JP3129118B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特に、長さ方向に振動し２つのノード部分を有する振動
子を含む片持ち梁構造の加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の加速度センサの一例を示
す斜視図であり、図１１はその側面図である。この加速
度センサ１は、長さ方向に振動する振動子２を含む。振
動子２は、たとえば短冊状の振動体３を含む。振動体３
の長手方向における中央から一端側の部分の両主面に
は、２つの圧電素子４ａおよび４ｂが対向するように形
成される。同様に、振動体３の長手方向における中央か
ら他端側の部分の両主面にも、２つの圧電素子４ｃおよ
び４ｄが対向するように形成される。これらの圧電素子
４ａ〜４ｄは、それぞれ、圧電体層を含み、圧電体層の
両主面には、電極がそれぞれ形成される。そして、圧電
体層の一方の主面上の電極が振動体の主面に接着され
る。また、圧電素子４ａおよび４ｂの圧電体層は、それ
ぞれ、外側から振動体３側に厚み方向に分極されてい
る。逆に、圧電素子４ｃおよび４ｄの圧電体層は、それ
ぞれ、振動体３側から外側に厚み方向に分極されてい
る。

【０００３】振動子２の長手方向における一端側には、
２つの支持部材５が形成される。この場合、２つの支持
部材５は、振動体３の長手方向における一端側のノード
部分および端部から幅方向に延びて振動体３と一体的に
形成される。これらの支持部材５は、振動子２の一端側
のノード部分の近傍を強固に支持するためのものであ
る。

【０００４】また、この振動子２の長手方向における他
端側には、たとえば突片状の２つの取付部材６が形成さ
れる。この場合、取付部材６は、振動体３の長手方向に
おける他端側のノード部分から幅方向に延びて振動体３
と一体的に形成される。そして、これらの取付部材６の
両主面には、溶接あるいははんだ付けによって、重り７
がそれぞれ取り付けられる。これらの重り７は、加速度
による振動体３の撓みを大きくするためのものである。

【０００５】この加速度センサ１では、支持部材５を固
定することによって振動子２の一端側のノード部分の近
傍を強固に支持するとともに、４つの圧電素子４ａ〜４
ｂに同位相の駆動信号を印加すれば、振動体２が長さ方
向に振動する。この場合、圧電素子４ａおよび４ｂと、
圧電素子４ｃおよび４ｄとは、互いに逆方向に分極され
ているので、互いに逆方向に変位する。そのため、振動
体３の長手方向における中央から一端側の部分が伸びる
ときには、振動体３の長手方向における中央から他端側
の部分が縮む。逆に、振動体３の長手方向における中央
から一端側の部分が縮むときには、振動体３の長手方向
における中央から他端側の部分が伸びる。また、この場
合、振動体３の長手方向における中央から一端側の部分
の伸縮量と、振動体３の長手方向における中央から他端
側の部分の伸縮量とが相殺されるので、振動体３の長手
方向における両端間の距離がほとんど変化しない。さら
に、この場合、振動体３は、圧電素子４ａおよび４ｂ間
の中央部分と圧電素子４ｃおよび４ｄ間の中央部分とを
ノード部分として振動する。また、振動体３は、その長
手方向における両端部分を腹として振動する。

【０００６】そして、振動子２の振動体３にその主面に
直交する方向に加速度を加えると、その加速度に応じて
振動体３が圧電素子４ａ〜４ｄとともに撓み、その撓み
に応じた電圧が圧電素子４ａ〜４ｄに発生する。そのた
め、圧電素子４ａ〜４ｄに発生する電圧のいずれかを測
定することによって、加速度を検出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この加速度
センサ１では、振動子２が片持ち梁構造のため、振動子
２が屈曲振動の共振周波数を有し、その共振周波数で共
振する。そのため、圧電素子４ａ〜４ｄはその共振に応
じた起電力も発生し、その起電力は加速度の検出感度に
悪影響を及ぼしてしまう。

【０００８】従来、そのような共振を防ぐためには、振
動子をシリコーンオイルなどで封止する方法があるが、
その方法には大変手間がかかってしまう。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単な構造で振動子の共振が抑制される、加速度センサを
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、長さ方向に
振動し２つのノード部分を有する振動子を含む片持ち梁
構造の加速度センサであって、振動子を一方のノード部
分の近傍で強固に支持するための支持部材と、振動子を
他方のノード部分の近傍で弾性的に支持するための弾性
部材とを含む、加速度センサである。

【００１１】なお、この発明にかかる加速度センサで
は、振動子の他方のノード部分の近傍に重りが取り付け
られてもよい。また、この発明にかかる加速度センサに
用いられる弾性部材としては、たとえばゴムなどの弾性
材からなるものや、たとえばコイルばねや板ばねなどの
ばねが用いられる。

【００１２】

【作用】振動子は、一方のノード部分の近傍で支持部材
で強固に支持され、他方のノード部分の近傍で弾性部材
で弾性的に支持される。そのため、振動子の共振は、弾
性部材で抑制される。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、簡単な構造で振動子
の共振が抑制される、加速度センサが得られる。そのた
め、この発明にかかる加速度センサでは、加速度の検出
感度が改善される。

【００１４】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２はその正面図であり、図３はその側面図であ
る。この加速度センサ１０は、長さ方向に振動する振動
子１２を含む。

【００１６】振動子１２は、たとえば短冊状の振動体１
４を含む。振動体１４は、たとえば、ニッケル，鉄，ク
ロム，チタン、あるいはそれらの合金たとえばエリン
バ，鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料で形成され
る。なお、振動体１４は、たとえば、石英，ガラス，水
晶，セラミックなどのように一般的に機械的な振動を生
じる金属以外の材料で形成されてもよい。

【００１７】振動体１４の長手方向における中央から一
端側の部分の両主面には、２つの圧電素子１６ａおよび
１６ｂが対向するように形成される。一方の圧電素子１
６ａは、たとえばセラミックからなる圧電体層１８ａを
含み、圧電体層１８ａの両主面には、電極２０ａおよび
２２ａがそれぞれ形成される。そして、電極２０ａが、
振動体１４の一方の主面にたとえば接着剤で接着され
る。同様に、他方の圧電素子１６ｂは、たとえばセラミ
ックからなる圧電体層１８ｂを含み、圧電体層１８ｂの
両主面には、電極２０ｂおよび２２ｂがそれぞれ形成さ
れる。そして、電極２０ｂが、振動体１４の他方の主面
にたとえば接着剤で接着される。また、これらの圧電素
子１６ａおよび１６ｂの圧電体層１８ａおよび１８ｂ
は、電極２２ａおよび２２ｂから電極２０ａおよび２０
ｂに向かって、すなわち外側から振動体１４側に向かっ
て厚み方向に分極されている。

【００１８】さらに、振動体１４の長手方向における中
央から他端側の部分の両主面には、２つの圧電素子１６
ｃおよび１６ｄが対向するように形成される。一方の圧
電素子１６ｃは、たとえばセラミックからなる圧電体層
１８ｃを含み、圧電体層１８ｃの両主面には、電極２０
ｃおよび２２ｃがそれぞれ形成される。そして、電極２
０ｃが、振動体１４の一方の主面にたとえば接着剤で接
着される。同様に、他方の圧電素子１６ｄは、たとえば
セラミックからなる圧電体層１８ｄを含み、圧電体層１
８ｄの両主面には、電極２０ｄおよび２２ｄがそれぞれ
形成される。そして、電極２０ｄが、振動体１４の他方
の主面にたとえば接着剤で接着される。また、これらの
圧電素子１６ｃおよび１６ｄの圧電体層１８ｃおよび１
８ｄは、電極２０ｃおよび２０ｄから電極２２ｃおよび
２２ｄに向けて、すなわち振動体１４側から外側に向か
って厚み方向に分極されている。

【００１９】この振動子１２は、圧電素子１６ａ〜１６
ｄに同位相の駆動信号を印加すれば、長さ方向に振動す
る。この場合、圧電素子１６ａおよび１６ｂと、圧電素
子１６ｃおよび１６ｄとは、互いに逆方向に分極されて
いるので、互いに逆方向に変位する。そのため、図３の
実線の矢印で示すように、振動体１４の長手方向におけ
る中央から一端側の部分が伸びるときには、振動体１４
の長手方向における中央から他端側の部分が縮む。逆
に、図３に１点鎖線の矢印で示すように、振動体１４の
長手方向における中央から一端側の部分が縮むときに
は、振動体１４の長手方向における中央から他端側の部
分が伸びる。また、この場合、振動体１４の長手方向に
おける中央から一端側の部分の伸縮量と、振動体１４の
長手方向における中央から他端側の部分の伸縮量とが相
殺されるので、振動体１４の長手方向における両端間の
距離がほとんど変化しない。さらに、この場合、振動体
１４は、圧電素子１６ａおよび１６ｂ間の中央部分と圧
電素子１６ｃおよび１６ｄ間の中央部分とをノード部分
として振動する。また、振動体１４は、その長手方向に
おける両端部分を腹として振動する。

【００２０】この振動子１２の長手方向における一端側
には、２つの支持部材２４が形成される。この場合、２
つの支持部材２４は、振動体１４の長手方向における一
端側のノード部分および端部から幅方向に延びて振動体
１４と一体的に形成される。これらの支持部材２４は、
振動子１２の一端側のノード部分の近傍を強固に支持す
るためのものである。

【００２１】また、この振動子１２の長手方向における
他端側には、たとえば突片状の２つの取付部材２６が形
成される。この場合、取付部材２６は、振動体１４の長
手方向における他端側のノード部分から幅方向に延びて
振動体１４と一体的に形成される。そして、これらの取
付部材２６の両主面には、溶接あるいははんだ付けによ
って、重り２８がそれぞれ取り付けられる。これらの重
り２８は、加速度による振動体１４の撓みを大きくする
ためのものである。

【００２２】さらに、２つの取付部材２６には、それぞ
れ、下方の延びる支持片３０がそれらの取付部材２６と
一体的に形成される。そして、それらの支持片３０の下
端には、それぞれ、弾性部材としてのたとえばブロック
状のゴムからなるダンパ３２が取り付けられる。これら
のダンパ３２は、振動子１２の長手方向における他端側
のノード部分の近傍で振動子１２を弾性的に支持するた
めのものである。

【００２３】この加速度センサ１０では、２つの支持部
材２４を固定することによって振動子１２の一端側のノ
ード部分の近傍を支持するとともに、４つの圧電素子１
６ａ〜１６ｄに同位相の駆動信号を印加すれば、振動子
１２は、図３の実線の矢印および１点鎖線の矢印で示す
ように、長さ方向に振動する。

【００２４】そして、振動子１２の振動体１４にその主
面に直交する方向に加速度を加えると、その加速度に応
じて振動体１４が圧電素子１６ａ〜１６ｄとともに撓
み、その撓みに応じた電圧が圧電素子１６ａ〜１６ｄに
発生する。そのため、圧電素子１６ａ〜１６ｄに発生す
る電圧のいずれかを測定することによって、加速度を検
出することができる。

【００２５】また、この加速度センサ１０では、振動子
１２が、一方のノード部分の近傍で支持部材２４で強固
に支持され、他方のノード部分の近傍で弾性部材として
のダンパ３２で弾性的に支持される。そのため、振動子
１２の共振が、ダンパ３２で抑制される。したがって、
この加速度センサ１０では、加速度を検出する感度が改
善される。

【００２６】さらに、この加速度センサ１０では、振動
子１２のノード部分の近傍の取付部材２６に重り２８が
取り付けられているので、加速度による振動体１４の撓
みが大きくて加速度の検出感度が大きいとともに、振動
子１２の振動が、重り２８にほとんど伝わらず重り２８
で妨げられにくい。

【００２７】図４はこの発明の他の実施例を示す斜視図
であり、図５はその正面図である。図４および図５に示
す実施例では、図１ないし図３に示す実施例と比べて、
支持片３０およびダンパ３２に代えて、２つの取付部材
２６の下部には、それぞれ、弾性部材としてのコイルば
ね３４が取り付けられる。これらのコイルばね３４は、
振動子１２の長手方向における他端側のノード部分の近
傍で振動子１２を弾性的に支持するためのものである。

【００２８】図４および図５に示す実施例でも、図１な
いし図３に示す実施例と同様に、振動子１２が、一方の
ノード部分の近傍で支持部材２４で強固に支持され、他
方のノード部分の近傍で弾性部材としてのコイルばね３
４で弾性的に支持される。そのため、振動子１２の共振
が、コイルばね３４で抑制され、加速度の検出感度が改
善される。なお、コイルばね３４に代えて板ばねが用い
られても、同様の効果を奏する。

【００２９】図６はこの発明のさらに他の実施例を示す
斜視図であり、図７はその正面図である。図６および図
７に示す実施例では、特に、２つの取付部材２６および
重り２８には、それぞれ、弾性部材としてのたとえば略
Ｄ字状のゴムからなるダンパ３６が取り付けられる。こ
れらのダンパ３６は、振動子１２の長手方向における他
端側のノード部分の近傍で振動子１２を弾性的に支持す
るためのものである。

【００３０】図８はこの発明の別の実施例を示す斜視図
であり、図９はその側面図である。図８および図９に示
す実施例では、特に、２つの取付部材２６および重り２
８には、それぞれ、弾性部材としてのたとえば大きいブ
ロック状のゴムからなるダンパ３８が取り付けられる。
これらのダンパ３８も、振動子１２の長手方向における
他端側のノード部分の近傍で振動子１２を弾性的に支持
するためのものである。

【００３１】図６ないし図９に示す各実施例でも、振動
子１２が、一方のノード部分の近傍で支持部材２４で強
固に支持され、他方のノード部分の近傍で弾性部材とし
てのダンパ３６あるいは３８で弾性的に支持されるた
め、振動子１２の共振が、ダンパ３６あるいは３８で抑
制され、加速度の検出感度が改善される。

【００３２】なお、上述の各実施例では弾性部材として
ゴムからなるダンパやばねが用いられているが、この発
明にかかる加速度センサに用いられる弾性部材として
は、ゴム以外の弾性材が用いられてもよく、また、その
形状も任意に変更されてもよい。

【００３３】また、上述の各実施例では、圧電素子１６
ａおよび１６ｂに発生する電圧の差や圧電素子１６ｃお
よび１６ｄに発生する電圧の差を検出することによって
も、加速度を検出することができる。

【００３４】さらに、上述の各実施例において、１以上
の圧電素子の圧電体層の分極方向を逆にするとともに、
分極方向を逆にした圧電素子に印加する駆動信号の位相
を逆にしてもよい。

【００３５】なお、上述の各実施例において、振動子を
長さ方向に振動しているのは、振動子を長さ方向に振動
していると、振動子に加速度を加えた場合に振動子が大
きく撓み、加速度を検出する感度がよくなるからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の正面図である。

【図３】図１に示す実施例の側面図である。

【図４】この発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図５】図４に示す実施例を正面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図７】図６に示す実施例の正面図である。

【図８】この発明の別の実施例を示す斜視図である。

【図９】図８に示す実施例の側面図である。

【図１０】従来の加速度センサの一例を示す斜視図であ
る。

【図１１】図１０に示す加速度センサの側面図である。

【符号の説明】

１０ 加速度センサ １２ 振動子 １４ 振動体 １４ａ 孔 １６ａ〜１６ｄ 圧電素子 １８ａ〜１８ｄ 圧電体層 ２０ａ〜２０ｄ，２２ａ〜２２ｄ 電極 ２４ 支持部材 ２６ 取付部材 ２８ 重り ３０ 支持片 ３２ ダンパ ３４ コイルばね ３６ ダンパ ３８ ダンパ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に振動し２つのノード部分を有
   する振動子を含む片持ち梁構造の加速度センサであっ
   て、 前記振動子を一方のノード部分の近傍で強固に支持する
   ための支持部材、および前記振動子を他方のノード部分
   の近傍で弾性的に支持するための弾性部材を含む、加速
   度センサ。
2. 【請求項２】 前記振動子の他方のノード部分の近傍に
   取り付けられる重りを含む、請求項１に記載の加速度セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 前記弾性部材は、弾性材からなる、請求
   項１または請求項２に記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 前記弾性部材は、ばねを含む、請求項１
   または請求項２に記載の加速度センサ。