is generated on the lower side and a minus (-) potential is generated on the upper side. Will be.

【0018】このように、重り9の下面側に電気的に直
列に接続された分極方向が逆の2つの圧電素子12を配
置し、圧電素子12の下側に電極13、14を配置し、
圧電素子12の上側に中間電極15を置くことによっ
て、半分の表面積のセンサを2台直列につないだことに
なり、全体で1つの圧電素子12を用いた場合に比べ、
素子が小さく、直列効果で2倍の発生電位を取り出すこ
とができ、加速度の検出感度を2倍にすることができ
る。また、図7(a)では、Y軸方向の加速度を検出で
きるが、圧電素子12の分極方向を変えることにより、
さまざまな方向の加速度を検出できるものであった。
As described above, two piezoelectric elements 12 electrically connected in series and having opposite polarization directions are arranged on the lower surface side of the weight 9, and the electrodes 13 and 14 are arranged below the piezoelectric element 12.
By arranging the intermediate electrode 15 on the upper side of the piezoelectric element 12, two sensors each having a half surface area are connected in series, and compared with the case where one piezoelectric element 12 is used as a whole.
Since the element is small, twice the generated potential can be extracted by a series effect, and the acceleration detection sensitivity can be doubled. 7A, the acceleration in the Y-axis direction can be detected, but by changing the polarization direction of the piezoelectric element 12,
It could detect acceleration in various directions.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】前記従来のものは、現
実的には、細分化され、小型化した圧電素子12を大き
さや特性を揃えて作るのが困難であるという製造性の問
題があった。
However, in reality, the conventional device has a problem of manufacturability in that it is difficult to manufacture a finely divided and miniaturized piezoelectric element 12 with the same size and characteristics. Was.

【0020】本発明は、このような従来の課題を解決
し、分極方向が場所により異なるタイプの圧電素子を複
数一体で作るこにより、圧電素子が単体の場合の複数倍
の高感度化を維持しつつ、製造上の困難さを無くし、精
度を高めるようにすることを目的とする。
The present invention solves such a conventional problem, and maintains multiple times higher sensitivity than a single piezoelectric element by integrally forming a plurality of piezoelectric elements having different polarization directions depending on locations. It is another object of the present invention to eliminate manufacturing difficulties and improve accuracy.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。図1中、2は圧電素子、3、4は電極、5は
中間電極、9は重り、11は増幅回路である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. In FIG. 1, 2 is a piezoelectric element, 3 and 4 are electrodes, 5 is an intermediate electrode, 9 is a weight, and 11 is an amplifier circuit.

【0022】本発明は前記従来の課題を解決するため次
のように構成した。
The present invention is configured as follows to solve the above-mentioned conventional problems.

【0023】(1):板状の圧電素子2の上に重ねて設
けられる板状の重り9を備える加速度センサであって、
加速度の方向に対して分極方向を異ならせた複数の圧電
素子2を一体に形成し、これら複数の圧電素子2を電気
的に直列に接続する中間電極5を設け、該電気的に直列
に接続した圧電素子2の両端電極3、4から出力を取り
出す。
(1) An acceleration sensor including a plate-shaped weight 9 provided on the plate-shaped piezoelectric element 2,
A plurality of piezoelectric elements 2 whose polarization directions are different from the direction of acceleration are integrally formed, and an intermediate electrode 5 for electrically connecting the plurality of piezoelectric elements 2 in series is provided. The output is taken out from both end electrodes 3 and 4 of the piezoelectric element 2 thus formed.

【0024】(2):板状の圧電素子2の上に重ねて設
けられる板状の重り9を備える加速度センサであって、
加速度の方向に対して分極方向を異ならせた複数の圧電
素子2を複数列一体に形成し、これら複数の圧電素子2
を電気的に直列に接続する中間電極を設け、該電気的に
直列に接続した圧電素子2の両端電極3、4から出力を
取り出す (作用)前記構成に基づく作用を説明する。
(2) An acceleration sensor having a plate-shaped weight 9 provided on the plate-shaped piezoelectric element 2,
A plurality of piezoelectric elements 2 having different polarization directions with respect to the direction of acceleration are integrally formed in a plurality of rows.
Is provided with an intermediate electrode that is electrically connected in series, and an output is taken out from both end electrodes 3 and 4 of the piezoelectric element 2 that is electrically connected in series. (Operation) The operation based on the above configuration will be described.

【0025】一体に形成した複数の圧電素子2を加速度
の方向に対して分極方向を異ならせ、中間電極5でこれ
ら複数の圧電素子2を電気的に直列に接続し、該電気的
に直列に接続した圧電素子2の両端電極3、4から出力
を取り出す。このため、圧電素子が単体の場合の複数倍
の高感度化を維持しつつ、製造上の困難さを無くし、精
度を高めることができる。
The direction of polarization of the plurality of integrally formed piezoelectric elements 2 is changed with respect to the direction of acceleration, and the plurality of piezoelectric elements 2 are electrically connected in series by the intermediate electrode 5. The output is taken out from the electrodes 3 and 4 at both ends of the connected piezoelectric element 2. For this reason, it is possible to eliminate the difficulty in manufacturing and to improve the accuracy while maintaining the sensitivity several times higher than in the case of a single piezoelectric element.

【0026】また、加速度の方向に対して分極方向を異
ならせた複数の圧電素子2を複数列一体に形成し、中間
電極で電気的に直列に接続した圧電素子2の両端電極
3、4から出力を取り出す。このため、複数の圧電素子
2が2次元配置となり小型で、圧電素子が単体の場合の
複数倍の高感度化を維持しつつ、製造上の困難さを無く
し、精度を高めることができる。
A plurality of piezoelectric elements 2 having different polarization directions with respect to the direction of acceleration are integrally formed in a plurality of rows, and the two end electrodes 3 and 4 of the piezoelectric element 2 electrically connected in series by an intermediate electrode. Get the output. For this reason, the plurality of piezoelectric elements 2 are two-dimensionally arranged, are small, and have high sensitivity several times higher than that of a single piezoelectric element.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】本発明は、分極方向が場所により
異なるタイプのせん断圧電素子(以下、圧電素子とい
う)を複数一体で作ることにより、圧電素子が単体の場
合の複数倍の高感度化を維持しつつ、製造上の困難さを
無くし、精度を高めるようにするものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, a plurality of shear piezoelectric elements (hereinafter, referred to as "piezoelectric elements") having different polarization directions depending on locations are integrally formed, thereby increasing the sensitivity a plurality of times as compared with a single piezoelectric element. While maintaining the above, the manufacturing difficulty is eliminated and the accuracy is improved.

【0028】(1):分極方向が異なる部分を2個設け
る説明 図2は分極方向が異なる部分を2個設ける説明図であ
り、図2(a)は加速度センサの説明である。図2
(a)において、加速度センサには、分極方向(斜線の
矢印)が異なる部分を2個一体に設けた圧電素子12
と、該圧電素子12の下面に形成された2つの方形状の
電極13、14と、圧電素子12の上面に形成された中
間電極15により構成される。なお、図示省略している
が、中間電極15の上面には重りが取り付けられるもの
であり、電極13、14は基板に固着される。そして、
加速度センサ出力は電極13、14から増幅回路11を
介して取り出されるものである なお、圧電素子12の分極方向は、図2(a)のものを
それぞれ180°回転した分極方向とすることができ
る。さらに、図2(a)のものをそれぞれ90°回転し
た分極方向とすることもできる。この90°回転したも
のは、加速度検出方向も90°回転することになる。
(1): Description of providing two portions having different polarization directions FIG. 2 is an explanatory diagram of providing two portions having different polarization directions, and FIG. 2 (a) is a description of an acceleration sensor. FIG.
2A, the acceleration sensor includes a piezoelectric element 12 integrally provided with two portions having different polarization directions (hatched arrows).
And two square electrodes 13 and 14 formed on the lower surface of the piezoelectric element 12, and an intermediate electrode 15 formed on the upper surface of the piezoelectric element 12. Although not shown, a weight is attached to the upper surface of the intermediate electrode 15, and the electrodes 13 and 14 are fixed to the substrate. And
The output of the acceleration sensor is extracted from the electrodes 13 and 14 via the amplifier circuit 11. The polarization direction of the piezoelectric element 12 can be the polarization direction obtained by rotating the piezoelectric element 12 shown in FIG. . Further, the polarization directions shown in FIG. 2A may be rotated by 90 °. This 90 ° rotation also rotates the acceleration detection direction by 90 °.

【0029】図2(b)は分極のさせ方の説明である。
図2(b)において、圧電素子12の両端に(−)電極
を中央の上下に(+)電極を配置し、両電極(−)
(+)間に高電圧を印加する。これにより、分極方向が
異なる部分を2個一体に設けた圧電素子12(図2
(b)の下図参照)を形成することができる。
FIG. 2B is an explanation of how to make the polarization.
In FIG. 2B, (−) electrodes are arranged at both ends of the piezoelectric element 12, and (+) electrodes are arranged above and below the center, and both electrodes (−) are arranged.
High voltage is applied between (+). Thus, the piezoelectric element 12 (FIG. 2) in which two portions having different polarization directions are integrally provided.
(See (b) below).

【0030】このようにして、圧電素子が単体の場合の
2倍の高感度化を維持しつつ、製造上の困難さを無く
し、精度を高めることができる。
In this way, it is possible to eliminate the difficulty in manufacturing and improve the accuracy while maintaining the sensitivity twice as high as that of a single piezoelectric element.

【0031】(2):分極方向が異なる部分を4個直列
に設ける(1次元配置)説明 図3は分極方向が異なる部分を4個直列に設ける説明図
である。図3において、加速度センサには、分極方向
(斜線の矢印)が異なる部分を4個直列に一体に設けた
圧電素子12と、該圧電素子12の下面の左右に形成さ
れた2つの方形状の電極13、14と中間の中間電極1
6と、圧電素子12の上面に形成された中間電極15、
17により構成される。なお、図示省略しているが、中
間電極15、17の上面には一体の重りが取り付けられ
る(重りが絶縁物の場合は直接、導体の場合は絶縁物を
介して取り付ける)ものである。そして、加速度センサ
の出力は電極13、14から増幅回路11を介して取り
出されるものである。
(2) Description of Providing Four Portions with Different Polarization Directions in Series (One-Dimensional Arrangement) FIG. 3 is an explanatory diagram of providing four portions with different polarization directions in series. In FIG. 3, the acceleration sensor includes a piezoelectric element 12 in which four portions having different polarization directions (diagonal arrows) are integrally provided in series, and two rectangular shapes formed on the left and right sides of the lower surface of the piezoelectric element 12. Intermediate electrode 1 between electrodes 13 and 14
6, an intermediate electrode 15 formed on the upper surface of the piezoelectric element 12,
17. Although not shown, an integral weight is attached to the upper surfaces of the intermediate electrodes 15 and 17 (if the weight is an insulator, it is attached directly, and if the weight is a conductor, it is attached via an insulator). The output of the acceleration sensor is extracted from the electrodes 13 and 14 via the amplifier circuit 11.

【0032】なお、圧電素子12の分極方向は、図3の
ものをそれぞれ180°回転した分極方向とすることが
できる。さらに、図3のものをそれぞれ90°回転した
分極方向とすることもできる。この90°回転したもの
は、加速度検出方向も90°回転したものとなる。
The polarization direction of the piezoelectric element 12 can be a polarization direction obtained by rotating the piezoelectric element 12 shown in FIG. 3 by 180 °. Further, the polarization directions shown in FIG. 3 can be rotated by 90 °. The rotation by 90 ° is also the rotation of the acceleration detection direction by 90 °.

【0033】従って、この加速度センサは、分極方向が
異なる4つの圧電素子12が中間電極15、16、17
によって、電気的に直列に接続された状態になってい
る。このため、直列接続された4つの圧電素子12の両
端の電極13、14が出力電極となる。
Therefore, in this acceleration sensor, the four piezoelectric elements 12 having different polarization directions are composed of the intermediate electrodes 15, 16, 17.
Thus, they are electrically connected in series. Therefore, the electrodes 13 and 14 at both ends of the four piezoelectric elements 12 connected in series become output electrodes.

【0034】このようにして、この加速度センサは、圧
電素子が単体の場合の4倍の高感度化を維持しつつ、製
造上の困難さを無くし、精度を高めることができる。
As described above, the acceleration sensor can maintain the sensitivity four times as high as that of a single piezoelectric element, eliminate the difficulty in manufacturing, and improve the accuracy.

【0035】(3):分極方向が異なる部分を4個平面
に設ける(2次元配置)説明 図4は分極方向が異なる部分を4個2次元に配置する説
明図である。図4において、加速度センサには、分極方
向(斜線の矢印)が異なる部分を4個2次元に一体に配
置した圧電素子12と、該圧電素子12の下面の左右に
形成された2つの方形状の電極13、14と中間電極1
6と、圧電素子12の上面に形成された中間電極15、
17により構成される。なお、図示省略しているが、中
間電極15、17の上面には一体の重りが取り付けられ
る(重りが絶縁物の場合は直接、導体の場合は絶縁物を
介して取り付ける)ものである。そして、加速度センサ
の出力は電極13、14から増幅回路11を介して取り
出されるものである。
(3): Description of Arranging Four Portions with Different Polarization Directions on Two Planes (Two-Dimensional Arrangement) FIG. 4 is an explanatory diagram of arranging four portions with different polarization directions in two dimensions. In FIG. 4, the acceleration sensor includes a piezoelectric element 12 in which four portions having different polarization directions (diagonal arrows) are integrally arranged two-dimensionally, and two rectangular shapes formed on the left and right sides of the lower surface of the piezoelectric element 12. Electrodes 13 and 14 and intermediate electrode 1
6, an intermediate electrode 15 formed on the upper surface of the piezoelectric element 12,
17. Although not shown, an integral weight is attached to the upper surfaces of the intermediate electrodes 15 and 17 (if the weight is an insulator, it is attached directly, and if the weight is a conductor, it is attached via an insulator). The output of the acceleration sensor is extracted from the electrodes 13 and 14 via the amplifier circuit 11.

【0036】なお、圧電素子12の分極方向は、図4の
ものをそれぞれ180°回転した分極方向とすることが
できる。さらに、図4のものをそれぞれ90°回転した
分極方向とすることもできる。この90°回転したもの
は、加速度検出方向も90°回転したものとなる。
The polarization direction of the piezoelectric element 12 can be a polarization direction obtained by rotating the piezoelectric element shown in FIG. 4 by 180 °. Further, the polarization directions shown in FIG. 4 may be rotated by 90 °. The rotation by 90 ° is also the rotation of the acceleration detection direction by 90 °.

【0037】このようにして、加速度センサは、分極方
向が異なる4つの圧電素子12が中間電極15、16、
17によって、電気的に直列に接続された状態になって
いる。このため、直列接続された4つの圧電素子12の
両端の電極13、14が出力電極となる。
As described above, in the acceleration sensor, the four piezoelectric elements 12 having different polarization directions have the intermediate electrodes 15, 16,
17 are electrically connected in series. Therefore, the electrodes 13 and 14 at both ends of the four piezoelectric elements 12 connected in series become output electrodes.

【0038】このため、この加速度センサは、圧電素子
が単体の場合の4倍の高感度化を維持しつつ、小型で製
造上の困難さを無くし、精度を高めることができる。
Therefore, the acceleration sensor can be reduced in size and can be manufactured without difficulty while maintaining the sensitivity four times higher than in the case of a single piezoelectric element, and can improve the accuracy.

【0039】以上の実施の形態では、分極方向が異なる
圧電素子12を2個又は4個設ける説明をしたが6個以
上にすることもできる。これは、分極方向が異なる部分
を2N(Nは1以上の整数)個一体に設けることによ
り、1つの圧電素子12を用いた場合に比べ、直列効果
で2N倍の高感度なセンサが、精度良く作れることにな
る。
In the above embodiment, two or four piezoelectric elements 12 having different polarization directions have been described. However, six or more piezoelectric elements 12 may be provided. This is because by providing 2N (N is an integer of 1 or more) portions having different polarization directions integrally, a sensor having a high sensitivity of 2N times due to a series effect as compared with a case where one piezoelectric element 12 is used, has a higher accuracy. You can make it well.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。
As described above, the present invention has the following effects.

【0041】(1):一体に形成した複数の圧電素子を
加速度の方向に対して分極方向を異ならせ、中間電極で
これら複数の圧電素子を電気的に直列に接続し、該電気
的に直列に接続した圧電素子の両端電極から出力を取り
出すため、圧電素子が単体の場合の複数倍の高感度化を
維持しつつ、製造上の困難さを無くし、精度を高めるこ
とができる。
(1): A plurality of integrally formed piezoelectric elements are made to have different polarization directions with respect to the direction of acceleration, and the plurality of piezoelectric elements are electrically connected in series by an intermediate electrode. Since the output is taken out from the electrodes at both ends of the piezoelectric element connected to the piezoelectric element, it is possible to eliminate the difficulty in manufacturing and improve the accuracy while maintaining the sensitivity several times higher than in the case of a single piezoelectric element.

【0042】(2):加速度の方向に対して分極方向を
異ならせた複数の圧電素子を複数列一体に形成し、中間
電極でこれら複数の圧電素子を電気的に直列に接続して
出力を取り出すため、複数の圧電素子が2次元配置とな
り小型で、圧電素子が単体の場合の複数倍の高感度化を
維持しつつ、製造上の困難さを無くし、精度を高めるこ
とができる。
(2): A plurality of piezoelectric elements having different polarization directions with respect to the direction of acceleration are integrally formed in a plurality of rows, and the plurality of piezoelectric elements are electrically connected in series with an intermediate electrode to output. Since the piezoelectric elements are taken out, a plurality of piezoelectric elements are arranged in a two-dimensional array, and the piezoelectric elements are small. The sensitivity can be improved several times as high as that of a single piezoelectric element.

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

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】実施の形態における分極方向が異なる部分を2
個設ける説明図である。
FIG. 2 is a diagram showing two portions having different polarization directions in the embodiment.
FIG.

【図3】実施の形態における分極方向が異なる部分を4
個直列に設ける説明図である。
FIG. 3 shows a portion having a different polarization direction in the embodiment.
It is explanatory drawing which is provided in series.

【図4】実施の形態における分極方向が異なる部分を4
個2次元に配置する説明図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a portion having different polarization directions in the embodiment;
It is explanatory drawing which arrange | positions two-dimensionally.

【図5】加速度センサの原理説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of an acceleration sensor.

【図6】増幅回路の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an amplifier circuit.

【図7】従来例の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 圧電素子 3、4 電極 5 中間電極 9 重り 11 増幅回路 2 Piezoelectric element 3, 4 electrode 5 Intermediate electrode 9 Weight 11 Amplifier circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 一隆 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued from the front page (72) Inventor Kazutaka Honma Fuji Electric Chemical Co., Ltd. 5-36-11 Shimbashi, Minato-ku, Tokyo

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】板状の圧電素子の上に重ねて設けられる板
状の重りを備える加速度センサであって、 加速度の方向に対して分極方向を異ならせた複数の圧電
素子を一体に形成し、 これら複数の圧電素子を電気的に直列に接続する中間電
極を設け、 該電気的に直列に接続した圧電素子の両端電極から出力
を取り出すことを特徴とした加速度センサ。
An acceleration sensor having a plate-shaped weight provided on a plate-shaped piezoelectric element, wherein a plurality of piezoelectric elements having polarization directions different from the direction of acceleration are integrally formed. An acceleration sensor, comprising: an intermediate electrode that electrically connects the plurality of piezoelectric elements in series; and extracting output from both electrodes of the piezoelectric element that is electrically connected in series.
【請求項2】板状の圧電素子の上に重ねて設けられる板
状の重りを備える加速度センサであって、 加速度の方向に対して分極方向を異ならせた複数の圧電
素子を複数列一体に形成し、 これら複数の圧電素子を電気的に直列に接続する中間電
極を設け、 該電気的に直列に接続した圧電素子の両端電極から出力
を取り出すことを特徴とした加速度センサ。
2. An acceleration sensor having a plate-shaped weight provided on a plate-shaped piezoelectric element, wherein a plurality of piezoelectric elements whose polarization directions are different from the direction of acceleration are integrated in a plurality of rows. An acceleration sensor comprising: an intermediate electrode formed to electrically connect the plurality of piezoelectric elements in series; and an output taken out from both electrodes of the piezoelectric elements electrically connected in series.
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