JP3301397B2

JP3301397B2 - 加速度センサ

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Publication number: JP3301397B2
Application number: JP33352098A
Authority: JP
Inventors: 宗治山下
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: US6351995B1; JP2000162233A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は感度調整が可能な加
速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電セラミックスを利用した加速
度センサとして、例えば特許第２７８０５９４号公報に
記載のものが知られている。このようなセンサは、個々
のセンサを目標の感度（所定の加速度を加えた時の電圧
出力）に合わせる調整方法がないか、又はかなり困難で
あるため、加工や材料の種々のバラツキから±５〜±１
５％程度の感度公差を持っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＨＤＤ用Ｍ
Ｒヘッドのサーボ制御に用いられる加速度センサのよう
に、±５％未満の感度公差を持つ高精度のセンサが要求
されることがある。このような要求に対しては、センサ
の後段に接続される増幅器のゲインを調整することで対
応するのが一般的である。このため、従来ではセンサを
増幅器に接続し、ゲイン調整用抵抗器の抵抗値を変化さ
せることでしかセンサの感度を調整することができなか
った。

【０００４】そこで、本発明の目的は、センサ単体で感
度調整を可能とした高精度の加速度センサを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、加速度検出素子を絶縁ケ
ース内に配置してなる加速度センサにおいて、上記絶縁
ケースの表面に、加速度検出素子に接続された２個の外
部引出電極と、感度調整用トリマブル抵抗と、このトリ
マブル抵抗の少なくとも一端と接続され、加速度検出素
子の外部引出電極とは異なる別の外部引出電極と、が設
けられていることを特徴とする加速度センサを提供す
る。

【０００６】加速度センサの絶縁ケースの表面にトリマ
ブル抵抗を設け、このトリマブル抵抗の少なくとも一端
を加速度検出素子の外部引出電極とは異なる別の外部引
出電極を介して外部に引き出す。なお、トリマブル抵抗
の他端も、加速度検出素子の外部引出電極とは異なる別
の外部引出電極を介して外部に引き出してもよい。トリ
マブル抵抗の抵抗値をレーザトリミングなどによって調
整することにより、加速度センサの感度を自在に調整で
き、感度バラツキを目標とする公差内に収めることがで
きる。加速度センサに一体的にトリマブル抵抗が設けら
れているので、センサ単体で感度調整ができ、高精度の
加速度センサを得ることができる。

【０００７】請求項２のように、トリマブル抵抗の他端
を加速度センサの一方の外部引出電極と共通に接続して
外部へ引き出せば、絶縁ケース上に形成される外部引出
電極の個数を少なくでき、安価になる。

【０００８】トリマブル抵抗は、例えば加速度センサの
絶縁ケース上に半田付けなどによって実装される個別部
品としてもよいが、請求項３のように絶縁ケース上に印
刷などによって直接形成される膜状抵抗体とするのが望
ましい。この場合には、加速度センサの外形形状を変更
せずに済み、小型化が可能である。

【０００９】請求項４のように、絶縁ケースの表面に２
個の感度調整用トリマブル抵抗を設け、第１のトリマブ
ル抵抗の両端を絶縁ケースに形成された加速度検出素子
の外部引出電極とは異なる外部引出電極と接続し、第２
のトリマブル抵抗を第１のトリマブル抵抗の一方の外部
引出電極と加速度検出素子の一方の外部引出電極との間
に接続してもよい。例えば、加速度センサの後段に増幅
器を接続する場合、その増幅器のフィードバック抵抗と
して加速度センサの絶縁ケース上に形成された第１のト
リマブル抵抗を用いることができるので、増幅器のゲイ
ンを自在に調整できる。

【００１０】加速度センサとしては、半導体を用いたセ
ンサもあるが、請求項５のように、圧電セラミック素子
により加速度を電気信号に変換して検出する圧電式加速
度センサを用いるのが望ましい。この場合には、絶縁ケ
ースをセラミックなどの絶縁材料で形成することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１，図２は本発明にかかる加速
度センサの第１実施例を示す。この加速度センサ１Ａ
は、加速度検出素子２を例えば絶縁性セラミック等から
なる絶縁ケース３内に配置してチップ型に構成したもの
である。この実施例の加速度検出素子２はバイモルフ型
検出素子であり、短冊形状とされてその主表面にそれぞ
れ信号取出電極２２，２３および中間電極２４が形成さ
れた一対の圧電セラミック板２１を備え、これらセラミ
ック板２１を中間電極２４を対面させて接合することに
より一体化したものである。各圧電セラミック板２１
は、長手方向にそって３つの領域に区分され、その中央
部分および端部分がそれぞれ板厚方向に互いに逆となる
向き（図２の矢印Ｘ，Ｙで示す）に分極されている。

【００１２】検出素子２の長手方向両端部は、側面視コ
字形の一対のセラミック製挟持枠３１によって固定支持
され、検出素子２と挟持枠３１とで形成される開放面は
一対のセラミック製蓋板３２によって閉塞されている。
なお、蓋板３２の内面には、検出素子２との接触を防止
するための凹部３２ａが形成されている。上記挟持枠３
１および蓋板３２によって絶縁ケース３を構成してい
る。絶縁ケース３の材料としては、絶縁性セラミック以
外に絶縁性樹脂などを用いてもよい。

【００１３】各圧電セラミック板２１に形成された信号
取出電極２２，２３は、挟持枠３１および蓋板３２の両
端面に形成された外部引出電極３３，３４に対してそれ
ぞれ接続されている。加速度Ｇが矢印方向に作用する
と、検出素子２には慣性力が作用し、検出素子２の中央
部分が加速度Ｇの作用方向と逆方向に撓み、その撓みに
伴って発生する電荷が信号取出電極２２，２３から外部
引出電極３３，３４へと取り出される。なお、この動作
は特許第２７８０５９４号公報に記載の通りであるの
で、ここでは詳しい説明を省略する。

【００１４】絶縁ケース３の長手方向中央部には、一対
の外部引出電極３５，３６が上面から側面を経て下面側
まで延びるように形成されている。そして、絶縁ケース
３の上面、つまり上側の蓋体３２の表面には、外部引出
電極３５，３６に跨がるように感度調整用トリマブル抵
抗４が印刷等の手法によって厚膜状に形成されている。
トリマブル抵抗４としては、通常のチップ抵抗に使用さ
れる酸化ルテニウム系厚膜抵抗体のほか、金属薄膜を使
用してもよい。また、外部引出電極３３〜３６の形成方
法としては、例えば導電ペーストの焼付けあるいはスパ
ッタリングにより下地を作り、その下地の上にメッキを
行なうことで、強度の高い電極を形成できる。その他、
電極の形成方法は公知の任意の方法を用いてもよい。

【００１５】上記加速度センサ１Ａの感度を調整する場
合には、使用回路を指定し、その回路に加速度センサ１
Ａを実装して所定の加速度Ｇを加えた時に、所定の目標
値となるようにトリマブル抵抗４をトリミングすればよ
い。このようにトリミングすれば、加速度センサ１Ａの
感度バラツキを非常に小さく（例えば±２％以内）する
ことができる。

【００１６】図３の（ａ）は上記の加速度センサ１Ａを
用いた加速度検出装置の一例を示す。この検出装置は電
圧感度を利用したものであり、加速度センサ１Ａのほか
に、ＯＰアンプ１０、ＯＰアンプ１０の出力を反転入力
にフィードバックするフィードバック抵抗１１、ＯＰア
ンプ１０の正入力に接続されたリーク抵抗１２などが設
けられている。検出素子２の一端３４はＯＰアンプ１０
の正入力に接続され、トリマブル抵抗４の一端３６はＯ
Ｐアンプ１０の反転入力に接続されている。なお、Ｒｆ
はフィードバック抵抗１１の抵抗値、Ｒｔはトリマブル
抵抗４の抵抗値、Ｖ₀ はＯＰアンプ１０の出力電圧、Ｖ
ref は検出素子２，トリマブル抵抗４およびリーク抵抗
１２の他端に共通に印加される電圧である。

【００１７】ここで、上記加速度検出装置の感度調整方
法について説明する。ＯＰアンプ１０のゲインをＡとす
ると、

【数１】であるから、加速度センサ１Ａの加速度に対する出力感
度をＳ_G （Ｖ／Ｇ）とすると、加わった加速度ｇ（Ｇ）
に対してアンプ１０の出力Ｖ₀ は、

【数２】となる。

【００１８】ここで、ＯＰアンプ１０を含めた全体の感
度Ｖ₀ ／ｇを精度よく目的の値に合わせることを考え
る。まず、前もって適当なフィードバック抵抗１１の抵
抗値Ｒｆ（例えば１００ｋΩ）を決める。ここで、セン
サ単体の感度Ｓ_G が１ｍＶ／Ｇ±１０％（０．９〜１．
１ｍＶ／Ｇ）の公差を持って作られたとする。ＯＰアン
プ１０を含んだ全体のゲインの目標値を１０ｍＶ／Ｇ±
１％とする場合、トリマブル抵抗４の抵抗値Ｒｔの初期
値を例えば８ｋΩとする。すると、全体の感度は、

【数３】となる。次に、適当に加速度を加えながら、レーザトリ
マー等でＶ₀ ／ｇが目的の１０ｍＶ／Ｇになるように、
トリマブル抵抗４の抵抗値Ｒｔを調整する。このように
加速度センサ１Ａの感度を調整すれば、全体として高精
度に調整された加速度検出装置を得ることができる。

【００１９】図３の（ａ）では図１の加速度センサ１Ａ
の一適用例を示したが、その他の適用例として（ｂ）〜
（ｅ）のようなものが考えられる。図３の（ｂ）は電荷
感度を利用した回路の例であり、２個のＯＰアンプを用
いている。図３の（ｃ）は電圧感度を利用した回路の他
の例であり、ブートストラップを応用した高入力インピ
ーダンスタイプの回路である。トリマブル抵抗４はＯＰ
アンプのフィードバック抵抗を構成している。図３の
（ｄ）は電圧感度を利用した回路のさらに他の例であ
り、トリマブル抵抗４はＯＰアンプのフィードバック抵
抗を構成している。図３の（ｅ）は２個のＯＰアンプを
用い、加速度センサ１Ａを次段反転アンプの入力抵抗と
して利用したものである。

【００２０】図４は加速度センサ１Ｂの第２実施例を示
す。図１では絶縁ケース３の中央部に形成した２個の外
部引出電極３５，３６間にトリマブル抵抗４を跨がって
設けたが、図４のセンサ１Ｂでは絶縁ケース３の中央部
に１個の外部引出電極３７を形成し、この外部引出電極
３７と絶縁ケース３の一端部に形成された外部引出電極
３３との間にトリマブル抵抗４を跨がって形成したもの
である。つまり、外部引出電極３３は、検出素子２の一
方の端子と、トリマブル抵抗４の一方の端子とを兼用し
ている。この場合のトリマブル抵抗４も、印刷などによ
って厚膜状に形成されたものである。

【００２１】図５は図４における加速度センサ１Ｂを用
いた加速度検出装置の一例を示す。この場合には、加速
度センサ１Ｂ内で、トリマブル抵抗４の一方の外部引出
電極と検出素子２の外部引出電極３３とが共通接続され
ているので、外部の回路と半田付けなどによって接続す
る際に、接続箇所を少なくでき、接続作業を簡素化でき
る。また、加速度センサ１Ｂ自体の電極形成も容易とな
る。その他の構成は、図３と同様であるため、重複説明
を省略する。

【００２２】図６は加速度センサ１Ｃの第３実施例を示
す。この実施例では、図１と同様に絶縁ケース３の表面
に４個の独立した外部引出電極３３〜３６を形成し、外
部引出電極３５，３６間に抵抗４を接続するとともに、
外部引出電極３５，３３間にも抵抗５を接続したもので
ある。抵抗４，５の内、いずれか一方または双方をトリ
マブル抵抗とすればよい。その他の構造は、第１実施例
（図１，図２）と同様であるため、同一部分に同一符号
を付して説明を省略する。

【００２３】図７は図６における加速度センサ１Ｃを用
いた加速度検出装置の一例を示す。加速度センサ１Ｃの
外部引出電極３３には電圧Ｖref が印加され、外部引出
電極３４はＯＰアンプ１０の正入力と接続され、外部引
出電極３５はＯＰアンプ１２の反転入力と接続され、外
部引出電極３６はＯＰアンプ１０の出力と接続される。
この場合には、加速度センサ１Ｃ内に感度調整用抵抗５
だけでなく、ＯＰアンプ１０のフィードバック抵抗４も
内蔵しているので、これら抵抗４，５をトリマブル抵抗
とすることで、センサ１Ｃの感度調整だけでなく、ＯＰ
アンプ１０のゲイン調整も自在に行なうことが可能であ
る。

【００２４】図８は加速度センサ１Ｄの第４実施例を示
す。この実施例では、絶縁ケース３の表面に検出素子２
のための外部引出電極３３，３４の他に、４個の外部引
出電極３５，３６，３８，３９を形成し、外部引出電極
３５，３６間に第１の抵抗４１、外部引出電極３５，３
３間に第２の抵抗４２、外部引出電極３８，３９間に第
３の抵抗４３を印刷などの手法により形成し、集積度を
高めたものである。抵抗４１，４２，４３の内、少なく
とも１個をトリマブル抵抗とすればよい。その他の構造
は、第１実施例（図１，図２）と同様であるため、同一
部分に同一符号を付して説明を省略する。

【００２５】図９は図８における加速度センサ１Ｄを用
いた加速度検出装置の回路図の一例を示す。加速度セン
サ１Ｄの外部引出電極３３，３８には電圧Ｖref が印加
され、外部引出電極３４，３９はＯＰアンプ１０の正入
力と接続され、外部引出電極３５はＯＰアンプ１２の反
転入力と接続され、外部引出電極３６はＯＰアンプ１０
の出力と接続される。この場合には、加速度センサ１Ｄ
内に感度調整用抵抗４２のほかに、ＯＰアンプ１０のフ
ィードバック抵抗４１とリーク抵抗４３とを内蔵してい
るので、これら抵抗をトリマブル抵抗とすることで、セ
ンサ１Ｄの感度調整、ＯＰアンプ１０のゲイン調整およ
びリーク調整を自在に行なうことが可能である。

【００２６】図１，図４，図６，図８に記載の加速度セ
ンサ１Ａ〜１Ｄはほんの数例を示すに過ぎず、これら実
施例を組み合わせたり、コンデンサなどの別の素子を絶
縁ケース３上に設けることも可能である。また、トリマ
ブル抵抗としては、膜状抵抗体に限らず、個別部品を半
田付けなどによって固定することも可能である。

【００２７】加速度センサの内部構造としては、図２に
記載の構造に限らず、例えば特開平６−３２４０７３号
公報，特開平７−２０１４４号公報，特開平７−２７７
８４号公報，特開平８−７５７７４号公報，特開平８−
１６６４０１号公報，特開平９−６１４５０号公報，特
開平９−２６４３３号公報，特開平１０−６２４４５号
公報などに記載の構造を用いてもよい。さらに、樹脂ケ
ース内に圧電セラミック素子を配置するようにしてもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
に記載の発明によれば、加速度検出素子を配置した絶縁
ケースの表面に、加速度検出素子の２個の外部引出電極
と、感度調整用トリマブル抵抗と、このトリマブル抵抗
の少なくとも一方の外部引出電極とを設けたので、トリ
マブル抵抗の抵抗値をレーザトリミングなどによって調
整することにより、加速度センサ単体の感度を調整で
き、感度バラツキを目標とする公差内に容易に収めるこ
とができる。また、加速度センサにトリマブル抵抗を一
体に設けてあるので、形状が大きくならず、現状のセン
サとほぼ同一サイズで感度調整可能な加速度センサを実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる加速度センサの第１実施例の斜
視図である。

【図２】図１に示した加速度センサの分解斜視図であ
る。

【図３】図１に示した加速度センサを用いた加速度検出
装置のいくつかの例の回路図である。

【図４】加速度センサの第２実施例の斜視図である。

【図５】図４に示した加速度センサを用いた加速度検出
装置の一例の回路図である。

【図６】加速度センサの第３実施例の斜視図である。

【図７】図６に示した加速度センサを用いた加速度検出
装置の一例の回路図である。

【図８】加速度センサの第４実施例の斜視図である。

【図９】図８に示した加速度センサを用いた加速度検出
装置の一例の回路図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｄ加速度センサ２加速度検出素子３絶縁ケース４，５，４１，４２，４３トリマブル抵抗３３，３４外部引出電極（検出素子用）３５〜３９外部引出電極（抵抗用）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/08 - 15/13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加速度検出素子を絶縁ケース内に配置して
なる加速度センサにおいて、上記絶縁ケースの表面に、
加速度検出素子に接続された２個の外部引出電極と、感
度調整用トリマブル抵抗と、このトリマブル抵抗の少な
くとも一端と接続され、加速度検出素子の外部引出電極
とは異なる別の外部引出電極と、が設けられていること
を特徴とする加速度センサ。
【請求項２】上記トリマブル抵抗の他端は、加速度検出
素子の一方の外部引出電極に接続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。
【請求項３】上記トリマブル抵抗は、上記絶縁ケースの
表面に直接形成された膜状抵抗体であることを特徴とす
る請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】上記絶縁ケースの表面には２個の感度調整
用トリマブル抵抗が設けられ、第１のトリマブル抵抗の
両端は絶縁ケースに形成された加速度検出素子の外部引
出電極とは異なる外部引出電極と接続され、第２のトリ
マブル抵抗は第１のトリマブル抵抗の一方の外部引出電
極と加速度検出素子の一方の外部引出電極との間に接続
されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の加速度センサ。
【請求項５】上記加速度検出素子は、圧電セラミック素
子により加速度を電気信号に変換して検出するバイモル
フ型検出素子であり、絶縁ケースは、上記バイモルフ型
検出素子の長さ方向の両端部を挟持する一対の絶縁性挟
持枠と、バイモルフ型検出素子と挟持枠とで形成される
開放面を閉塞する一対の絶縁性蓋板とで構成され、上記
トリマブル抵抗は一方の蓋板の表面に形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の加
速度センサ。