JP3203523B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JP3203523B2 JP3203523B2 JP21620792A JP21620792A JP3203523B2 JP 3203523 B2 JP3203523 B2 JP 3203523B2 JP 21620792 A JP21620792 A JP 21620792A JP 21620792 A JP21620792 A JP 21620792A JP 3203523 B2 JP3203523 B2 JP 3203523B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車の衝突時の安全確
保用のエアバックなどの安全装置に、或いは悪路におけ
る乗り心地の改善などに用いられる加速度センサに関す
る。
保用のエアバックなどの安全装置に、或いは悪路におけ
る乗り心地の改善などに用いられる加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から加速度の検出には種々の方式の
ものが実用化されている。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサは、構造が簡単で高温での使用が
可能であることから、各種機械の振動検出および自動車
のエンジンのノッキング検出などに広く使用されてい
る。
ものが実用化されている。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサは、構造が簡単で高温での使用が
可能であることから、各種機械の振動検出および自動車
のエンジンのノッキング検出などに広く使用されてい
る。
【０００３】圧電セラミクが加速度センサとして使用で
きるのは、加速度αに比例する力Ｆを圧電セラミックス
に加えると両端の電極に電圧Ｖ（電荷Ｑ）が生じ、この
電圧Ｖから加速度αが求まるからである。これを数式で
表せば Ｆ＝ｋ1 ＊α …（１） Ｖ（Ｑ）＝ｋ2 ＊Ｆ …（２） となる。ここに、ｋ1 及びｋ2 は比例定数である。
きるのは、加速度αに比例する力Ｆを圧電セラミックス
に加えると両端の電極に電圧Ｖ（電荷Ｑ）が生じ、この
電圧Ｖから加速度αが求まるからである。これを数式で
表せば Ｆ＝ｋ1 ＊α …（１） Ｖ（Ｑ）＝ｋ2 ＊Ｆ …（２） となる。ここに、ｋ1 及びｋ2 は比例定数である。
【０００４】図８は従来の圧電方式の加速度センサの圧
電素子部の断面図であり、金属薄板５と、圧電セラミッ
クス６-a，６-b（板状もしくはリング状）と、接着剤７
とにより構成されており、圧電セラミックスの上下両端
面には電極８-a，８-bが形成されており、一方を出力電
極もう他方をアース電極とする。この圧電素子を厚さ方
向に振動すると、上記のような電圧（電荷）が出力電極
に発生する。
電素子部の断面図であり、金属薄板５と、圧電セラミッ
クス６-a，６-b（板状もしくはリング状）と、接着剤７
とにより構成されており、圧電セラミックスの上下両端
面には電極８-a，８-bが形成されており、一方を出力電
極もう他方をアース電極とする。この圧電素子を厚さ方
向に振動すると、上記のような電圧（電荷）が出力電極
に発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】圧電セラミックスによ
る加速度センサがエアバック等の安全装置や悪路におけ
る乗り心地の改善などに用いられる場合の要求特性して
は、低周波の加速度検出が可能であること（約０．０５
Ｈｚ〜）つまり高感度であることと、焦電効果の影響が
無い（小さい）こと等が挙げられる。そこでこれら２項
目を満足する為には次のような対策が必要となる。
る加速度センサがエアバック等の安全装置や悪路におけ
る乗り心地の改善などに用いられる場合の要求特性して
は、低周波の加速度検出が可能であること（約０．０５
Ｈｚ〜）つまり高感度であることと、焦電効果の影響が
無い（小さい）こと等が挙げられる。そこでこれら２項
目を満足する為には次のような対策が必要となる。
【０００６】高感度にする点に就いて：一般的に振動系
の共振周波数以下では、系の機械インピーダンスはスチ
フネスによるものだけとみてよいので、系は弾性制御に
なり振動変位は一定となり、感度Ｖ／Ｆは次の（３）式
で表わされる。
の共振周波数以下では、系の機械インピーダンスはスチ
フネスによるものだけとみてよいので、系は弾性制御に
なり振動変位は一定となり、感度Ｖ／Ｆは次の（３）式
で表わされる。
【０００７】Ｖ／Ｆ＝β／ｔ …（３） ここにβは比例定数、ｔは圧電素子の厚みを示してい
る。この（３）式から分かるように、高感度にするため
には、圧電素子の厚みをできるだけ薄くしなければなら
ない。
る。この（３）式から分かるように、高感度にするため
には、圧電素子の厚みをできるだけ薄くしなければなら
ない。
【０００８】しかしながら金属薄板５や圧電セラミック
ス６-a，６-bを薄く作製するためには高度の製作管理が
必要であり、またこれと関連して、金属薄板５と圧電セ
ラミックス６-a，６-bを接着する場合は、接着剤７の厚
みの不均一が加速度検出時の出力電圧の不安定さや圧電
セラミックス特定部分への応力による圧電セラミックス
の割れ等の原因に成るので、これも高度の製作管理を必
要とする。従って圧電セラミックスを薄くするのには限
度がある。また、金属薄板５と圧電セラミックスの線膨
張係数の差により、温度印加時に圧電セラミックスの破
損等がある。
ス６-a，６-bを薄く作製するためには高度の製作管理が
必要であり、またこれと関連して、金属薄板５と圧電セ
ラミックス６-a，６-bを接着する場合は、接着剤７の厚
みの不均一が加速度検出時の出力電圧の不安定さや圧電
セラミックス特定部分への応力による圧電セラミックス
の割れ等の原因に成るので、これも高度の製作管理を必
要とする。従って圧電セラミックスを薄くするのには限
度がある。また、金属薄板５と圧電セラミックスの線膨
張係数の差により、温度印加時に圧電セラミックスの破
損等がある。
【０００９】焦電効果による影響を小さくする点に就い
て：焦電効果により発生する出力電圧を２つの圧電セラ
ミックスを使用することによりキャンセルしたり（減算
もしくは加算）、圧電素子の熱容量を大きくしたり、又
は圧電セラミックス間の熱容量を等しくする等が一般的
である。先に説明した従来例も２つの圧電セラミックス
を用いている。
て：焦電効果により発生する出力電圧を２つの圧電セラ
ミックスを使用することによりキャンセルしたり（減算
もしくは加算）、圧電素子の熱容量を大きくしたり、又
は圧電セラミックス間の熱容量を等しくする等が一般的
である。先に説明した従来例も２つの圧電セラミックス
を用いている。
【００１０】しかしながら焦電効果による影響を小さく
するために２つの圧電素子６-a，６-bを使用しても、圧
電素子間の不均一さ（圧電素子形状、電極面積、厚み等
の不均一さ）や接着剤７の厚みの不均一さにより圧電素
子間に熱容量の差異を生じ、焦電効果による出力電圧が
少なからず存在する。
するために２つの圧電素子６-a，６-bを使用しても、圧
電素子間の不均一さ（圧電素子形状、電極面積、厚み等
の不均一さ）や接着剤７の厚みの不均一さにより圧電素
子間に熱容量の差異を生じ、焦電効果による出力電圧が
少なからず存在する。
【００１１】以上、述べたように従来の加速度センサに
おいては、出力電圧の不安定さ、圧電セラミックスの破
損、焦電効果による出力電圧誤差等の欠点を有してい
た。したがって本発明は、かかる現状に鑑み、感度が良
好で焦電効果による影響を受けず、而も破損しにくい加
速度センサを提供するものである。
おいては、出力電圧の不安定さ、圧電セラミックスの破
損、焦電効果による出力電圧誤差等の欠点を有してい
た。したがって本発明は、かかる現状に鑑み、感度が良
好で焦電効果による影響を受けず、而も破損しにくい加
速度センサを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサ
は、圧電効果を利用した加速度センサにおいて、圧電セ
ラミックスシートと電極層が交互に積層された偶数層の
圧電セラミックスシートを有し、同時焼結して得られる
積層型セラミックスバイモルフ形の加速度センサであっ
て、前記積層型セラミックスバイモルフ形の加速度セン
サの積層体中心に位置する電極層を挟む圧電セラミック
スシートは厚み方向で同じ向きに分極され、他の隣接す
る圧電セラミックスシートは厚み方向で相互に対向する
向きに分極され、該積層体中心の電極層を−電極層と
し、該−電極層より厚み方向に１つおきの電極層を並列
接続し共通−電極とし、該−電極層以外の全ての電極層
を並列接続して共通＋電極としたことを特徴とする。こ
のセンサにおいて、共通＋電極からの出力信号を電荷増
幅等を行うインピーダンス変換部を介して出力端子と
し、かつ共通−電極をアース端子として用いる。
は、圧電効果を利用した加速度センサにおいて、圧電セ
ラミックスシートと電極層が交互に積層された偶数層の
圧電セラミックスシートを有し、同時焼結して得られる
積層型セラミックスバイモルフ形の加速度センサであっ
て、前記積層型セラミックスバイモルフ形の加速度セン
サの積層体中心に位置する電極層を挟む圧電セラミック
スシートは厚み方向で同じ向きに分極され、他の隣接す
る圧電セラミックスシートは厚み方向で相互に対向する
向きに分極され、該積層体中心の電極層を−電極層と
し、該−電極層より厚み方向に１つおきの電極層を並列
接続し共通−電極とし、該−電極層以外の全ての電極層
を並列接続して共通＋電極としたことを特徴とする。こ
のセンサにおいて、共通＋電極からの出力信号を電荷増
幅等を行うインピーダンス変換部を介して出力端子と
し、かつ共通−電極をアース端子として用いる。
【００１３】また本発明の加速度センサは、圧電効果を
利用した加速度センサにおいて、圧電セラミックスシー
トと電極層が交互に積層された偶数層の圧電セラミック
スシートを有し、同時焼結して得られる積層型セラミッ
クスバイモルフ形の加速度センサとし、前記電極層を挟
んで隣接する圧電セラミックスシートは厚み方向で相互
に対向する向きに分極され、前記積層体中心の電極層を
−電極層とし、該−電極層より厚み方向に１つおきの電
極層を並列接続し共通−電極とし、該積層体中心より一
方側の前記−電極層以外のすべての電極層を並列接続し
て共通＋Ａ電極とし、該積層体中心より他方側の前記−
電極層以外の全ての電極層を並列接続して共通＋Ｂ電極
としたことを特徴とする。このセンサにおいて、共通＋
Ａ電極と共通＋Ｂ電極とからの出力信号を電荷増幅等を
行うインピーダンス変換部を介して差動出力する差動増
幅器を設けて、該差動増幅器からの出力を出力端子と
し、かつ共通−電極をアース端子として使用する。
利用した加速度センサにおいて、圧電セラミックスシー
トと電極層が交互に積層された偶数層の圧電セラミック
スシートを有し、同時焼結して得られる積層型セラミッ
クスバイモルフ形の加速度センサとし、前記電極層を挟
んで隣接する圧電セラミックスシートは厚み方向で相互
に対向する向きに分極され、前記積層体中心の電極層を
−電極層とし、該−電極層より厚み方向に１つおきの電
極層を並列接続し共通−電極とし、該積層体中心より一
方側の前記−電極層以外のすべての電極層を並列接続し
て共通＋Ａ電極とし、該積層体中心より他方側の前記−
電極層以外の全ての電極層を並列接続して共通＋Ｂ電極
としたことを特徴とする。このセンサにおいて、共通＋
Ａ電極と共通＋Ｂ電極とからの出力信号を電荷増幅等を
行うインピーダンス変換部を介して差動出力する差動増
幅器を設けて、該差動増幅器からの出力を出力端子と
し、かつ共通−電極をアース端子として使用する。
【００１４】
【作用】本発明によれば、積層型セラミックスバイモル
フ形圧電素子を用いることにより、一元的な寸法精度に
よる管理された厚みの薄い圧電素子を多数層用いるの
で、電気的に直列に加算出来るので感度が高くなり、か
つ温度変化に伴う焦電効果が並列的に平均化されるので
出力変化の影響を小さくすることが可能に成る。
フ形圧電素子を用いることにより、一元的な寸法精度に
よる管理された厚みの薄い圧電素子を多数層用いるの
で、電気的に直列に加算出来るので感度が高くなり、か
つ温度変化に伴う焦電効果が並列的に平均化されるので
出力変化の影響を小さくすることが可能に成る。
【００１５】
【実施例】図１及び図２は本発明の加速度センサに用い
る積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子の積層分解
斜視図及び組立て図である。板状の積層型セラミックス
バイモルフ形圧電素子（加速度センサ）である積層体９
は複数の圧電セラミックスシート１０（図では圧電セラ
ミックスシート６層により構成）と電極層１１，１２に
より構成されている。図に示した電極層を圧電セラミッ
クスシートに形成する方法としては、焼結後の圧電セラ
ミックスシートにスクリーン印刷により金属ペーストを
印刷した後に焼き付ける方法や、メッキや蒸着等により
圧電セラミックスシートの表面の全面に電極を形成した
後に、フォトエッチングによりパターンを形成する方法
がある。本発明では、焼結前の圧電セラミックスシート
１０の一方の面に、金属ペースト（例えば銀パラジウム
ペースト）を印刷して電極層１１，１２を形成し、この
圧電セラミックスシート１０を位置合わせして複数枚積
層して（図では６層）一体とした後に焼結し、図２に示
す焼結後の積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子
（以後積層体と称す。）の側面部に電極１１および１２
と接続するように金属ぺーストを塗布することにより外
部共通電極１３および１４を作り、焼付ける。なお、積
層体を焼結する前に、積層体の側面部に外部共通電極１
３を作っておきその後積層体および外部共通電極１３を
同時に焼結してもよい。
る積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子の積層分解
斜視図及び組立て図である。板状の積層型セラミックス
バイモルフ形圧電素子（加速度センサ）である積層体９
は複数の圧電セラミックスシート１０（図では圧電セラ
ミックスシート６層により構成）と電極層１１，１２に
より構成されている。図に示した電極層を圧電セラミッ
クスシートに形成する方法としては、焼結後の圧電セラ
ミックスシートにスクリーン印刷により金属ペーストを
印刷した後に焼き付ける方法や、メッキや蒸着等により
圧電セラミックスシートの表面の全面に電極を形成した
後に、フォトエッチングによりパターンを形成する方法
がある。本発明では、焼結前の圧電セラミックスシート
１０の一方の面に、金属ペースト（例えば銀パラジウム
ペースト）を印刷して電極層１１，１２を形成し、この
圧電セラミックスシート１０を位置合わせして複数枚積
層して（図では６層）一体とした後に焼結し、図２に示
す焼結後の積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子
（以後積層体と称す。）の側面部に電極１１および１２
と接続するように金属ぺーストを塗布することにより外
部共通電極１３および１４を作り、焼付ける。なお、積
層体を焼結する前に、積層体の側面部に外部共通電極１
３を作っておきその後積層体および外部共通電極１３を
同時に焼結してもよい。
【００１６】この積層体の寸法の例を示すと、圧電セラ
ミックスシート１０の厚さは０．０５〜０．１ｍｍ、電
極層の厚さは０．０１〜０．０５ｍｍであり、図示の６
層の積層体の厚みは０．２〜０．４ｍｍ程度の圧電素子
１の形成が可能である。なお前述の各層厚みは、各層形
成時のマスクにより一元的に管理される。故に（３）式
にしたがって高感度な積層型セラミックスバイモルフ形
圧電素子を形成できる。
ミックスシート１０の厚さは０．０５〜０．１ｍｍ、電
極層の厚さは０．０１〜０．０５ｍｍであり、図示の６
層の積層体の厚みは０．２〜０．４ｍｍ程度の圧電素子
１の形成が可能である。なお前述の各層厚みは、各層形
成時のマスクにより一元的に管理される。故に（３）式
にしたがって高感度な積層型セラミックスバイモルフ形
圧電素子を形成できる。
【００１７】図３は図２で示した外部共通電極１３，１
４の結線状態を示す図である。積層体９の中心の電極層
１２-bを−電極層とし、電極層１２-bより上下に１つお
きの電極層１２-a，１２-cを外部共通電極により並列接
続されて共通−電極１３となり、他の電極層１１-a，１
１-b，１１-cを外部共通電極により並列接続され共通＋
電極１４となる。また、共通＋電極１４からの出力信号
を電荷増幅等を行うインピーダンス変換部２０を介して
＋出力端子１６とし、かつ共通−電極をアース端子１５
とする。
４の結線状態を示す図である。積層体９の中心の電極層
１２-bを−電極層とし、電極層１２-bより上下に１つお
きの電極層１２-a，１２-cを外部共通電極により並列接
続されて共通−電極１３となり、他の電極層１１-a，１
１-b，１１-cを外部共通電極により並列接続され共通＋
電極１４となる。また、共通＋電極１４からの出力信号
を電荷増幅等を行うインピーダンス変換部２０を介して
＋出力端子１６とし、かつ共通−電極をアース端子１５
とする。
【００１８】また、積層体９の積層中心の電極層１２-b
と上下の電極層１１-b，１１-c間の圧電セラミックスシ
ート１０-3，１０-4は厚み方向の同じ向きに分極され、
他の圧電セラミックスシートは電極層に対向する向きに
分極されている。（図３における矢印は分極方向を示
す）通常、加速度や急峻な温度変化が無いとき、各電極
には出力電圧（出力電荷）は発生しない。もし急峻な温
度変化が積層体９に印加された場合、図３に示すよう
に、電極層１１-aには−ｑ電荷（ここでｑは相対的な電
荷量を示す。）、電極１１-bには−２ｑ電荷、電極１１
-cには＋２ｑ電荷、電極１１-dには−ｑ電荷が発生す
る。よって共通＋電極１４には−３ｑ電荷と＋３ｑ電荷
が存在する。また、電極１２-aには＋２ｑ電荷、電極１
２-bには−ｑ電荷と＋ｑ電荷、電極１２-cには−２ｑ電
荷が発生する。よって共通−電極１３には−３ｑ電荷と
＋３ｑ電荷が存在する。したがって、インピーダンス変
換部２０の入力端子には−３ｑ電荷と＋３ｑ電荷、アー
ス端子には＋３ｑ電荷と−３ｑ電荷が入力され、各入力
端子の電荷は相殺され（インピーダンス変換部２０の入
力端子の−３ｑ電荷とアース端子の−３ｑ電荷、及び入
力端子の＋３ｑ電荷とアース端子の＋３ｑ電荷が相
殺）、出力端子１６からは出力電荷（電圧）は発生しな
い（電荷はゼロである）。
と上下の電極層１１-b，１１-c間の圧電セラミックスシ
ート１０-3，１０-4は厚み方向の同じ向きに分極され、
他の圧電セラミックスシートは電極層に対向する向きに
分極されている。（図３における矢印は分極方向を示
す）通常、加速度や急峻な温度変化が無いとき、各電極
には出力電圧（出力電荷）は発生しない。もし急峻な温
度変化が積層体９に印加された場合、図３に示すよう
に、電極層１１-aには−ｑ電荷（ここでｑは相対的な電
荷量を示す。）、電極１１-bには−２ｑ電荷、電極１１
-cには＋２ｑ電荷、電極１１-dには−ｑ電荷が発生す
る。よって共通＋電極１４には−３ｑ電荷と＋３ｑ電荷
が存在する。また、電極１２-aには＋２ｑ電荷、電極１
２-bには−ｑ電荷と＋ｑ電荷、電極１２-cには−２ｑ電
荷が発生する。よって共通−電極１３には−３ｑ電荷と
＋３ｑ電荷が存在する。したがって、インピーダンス変
換部２０の入力端子には−３ｑ電荷と＋３ｑ電荷、アー
ス端子には＋３ｑ電荷と−３ｑ電荷が入力され、各入力
端子の電荷は相殺され（インピーダンス変換部２０の入
力端子の−３ｑ電荷とアース端子の−３ｑ電荷、及び入
力端子の＋３ｑ電荷とアース端子の＋３ｑ電荷が相
殺）、出力端子１６からは出力電荷（電圧）は発生しな
い（電荷はゼロである）。
【００１９】図４は図３の積層体９の積層方向に矢印で
示すように加速度を印加したときの状態を示している。
この加速度の印加により、圧電セラミックスシート１０
-1，１０-2，１０-3は縮み、圧電セラミックスシート１
０-4，１０-5，１０-6は伸びるので、電極１１-aには＋
ｑ電荷、電極１１-bには＋２ｑ電荷、電極１１-cには＋
２ｑ電荷、電極１１-dには＋ｑ電荷が発生し、共通＋電
極１４には＋３ｑ電荷と＋３ｑ電荷（電圧）が存在し、
電極１２-aには−２ｑ電荷、電極１２-bには−２ｑ電
荷、電極１２-cには−２ｑ電荷が発生し、共通−電極１
３には−３ｑ電荷と−３ｑ電荷（電圧）が存在する。最
終的にはインピーダンス変換部２０の入力端子には＋６
ｑ電荷、アース端子には−６ｑ電荷が入力され、力力端
子１６から１２ｑ電荷（電圧）が出力される。この場合
インピーダンス変換部２０を介することにより、共通＋
電極１４と共通−電極１３（アース端子１５）間は差動
出力したことと同義となる。
示すように加速度を印加したときの状態を示している。
この加速度の印加により、圧電セラミックスシート１０
-1，１０-2，１０-3は縮み、圧電セラミックスシート１
０-4，１０-5，１０-6は伸びるので、電極１１-aには＋
ｑ電荷、電極１１-bには＋２ｑ電荷、電極１１-cには＋
２ｑ電荷、電極１１-dには＋ｑ電荷が発生し、共通＋電
極１４には＋３ｑ電荷と＋３ｑ電荷（電圧）が存在し、
電極１２-aには−２ｑ電荷、電極１２-bには−２ｑ電
荷、電極１２-cには−２ｑ電荷が発生し、共通−電極１
３には−３ｑ電荷と−３ｑ電荷（電圧）が存在する。最
終的にはインピーダンス変換部２０の入力端子には＋６
ｑ電荷、アース端子には−６ｑ電荷が入力され、力力端
子１６から１２ｑ電荷（電圧）が出力される。この場合
インピーダンス変換部２０を介することにより、共通＋
電極１４と共通−電極１３（アース端子１５）間は差動
出力したことと同義となる。
【００２０】図５は本発明の他の実施例である加速度セ
ンサの積層体の斜視図である。共通電極１７，１８，及
び１９の結線状態が第１の実施例の積層体を示す図２の
場合と異なっている。ただし積層体内部の構造は同じで
ある。
ンサの積層体の斜視図である。共通電極１７，１８，及
び１９の結線状態が第１の実施例の積層体を示す図２の
場合と異なっている。ただし積層体内部の構造は同じで
ある。
【００２１】図６は図５で示した共通電極１７，１８，
及び１９の結線状態を示す図である。積層体９の積層中
心の電極層１２-bを−電極層とし、電極層１２-bより上
下に一つおきの電極層１２-a，１２-cを外部共通電極に
より並列接続されて共通−電極１７となり、電極層１２
-bより上の電極層１１-a，１１-bを外部共通電極により
並列接続されて共通＋Ａ電極１８とし、電極層１２-bよ
り下の電極層１１-c，１１-dを外部共通電極により並列
接続され共通＋Ｂ電極１９とする。また、共通＋Ａ電極
１８、共通＋Ｂ電極１９からの出力信号を電荷増幅等を
行うインピーダンス変換部２１，２２を介して差動出力
する差動増幅器２３を設けて、差動増幅器２３からの出
力を出力端子２４とし、かつ共通−電極１７をアース端
子１５とする。
及び１９の結線状態を示す図である。積層体９の積層中
心の電極層１２-bを−電極層とし、電極層１２-bより上
下に一つおきの電極層１２-a，１２-cを外部共通電極に
より並列接続されて共通−電極１７となり、電極層１２
-bより上の電極層１１-a，１１-bを外部共通電極により
並列接続されて共通＋Ａ電極１８とし、電極層１２-bよ
り下の電極層１１-c，１１-dを外部共通電極により並列
接続され共通＋Ｂ電極１９とする。また、共通＋Ａ電極
１８、共通＋Ｂ電極１９からの出力信号を電荷増幅等を
行うインピーダンス変換部２１，２２を介して差動出力
する差動増幅器２３を設けて、差動増幅器２３からの出
力を出力端子２４とし、かつ共通−電極１７をアース端
子１５とする。
【００２２】また、積層体１の圧電セラミックスシート
１０-1，１０-2，１０-3，１０-4，１０-5，１０-6は厚
み方向で電極層に対向する向きに分極される。この図６
における小さな矢印は分極方向を示す。
１０-1，１０-2，１０-3，１０-4，１０-5，１０-6は厚
み方向で電極層に対向する向きに分極される。この図６
における小さな矢印は分極方向を示す。
【００２３】通常、図６に示すように加速度や急峻な温
度変化がないとき、各電極には出力電圧（出力電荷）は
発生しない。もし急峻な温度変化が積層体９に印加され
た場合、電極層１１-aには−ｑ電荷、電極１１-bには−
２ｑ電荷が発生し、共通＋Ａ電極１８には−３ｑの電荷
が存在し、電極１１-cには−２ｑ電荷、電極１１-dには
−ｑ電荷が発生し、共通＋Ｂ電極１９には−３ｑの電荷
が存在する。また、電極１２-aには＋２ｑ電荷、電極１
２-bには＋２ｑ電荷、電極１２-cには＋２ｑ電荷が発生
し、並列接続されているため共通−電極１７には＋６ｑ
（＋３ｑと＋３ｑ）の電荷が存在する。よって、共通＋
Ａ電極１８および共通＋Ｂ電極１９からの出力信号はイ
ンピーダンス変換部２１，２２を介して出力されるため
（共通−電極１７との差動出力のため）、インピーダン
ス変換部２１，２２からはともに＋６ｑの電荷を出力
し、差動増幅器２３からの出力は０電荷となり、出力端
子２４の出力（電圧）は発生しない。
度変化がないとき、各電極には出力電圧（出力電荷）は
発生しない。もし急峻な温度変化が積層体９に印加され
た場合、電極層１１-aには−ｑ電荷、電極１１-bには−
２ｑ電荷が発生し、共通＋Ａ電極１８には−３ｑの電荷
が存在し、電極１１-cには−２ｑ電荷、電極１１-dには
−ｑ電荷が発生し、共通＋Ｂ電極１９には−３ｑの電荷
が存在する。また、電極１２-aには＋２ｑ電荷、電極１
２-bには＋２ｑ電荷、電極１２-cには＋２ｑ電荷が発生
し、並列接続されているため共通−電極１７には＋６ｑ
（＋３ｑと＋３ｑ）の電荷が存在する。よって、共通＋
Ａ電極１８および共通＋Ｂ電極１９からの出力信号はイ
ンピーダンス変換部２１，２２を介して出力されるため
（共通−電極１７との差動出力のため）、インピーダン
ス変換部２１，２２からはともに＋６ｑの電荷を出力
し、差動増幅器２３からの出力は０電荷となり、出力端
子２４の出力（電圧）は発生しない。
【００２４】図７は積層体９の積層方向に矢印で示すよ
うに加速度を印加したときの状態を示している。この加
速度の印加により、圧電セラミックスシート１０-1，１
０-2，１０-3は縮み、圧電セラミックスシート１０-4，
１０-5，１０-6は伸びるので、電極１１-aには＋ｑ電
荷、電極１１-bには＋２ｑ電荷が発生し、共通＋Ａ電極
１８には＋３ｑ電荷が生じ、電極１１-cには−２ｑ電
荷、電極１１-dには−ｑ電荷が発生し、共通＋Ｂ電極１
９には−３ｑ電荷が生じる。また、電極１２-aには−２
ｑ電荷、電極１２-bには（圧電セラミックスシート１０
-3の分の）−ｑ電荷、電極１２-bには（圧電セラミック
スシート１０-4の分の）＋ｑ電荷、電極１２-cには＋２
ｑ電荷が発生し、共通−電極１７には−３ｑ電荷と＋３
ｑ電荷が存在する。よって共通＋Ａ電極１８、共通＋Ｂ
電極１９及び共通−電極１７からの出力は、インピーダ
ンス変換部２１，２２を介してそれぞれ＋６ｑ電荷と−
６ｑ電荷が出力され、差動増幅器２３へ入力することに
より、出力端子２４から１２ｑ電荷（電圧）が出力され
る。
うに加速度を印加したときの状態を示している。この加
速度の印加により、圧電セラミックスシート１０-1，１
０-2，１０-3は縮み、圧電セラミックスシート１０-4，
１０-5，１０-6は伸びるので、電極１１-aには＋ｑ電
荷、電極１１-bには＋２ｑ電荷が発生し、共通＋Ａ電極
１８には＋３ｑ電荷が生じ、電極１１-cには−２ｑ電
荷、電極１１-dには−ｑ電荷が発生し、共通＋Ｂ電極１
９には−３ｑ電荷が生じる。また、電極１２-aには−２
ｑ電荷、電極１２-bには（圧電セラミックスシート１０
-3の分の）−ｑ電荷、電極１２-bには（圧電セラミック
スシート１０-4の分の）＋ｑ電荷、電極１２-cには＋２
ｑ電荷が発生し、共通−電極１７には−３ｑ電荷と＋３
ｑ電荷が存在する。よって共通＋Ａ電極１８、共通＋Ｂ
電極１９及び共通−電極１７からの出力は、インピーダ
ンス変換部２１，２２を介してそれぞれ＋６ｑ電荷と−
６ｑ電荷が出力され、差動増幅器２３へ入力することに
より、出力端子２４から１２ｑ電荷（電圧）が出力され
る。
【００２５】以上、述べてきたように積層型セラミック
スバイモルフ形圧電素子を用いることにより、一元的な
寸法精度による管理された厚みの薄い圧電素子による加
速度センサを形成可能とすることにより、高感度な加速
度センサを提供でき、かつ分極方向や電極層の接続を考
慮することにより、温度変化に伴う焦電効果による出力
変化の影響を小さくすることが可能となる。なお以上の
実施例では積層体は６層であるがこれに限定されるもの
ではなく、２層でよく、又１２層でも良い。但し１２層
より多くなると、製造が次第に困難になる。
スバイモルフ形圧電素子を用いることにより、一元的な
寸法精度による管理された厚みの薄い圧電素子による加
速度センサを形成可能とすることにより、高感度な加速
度センサを提供でき、かつ分極方向や電極層の接続を考
慮することにより、温度変化に伴う焦電効果による出力
変化の影響を小さくすることが可能となる。なお以上の
実施例では積層体は６層であるがこれに限定されるもの
ではなく、２層でよく、又１２層でも良い。但し１２層
より多くなると、製造が次第に困難になる。
【００２６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子を用いる
ことにより、一元的な寸法精度による管理された厚みの
薄い圧電素子による加速度センサを形成可能とすること
により高感度な加速度センサを提供でき、かつ分極方向
や電極層の接続を考慮することにより温度変化に伴う焦
電効果による出力変化の影響を小さくすることが可能と
なり、高精度な加速度センサを提供できる。
ば、積層型セラミックスバイモルフ形圧電素子を用いる
ことにより、一元的な寸法精度による管理された厚みの
薄い圧電素子による加速度センサを形成可能とすること
により高感度な加速度センサを提供でき、かつ分極方向
や電極層の接続を考慮することにより温度変化に伴う焦
電効果による出力変化の影響を小さくすることが可能と
なり、高精度な加速度センサを提供できる。
【図１】本発明の加速度センサの積層型セラミックスバ
イモルフ形圧電素子の積層分解図である。
イモルフ形圧電素子の積層分解図である。
【図２】本発明の加速度センサの積層型セラミックスバ
イモルフ形圧電素子の斜視図である。
イモルフ形圧電素子の斜視図である。
【図３】本発明の加速度センサの積層型セラミックスバ
イモルフ形圧電素子の断面、電極層結線、および信号処
理回路を示す図である。
イモルフ形圧電素子の断面、電極層結線、および信号処
理回路を示す図である。
【図４】加速度印加時の本発明の加速度センサの積層型
セラミックスバイモルフ形圧電素子の断面、電極層結線
図および信号処理回路を示す図である。
セラミックスバイモルフ形圧電素子の断面、電極層結線
図および信号処理回路を示す図である。
【図５】本発明の加速度センサの積層型セラミックスバ
イモルフ形圧電素子の斜視図である。
イモルフ形圧電素子の斜視図である。
【図６】本発明の加速度センサの積層型セラミックスバ
イモルフ形圧電素子の断面、電極結線、および信号処理
回路を示す図である。
イモルフ形圧電素子の断面、電極結線、および信号処理
回路を示す図である。
【図７】加速度印加時の本発明の加速度センサの積層型
セラミックスバイモルフ形圧電素子の断面、電極層結
線、および信号処理回路を示す図である。
セラミックスバイモルフ形圧電素子の断面、電極層結
線、および信号処理回路を示す図である。
【図８】従来の加速度センサの構造例の断面図である。
５ 金属薄板 ６-a，６-b 圧電セラミックス ７ 接着剤 ８-a，８-b 電極 ９，９′ 積層体（積層型セラミックスバイモルフ形
圧電素子） １０，１０-1，１０-2，・・・，１０-6 圧電セラミ
ックスシート １１，１１-a，１１-b，１１-c，１１-d 電極層（＋
電極層） １２，１２-a，１２-b，１２-c 電極層（−電極層） １３ 共通−電極 １４ 共通＋電極 １５ アース端子 １６ 出力端子 １７ 共通−電極 １８ 共通＋Ａ電極 １９ 共通＋Ｂ電極子 ２０，２１，２２ インピーダンス変換部 ２３ 差動増幅器 ２４ 出力端子
圧電素子） １０，１０-1，１０-2，・・・，１０-6 圧電セラミ
ックスシート １１，１１-a，１１-b，１１-c，１１-d 電極層（＋
電極層） １２，１２-a，１２-b，１２-c 電極層（−電極層） １３ 共通−電極 １４ 共通＋電極 １５ アース端子 １６ 出力端子 １７ 共通−電極 １８ 共通＋Ａ電極 １９ 共通＋Ｂ電極子 ２０，２１，２２ インピーダンス変換部 ２３ 差動増幅器 ２４ 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布田 良明 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (56)参考文献 特開 平１−148969（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107162（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−54477（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−92764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−269072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−153766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−153767（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/09
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電効果を利用した加速度センサにおい
て、 圧電セラミックスシートと電極層が交互に積層された偶
数層の圧電セラミックスシートを有し、同時焼結して得
られる積層型セラミックスバイモルフ形の加速度センサ
であって、 前記積層型セラミックスバイモルフ形の加速度センサの
積層体中心に位置する電極層を挟む圧電セラミックスシ
ートは厚み方向で同じ向きに分極され、他の隣接する圧
電セラミックスシートは厚み方向で相互に対向する向き
に分極され、 該積層体中心の電極層を−電極層とし、該−電極層より
厚み方向に１つおきの電極層を並列接続し共通−電極と
し、該−電極層以外の全ての電極層を並列接続して共通
＋電極としたことを特徴とした加速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の加速度センサにおいて、
共通＋電極からの出力信号を電荷増幅等を行うインピー
ダンス変換部を介して出力端子とし、かつ共通−電極を
アース端子としたことを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項３】 圧電効果を利用した加速度センサにおい
て、 圧電セラミックスシートと電極層が交互に積層された偶
数層の圧電セラミックスシートを有し、同時焼結して得
られる積層型セラミックスバイモルフ形の加速度センサ
であって、 前記電極層を挟んで隣接する圧電セラミックスシートは
厚み方向で相互に対向する向きに分極され、 前記積層体中心の電極層を−電極層とし、該−電極層よ
り厚み方向に１つおきの電極層を並列接続し共通−電極
とし、該積層体中心より一方側の前記−電極層以外のす
べての電極層を並列接続して共通＋Ａ電極とし、該積層
体中心より他方側の前記−電極層以外の全ての電極層を
並列接続して共通＋Ｂ電極としたことを特徴とした加速
度センサ。 - 【請求項４】 請求項３記載の加速度センサにおいて、
共通＋Ａ電極と共通＋Ｂ電極からの出力信号を電荷増幅
等を行うインピーダンス変換部を介して差動出力する差
動増幅器を設けて、該差動増幅器からの出力を出力端子
とし、かつ共通−電極をアース端子としたことを特徴と
した加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21620792A JP3203523B2 (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21620792A JP3203523B2 (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0666827A JPH0666827A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3203523B2 true JP3203523B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=16684956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21620792A Expired - Fee Related JP3203523B2 (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3203523B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7248920B2 (en) | 2004-02-06 | 2007-07-24 | Medtronic, Inc. | Apparatus and method for exercising a battery for an implantable medical device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6050144A (en) * | 1997-06-04 | 2000-04-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JP4894363B2 (ja) * | 2006-06-12 | 2012-03-14 | 株式会社村田製作所 | 加速度センサ |
-
1992
- 1992-08-13 JP JP21620792A patent/JP3203523B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7248920B2 (en) | 2004-02-06 | 2007-07-24 | Medtronic, Inc. | Apparatus and method for exercising a battery for an implantable medical device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0666827A (ja) | 1994-03-11 |
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