JP3223766B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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、バイモルフ構造の振動体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４は従来の加速度センサの振動子を示
す斜視図である。この振動子１は、例えば短冊状の振動
体３を含む。振動体３の長手方向における中央部から一
端部側の部分の両主面には、２つの圧電素子５ａ及び５
ｂ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部から他端部側の部分の両主面に
も、２つの圧電素子５ｃ及び５ｄが対向するように形成
される。これらの圧電素子５ａ乃至５ｄは、短冊状の圧
電体層と、圧電体層の両主面に形成された電極とから成
り、圧電体層の一方主面の電極が、振動体３の主面に接
着されている。そして、圧電素子５ａ及び５ｂは、それ
ぞれ外側から振動体３側へ厚み方向に分極されている。
逆に、圧電素子５ｃ及び５ｄは、それぞれ振動体３側か
ら外側へ厚み方向に分極されている。

【０００３】また、振動体３の長手方向における一端部
側には、振動体３を支持するために、断面Ｌ字状の２つ
の支持部材７，７が形成される。ここでは、２つの支持
部材７，７は、それぞれ振動体３の長手方向における一
端部と一端部側のノード部分とから、振動体３の幅方向
に延びる２つの細い接続部９，９を介して、振動体３と
一体的に形成されている。

【０００４】さらに、振動体３の長手方向における他端
部側には、平面コ字状の取付部材１１が形成される。こ
こでは、取付部材１１は、その平面コ字状の両端部が、
それぞれ外側から振動体３の他端部側へ延びて接続し、
振動体３と一体的に形成されている。そして、取付部材
１１の両主面には、加速度による振動体３の撓みを大き
くするための重り１３，１３が、溶接、或いは半田付け
等によって取り付けられる。

【０００５】このような振動子１を備える加速度センサ
では、支持部材７，７を取付け基板（図示せず）に固定
して振動体３の一端部側を支持するとともに、４つの圧
電素子５ａ乃至５ｄに同位相の駆動信号を印加すれば、
振動体３が長手方向に振動する。つまり、圧電素子５ａ
及び５ｂと、圧電素子５ｃ及び５ｄ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部側の
部分が伸びるときには、振動体３の長手方向における中
央から他端部側の部分が縮む。逆に、振動体３の長手方
向における中央から一端部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部側の部分が伸
びる。また、この場合、振動体３の長手方向における中
央から一端部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部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部間の距離は
ほとんど変化しない。さらに、振動体３は、圧電素子５
ａ及び５ｂ間の中央部分と、圧電素子５ｃ及び５ｄ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５ａ乃至５ｄとともに撓み、その撓みに応じ
た電圧が圧電素子５ａ乃至５ｄに発生する。そのため、
圧電素子５ａ乃至５ｄ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】このような従来の加速
度センサでは、振動体３から支持部材７に振動が漏れ
て、振動体３の振動が妨げられるのを防ぐために、支持
部材７の接続部９を細く形成し、振動体３の振動を接続
部９で吸収することによって、支持部材７に振動が伝わ
らないようにしている。

【０００８】ところが、そのように支持部材７の接続部
９が細いと、振動体３を支持する強度が弱くなり、外部
からの衝撃や振動で振動子１が破損しやすいという問題
点がある。

【０００９】それゆえ、本発明の目的は、上述の問題点
を解決することであり、振動体の振動を妨げず、且つ支
持強度が大きい支持構造を有す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】上記目的を達成するため
に、本発明は、長手方向に振動する振動体と、振動体の
一端部側のノード部分近傍にそれぞれ設けられた第１及
び第２の支持部材と、振動体の一端部に設けられた第３
の支持部材とを含み、第１及び第２の支持部材は、折り
曲げ部を有し、該折り曲げ部は、振動体から第１及び第
２の支持部材に伝わる振動の節に当たる部分に位置する
ことを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明の加速度センサは、振動
体の振動を妨げずに振動体を支持するために、まず、最
も変位の少ない振動体のノード部分近傍に第１及び第２
の支持部材を設ける。しかし、振動体のノード部分近傍
といっても、実際にはまったく変位しないわけではな
く、第１及び第２の支持部材には振動体から振動が伝わ
るため、第１及び第２の支持部材を外部からの衝撃や振
動に十分耐え得る太さに形成すれば、当然振動体の振動
を妨げることになる。そこで、第１及び第２の支持部材
を、振動体から第１及び第２の支持部材に伝わる振動の
節に当たる部分で折り曲げる。これにより、第１及び第
２の支持部材に伝わる振動は、振動体側から折り曲げ部
までの部分で吸収され、折り曲げ部以降へは振動が伝わ
りにくい構造になる。そのため、従来の加速度センサの
振動子の支持部材のように、細い接続部を介して振動を
吸収しなくともよくなり、第１及び第２の支持部材を太
くすることで、支持強度を大きくできる。

【００１２】よって、本発明によれば、振動体の振動を
妨げず、且つ支持強度が大きい支持構造を有する加速度
センサを得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による加速度センサ
の実施例の一つを図面を用いて説明する。本実施例の加
速度センサは、長手方向に振動する振動子２１を含む。
図１は、この振動子２１を示す斜視図であり、図２は、
その側面図である。

【００１４】振動子２１は、例えば短冊状の振動体２３
を含む。振動体２３は、例えばニッケル、鉄、クロム、
チタン、或いはそれらの合金（例えばエリンバ、鉄−ニ
ッケル合金）等の恒弾性金属材で形成される。なお、振
動体２３は、例えば石英、ガラス、水晶、セラミック等
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。

【００１５】振動体２３の長手方向における中央部から
一端部側の部分の両主面には、２つの圧電素子２５ａ及
び２５ｂが対向するように形成される。一方の圧電素子
２５ａは、例えばセラミックからなる圧電体層４１ａを
含み、圧電体層４１ａの両主面には、電極４３ａ及び４
５ａがそれぞれ形成される。そして、電極４３ａが、振
動体２３の一方主面に例えば接着材等で接着される。同
様に、他方の圧電素子２５ｂは、例えばセラミックから
なる圧電体層４１ｂを含み、圧電体層４１ｂの両主面に
は、電極４３ｂ及び４５ｂがそれぞれ形成される。そし
て、電極４３ｂが、振動体２３の他方主面に例えば接着
材等で接着される。また、これら圧電素子２５ａ及び２
５ｂの圧電体層４１ａ及び４１ｂは、電極４５ａ及び４
５ｂから電極４３ａ及び４３ｂに向かって、すなわち外
側から振動体２３側に向かって厚み方向に分極されてい
る。

【００１６】さらに、振動体２３の長手方向における中
央部から他端部側の部分の両主面には、２つの圧電素子
２５ｃ及び２５ｄが対向するように形成される。一方の
圧電素子２５ｃは、例えばセラミックからなる圧電体層
４１ｃを含み、圧電体層４１ｃの両主面には、電極４３
ｃ及び４５ｃがそれぞれ形成される。そして、電極４３
ｃが、振動体２３の一方主面に例えば接着材等で接着さ
れる。同様に、他方の圧電素子２５ｄは、例えばセラミ
ックからなる圧電体層４１ｄを含み、圧電体層４１ｄの
両主面には、電極４３ｄ及び４５ｄがそれぞれ形成され
る。そして、電極４３ｄが、振動体２３の他方主面に例
えば接着材等で接着される。また、これら圧電素子２５
ｃ及び２５ｄの圧電体層４１ｃ及び４１ｄは、電極４３
ｃ及び４３ｄから電極４５ｃ及び４５ｄに向かって、す
なわち振動体２３側から外側に向かって厚み方向に分極
されている。

【００１７】この振動体２３は、圧電素子２５ａ乃至２
５ｄに同位相の駆動信号を印加すれば、長手方向に振動
する。この場合、圧電素子２５ａ及び２５ｂと、圧電素
子２５ｃ及び２５ｄ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２の実
線矢印で示すように、振動体２３の長手方向における中
央から一端部側の部分が伸びるときには、振動体２３の
長手方向における中央から他端部側の部分が縮む。逆
に、図２の一点鎖線の矢印で示すように、振動体２３の
長手方向における中央から一端部側の部分が縮むときに
は、振動体２３の長手方向における中央から他端部側の
部分が伸びる。また、この場合、振動体２３の長手方向
における中央から一端部側の部分の伸縮量と、振動体２
３の長手方向における中央から他端部側の部分の伸縮量
とが相殺されるので、振動体２３の長手方向における両
端間の距離はほとんど変化しない。さらに、振動体２３
は、圧電素子２５ａ及び２５ｂ間の中央部分と、圧電素
子２５ｃ及び２５ｄ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２３は、その長手方向における
両端部分を腹として振動する。

【００１８】また、この振動体２３の長手方向における
一端部側のノード点近傍には、第１の支持部材２７ａ及
び第２の支持部材２７ｂが、振動体２３と一体的に形成
される。この場合、第１の支持部材２７ａ及び第２の支
持部材２７ｂは、それぞれ振動体２３の両側部から外側
へ幅方向に沿って延びて、途中、振動体２３から伝わる
振動の節に当たる部分で、略へ字状に折り曲げられる。
また、この振動体２３の長手方向における一端部には、
第３の支持部材２７ｃが、振動体２３と一体的に形成さ
れる。この場合、第３の支持部材２７ｃも、振動体２３
の一端部から外側に長手方向に沿って延びて、略へ字状
に折り曲げられる。

【００１９】さらに、振動体２３の長手方向における他
端部側には、平面コ字状の取付部材３１が形成される。
この場合、取付部材３１は、その平面コ字状の両端部
が、それぞれ外側から振動体２３の他端部側へ延びて接
続し、振動体２３と一体的に形成されている。そして、
取付部材３１の両主面には、加速度による振動体２３の
撓みを大きくするための重り３３，３３が、溶接、或い
は半田付け等によって取り付けられる。

【００２０】本実施例の加速度センサでは、第１の支持
部材２７ａ及び第２の支持部材２７ｂが、振動体２３か
ら第１の支持部材２７ａ及び第２の支持部材２７ｂに伝
わる振動の節に当たる部分で折り曲げられているため、
第１の支持部材２７ａ及び第２の支持部材２７ｂに伝わ
る振動は、振動体２３側から折り曲げ部までの部分で吸
収され、折り曲げ部以降へは振動が伝わりにくく、振動
体２３の振動を妨げない構造となっている。したがっ
て、第１の支持部材２７ａ及び第２の支持部材２７ｂを
ある程度まで太くすることができ、外部からの衝撃や振
動に強い支持構造を実現できる。

【００２１】なお、本実施例では、第１の支持部材２７
ａ及び第２の支持部材２７ｂを略へ字状に折り曲げた
が、折り曲げ部が振動体２３から伝わる振動の節に当た
る部分にあれば、第１の支持部材２７ａ及び第２の支持
部材２７ｂの形状は特に限定されない。

【００２２】また、第３の支持部材２７ｃも略へ字状に
折り曲げたが、振動体２３の振動を妨げない形状であれ
ば、第３の支持部材２７ｃの形状も特に限定されない。
例えば、図３に示すように、略短冊状の第３の支持部材
２７ｃと振動体２３の長手方向における一端部とを、２
つの細い接続部分５１，５１を介して接続することによ
り、加速度による振動体２３の撓みがより大きくなるよ
うにし、加速度を検出する感度を向上させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における加速度センサの振動子
を示す斜視図である。

【図２】図１の振動子の側面図である。

【図３】図１の振動子の変形例を示す斜視図である。

【図４】従来の加速度センサの振動子を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２３ 振動体 ２７ａ 第１の支持部材 ２７ｂ 第２の支持部材 ２７ｃ 第３の支持部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向に振動する振動体と、該振動体の
   一端部側のノード部分近傍にそれぞれ設けられた第１及
   び第２の支持部材と、前記振動体の一端部に設けられた
   第３の支持部材とを含む加速度センサであって、 前記第１及び第２の支持部材は、折り曲げ部を有し、該
   折り曲げ部は、前記振動体から前記第１及び第２の支持
   部材に伝わる振動の節に当たる部分に位置することを特
   徴とする加速度センサ。