JP3308368B2 - 三軸圧電加速度センサー - Google Patents
三軸圧電加速度センサーInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＸＹＺ三次元座標系に
おける加速度のＸＹＺ各軸方向成分を検出する加速度セ
ンサーに関する。
おける加速度のＸＹＺ各軸方向成分を検出する加速度セ
ンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】各種産業において、運動する物体の加速
度を正確に検出できるセンサーの需要が増加しており、
該加速度センサーで物体に作用する加速度を検出するこ
とによって、該物体が置かれている状況を判断し、ある
一定の状況に置かれた時のみ作動するよう設定された装
置も数多く存在する。検出する情報が不足すると、制御
部での状況誤認により装置が誤動作する場合も多く、加
速度の検出においても、少なくともＸＹＺ三軸成分の検
出を要する場合が多い。
度を正確に検出できるセンサーの需要が増加しており、
該加速度センサーで物体に作用する加速度を検出するこ
とによって、該物体が置かれている状況を判断し、ある
一定の状況に置かれた時のみ作動するよう設定された装
置も数多く存在する。検出する情報が不足すると、制御
部での状況誤認により装置が誤動作する場合も多く、加
速度の検出においても、少なくともＸＹＺ三軸成分の検
出を要する場合が多い。
【０００３】特に、圧電素子を用いた加速度センサー
は、起歪体に重錘体を固着し、この重錘体に加速度が作
用することによって起歪体に歪みが生じる現象を利用し
たもので、該起歪体に複数の圧電素子を形成し、起歪体
の歪み具合を電気信号に変換して検出するものである。
三軸加速度センサーは、前記圧電素子の配列を適宜工夫
して形成することにより、ＸＹＺ各軸方向成分に別けて
検出し得るものであり、更に、分極処理の異なる素子を
所定条件で配列し、圧電素子の上下いずれかの面を共通
電位面として、その面全体に亘る一枚電極を形成するこ
とによって、出力用配線の数を著しく減少させたものも
開示されている。
は、起歪体に重錘体を固着し、この重錘体に加速度が作
用することによって起歪体に歪みが生じる現象を利用し
たもので、該起歪体に複数の圧電素子を形成し、起歪体
の歪み具合を電気信号に変換して検出するものである。
三軸加速度センサーは、前記圧電素子の配列を適宜工夫
して形成することにより、ＸＹＺ各軸方向成分に別けて
検出し得るものであり、更に、分極処理の異なる素子を
所定条件で配列し、圧電素子の上下いずれかの面を共通
電位面として、その面全体に亘る一枚電極を形成するこ
とによって、出力用配線の数を著しく減少させたものも
開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の手段では各電極からの出力用配線を、ワイヤーボン
ディング等にて引出しており、いまだ配線数が多く複雑
な引回しとなるため、製造コストが高く、不良品の出る
確率も高いという問題があった。
来の手段では各電極からの出力用配線を、ワイヤーボン
ディング等にて引出しており、いまだ配線数が多く複雑
な引回しとなるため、製造コストが高く、不良品の出る
確率も高いという問題があった。
【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、製造コストが低く、より信頼性の高い三軸圧電加速
度センサーの提供を目的とする。
で、製造コストが低く、より信頼性の高い三軸圧電加速
度センサーの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ＸＹＺ三次元座標系にお
けるＸＹ平面にそれぞれ平行な上面及び下面を有する板
状の圧電素子と、該圧電素子の上面に設けられた上部電
極と、該上部電極全てに対向するように圧電素子の下面
に接合された一枚の導電性を有する起歪体と、前記圧電
素子の中央部が位置する起歪体の下面に固着された重錘
体と、前記圧電素子の周囲で起歪体を支持固定する起歪
体受けとを備え、前記上部電極上にＸＹＺ各軸成分ごと
に出力を引き出す回路パターンが形成されていることを
特徴とする。前記圧電素子と起歪体との間に下部電極を
介在しても良い。
けるＸＹ平面にそれぞれ平行な上面及び下面を有する板
状の圧電素子と、該圧電素子の上面に設けられた上部電
極と、該上部電極全てに対向するように圧電素子の下面
に接合された一枚の導電性を有する起歪体と、前記圧電
素子の中央部が位置する起歪体の下面に固着された重錘
体と、前記圧電素子の周囲で起歪体を支持固定する起歪
体受けとを備え、前記上部電極上にＸＹＺ各軸成分ごと
に出力を引き出す回路パターンが形成されていることを
特徴とする。前記圧電素子と起歪体との間に下部電極を
介在しても良い。
【０００７】
【作用】上部電極上に、同じ軸成分用同士接続するため
の出力用回路パターンを形成することによって、配線数
を減少させると共に出力線の引回しを簡素化し、且つ信
頼性も向上させ、製造コストを削減する。
の出力用回路パターンを形成することによって、配線数
を減少させると共に出力線の引回しを簡素化し、且つ信
頼性も向上させ、製造コストを削減する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の構成を実施例の図面に基づき
詳細に説明する。図１及び図２は、本発明による第１実
施例の構造を示したものである。この三軸圧電加速度セ
ンサーは、圧電素子１、上部電極２、起歪体４、重錘体
５、回路パターン８からなるセンサー本体９と、起歪体
受け６とで構成される。
詳細に説明する。図１及び図２は、本発明による第１実
施例の構造を示したものである。この三軸圧電加速度セ
ンサーは、圧電素子１、上部電極２、起歪体４、重錘体
５、回路パターン８からなるセンサー本体９と、起歪体
受け６とで構成される。
【０００９】センサー本体９は、圧電素子１の下面に、
該圧電素子１の全面を覆う導電性起歪体４を接合し、該
圧電素子１の上面に１６枚の上部電極２を各々が前記起
歪体４と対向するよう放射状に並べて形成し、該上部電
極群の中央部が位置する起歪体４の裏面に重錘体５を固
着したものである。
該圧電素子１の全面を覆う導電性起歪体４を接合し、該
圧電素子１の上面に１６枚の上部電極２を各々が前記起
歪体４と対向するよう放射状に並べて形成し、該上部電
極群の中央部が位置する起歪体４の裏面に重錘体５を固
着したものである。
【００１０】上部電極２は、Ｘ軸成分を検出する電極２
ｘ、Ｙ軸成分を検出する電極２ｙ、Ｚ軸成分を検出する
電極２ｚからなり、電極２ｘ、２ｙ、２ｚは、それぞれ
原点Ｏを軸として回転対称に配置され、且つ一方向に対
して２電極づつ直線的に列設してある。そのうち、電極
２ｘ、２ｙは、それぞれＸ軸、Ｙ軸上に設けられ、又電
極２ｚはＸ軸或いはＹ軸から４５度傾いたＶ軸及びＷ軸
上に設けられており、各電極２は、各々距離ｄを隔てて
隣接して設けてある。
ｘ、Ｙ軸成分を検出する電極２ｙ、Ｚ軸成分を検出する
電極２ｚからなり、電極２ｘ、２ｙ、２ｚは、それぞれ
原点Ｏを軸として回転対称に配置され、且つ一方向に対
して２電極づつ直線的に列設してある。そのうち、電極
２ｘ、２ｙは、それぞれＸ軸、Ｙ軸上に設けられ、又電
極２ｚはＸ軸或いはＹ軸から４５度傾いたＶ軸及びＷ軸
上に設けられており、各電極２は、各々距離ｄを隔てて
隣接して設けてある。
【００１１】該センサー本体９は、重錘体５を収納する
ための収納部１１を備えた起歪体受け６に固定される。
収納部１１は、１６枚の上部電極２で形作る円とほぼ等
しい径の丸孔で、該収納部１１の周縁で本体９の上部電
極２周辺部を支持固定し且つその中央部において起歪体
４の裏面から垂下する重錘体５を収容し得るように穿設
したものである。
ための収納部１１を備えた起歪体受け６に固定される。
収納部１１は、１６枚の上部電極２で形作る円とほぼ等
しい径の丸孔で、該収納部１１の周縁で本体９の上部電
極２周辺部を支持固定し且つその中央部において起歪体
４の裏面から垂下する重錘体５を収容し得るように穿設
したものである。
【００１２】下部電極３を一枚の電極にて形成して共通
電位を引き出すためには、加速度の作用によって各分極
部７の上面に発生する電荷の極性をＸＹＺ各軸成分ごと
にそれぞれ等しくする必要がある。それを満足するよう
に、下部電極３と１６枚の上部電極２に挟まれた１６箇
所の分極部７個々に対して、適宜所定の分極処理が施さ
れる。そこで、本実施例で行った分極処理では、ＸＹ平
面に沿って伸びる力が作用したときに、上面に正（第１
極性）電荷が、下面に負（第２極性）電荷が、それぞれ
発生する第１分極部７ａと、上面に負電荷が、下面に正
電荷が、それぞれ発生する第２分極部７ｂが形成され
る。両分極部７ａ，７ｂの分布状態は、図４に示す通り
である。Ｘ軸成分を検出する分極部７は、Ｘ軸の負側か
ら第１分極部７ａ、第２分極部７ｂ、第１分極部７ａ、
第２分極部７ｂ、Ｙ軸成分を検出する分極部７は、Ｙ軸
の負側から第１分極部７ａ、第２分極部７ｂ、第１分極
部７ａ、第２分極部７ｂ、Ｚ軸成分を検出する分極部７
は、原点Ｏに近い側から第２分極部７ｂ、第１分極部７
ａの順で形成してある。
電位を引き出すためには、加速度の作用によって各分極
部７の上面に発生する電荷の極性をＸＹＺ各軸成分ごと
にそれぞれ等しくする必要がある。それを満足するよう
に、下部電極３と１６枚の上部電極２に挟まれた１６箇
所の分極部７個々に対して、適宜所定の分極処理が施さ
れる。そこで、本実施例で行った分極処理では、ＸＹ平
面に沿って伸びる力が作用したときに、上面に正（第１
極性）電荷が、下面に負（第２極性）電荷が、それぞれ
発生する第１分極部７ａと、上面に負電荷が、下面に正
電荷が、それぞれ発生する第２分極部７ｂが形成され
る。両分極部７ａ，７ｂの分布状態は、図４に示す通り
である。Ｘ軸成分を検出する分極部７は、Ｘ軸の負側か
ら第１分極部７ａ、第２分極部７ｂ、第１分極部７ａ、
第２分極部７ｂ、Ｙ軸成分を検出する分極部７は、Ｙ軸
の負側から第１分極部７ａ、第２分極部７ｂ、第１分極
部７ａ、第２分極部７ｂ、Ｚ軸成分を検出する分極部７
は、原点Ｏに近い側から第２分極部７ｂ、第１分極部７
ａの順で形成してある。
【００１３】本発明は、前記上部電極２及び圧電素子１
上に、導電ペーストからなるＸＹＺ各軸成分引き出し用
の回路パターン８を印刷焼成したものである。その際、
分極処理を施した圧電素子１に対して更に焼成による熱
ストレスが加えられることで分極性の減少が生じないか
（イ）、引き出し用のパターン８を形成したことで各分
極部７周辺の不完全分極部１０上に位置するパターン８
に正負いずれかの電荷が生じ、出力に対して悪影響を与
えないか（ロ）、２点について実験考察した結果、
（イ）については、圧電素子材料の選定と、引き出し用
のパターン８を焼成する際の温度調整によって、分極状
態への悪影響を回避し得ることが確認され、（ロ）につ
いては、図６に示すように分極部７，７間には不完全分
極部１０と非分極部１３とが介在するが、問題となる不
完全分極部１０は、分極部７から圧電素子１の厚みｔと
ほぼ等しい距離範囲を超えて生じないという傾向がある
ため、不完全分極部１０の面積は、分極部７の面積より
も十分小さく、その不完全分極部１０に発生する電荷は
実用面において十分無視できると判断した。
上に、導電ペーストからなるＸＹＺ各軸成分引き出し用
の回路パターン８を印刷焼成したものである。その際、
分極処理を施した圧電素子１に対して更に焼成による熱
ストレスが加えられることで分極性の減少が生じないか
（イ）、引き出し用のパターン８を形成したことで各分
極部７周辺の不完全分極部１０上に位置するパターン８
に正負いずれかの電荷が生じ、出力に対して悪影響を与
えないか（ロ）、２点について実験考察した結果、
（イ）については、圧電素子材料の選定と、引き出し用
のパターン８を焼成する際の温度調整によって、分極状
態への悪影響を回避し得ることが確認され、（ロ）につ
いては、図６に示すように分極部７，７間には不完全分
極部１０と非分極部１３とが介在するが、問題となる不
完全分極部１０は、分極部７から圧電素子１の厚みｔと
ほぼ等しい距離範囲を超えて生じないという傾向がある
ため、不完全分極部１０の面積は、分極部７の面積より
も十分小さく、その不完全分極部１０に発生する電荷は
実用面において十分無視できると判断した。
【００１４】ＸＹ各軸成分の引き出しパターン８ｘ，８
ｙは、原点に対して放射方向へ隣接する２つの上部電極
２ｘ，２ｘ（２ｙ，２ｙ）をそれぞれ接続して引き出せ
るよう印刷し、Ｚ軸成分の引き出しパターン８ｚは、そ
のＺ軸成分を検出するための電極２ｚをすべて接続して
引き出せるよう印刷する。印刷後、適正な温度にて焼成
し、ＸＹＺ各成分ごとの引き出しパターン８ｘ，８ｙ，
８ｚが形成される。引き出しパターン８の終点にはそれ
ぞれターミナル１２が設けてあり、該ターミナル１２か
らセンサー本体９の外部へ出力が引き出される。本実施
例においてセンサー本体９から外部へ引き出される配線
数は、共通電位部である起歪体４からの配線を含めて５
本であり、各上部電極２ｘ，２ｙ，２ｚからワイヤーボ
ンディングなどで一本一本引き出していた従来の手段に
よる１７本と比較して著しく減少したといえる。又、本
発明によれば極細いワイヤーの空中配線が存在しないの
で強度及び配線の位置的安定度が極めて高いという利点
もある。
ｙは、原点に対して放射方向へ隣接する２つの上部電極
２ｘ，２ｘ（２ｙ，２ｙ）をそれぞれ接続して引き出せ
るよう印刷し、Ｚ軸成分の引き出しパターン８ｚは、そ
のＺ軸成分を検出するための電極２ｚをすべて接続して
引き出せるよう印刷する。印刷後、適正な温度にて焼成
し、ＸＹＺ各成分ごとの引き出しパターン８ｘ，８ｙ，
８ｚが形成される。引き出しパターン８の終点にはそれ
ぞれターミナル１２が設けてあり、該ターミナル１２か
らセンサー本体９の外部へ出力が引き出される。本実施
例においてセンサー本体９から外部へ引き出される配線
数は、共通電位部である起歪体４からの配線を含めて５
本であり、各上部電極２ｘ，２ｙ，２ｚからワイヤーボ
ンディングなどで一本一本引き出していた従来の手段に
よる１７本と比較して著しく減少したといえる。又、本
発明によれば極細いワイヤーの空中配線が存在しないの
で強度及び配線の位置的安定度が極めて高いという利点
もある。
【００１５】本実施例は以上のごとく構成され、図７
（ロ）のごとくセンサー本体９の重錘体５が原点Ｏに対
してＸ（Ｙ）軸の正方向へ振れることによって、電極２
ｘ（２ｙ）に発生する電荷は正電荷となり、その重錘体
５が原点Ｏに対してＸ（Ｙ）軸の負方向へ振れることに
よって、電極２ｘ（２ｙ）に発生する電荷は負電荷とな
る。又、図７（ハ）のごとく重錘体５が原点Ｏに対して
Ｚ軸の正方向へ振れることによって、電極２ｚに発生す
る電荷は正電荷となり、逆に重錘体５がＺ軸の負方向へ
振れることによって電極２ｚに発生する電荷は負電荷と
なる。
（ロ）のごとくセンサー本体９の重錘体５が原点Ｏに対
してＸ（Ｙ）軸の正方向へ振れることによって、電極２
ｘ（２ｙ）に発生する電荷は正電荷となり、その重錘体
５が原点Ｏに対してＸ（Ｙ）軸の負方向へ振れることに
よって、電極２ｘ（２ｙ）に発生する電荷は負電荷とな
る。又、図７（ハ）のごとく重錘体５が原点Ｏに対して
Ｚ軸の正方向へ振れることによって、電極２ｚに発生す
る電荷は正電荷となり、逆に重錘体５がＺ軸の負方向へ
振れることによって電極２ｚに発生する電荷は負電荷と
なる。
【００１６】Ｘ軸及びＹ軸成分に限らず、上部電極２が
配列してある平面と平行方向の加速度成分を検出するに
は、少なくとも検出する方向を指す軸に沿って第１分極
部７ａと第２分極部７ｂとを交互に配設すれば良く、上
部電極２が配列してある平面に対して垂直方向の加速度
成分を検出するには、その方向を指す軸から放射方向へ
第１分極部７ａと第２分極部７ｂとを交互に配設すれば
良い。
配列してある平面と平行方向の加速度成分を検出するに
は、少なくとも検出する方向を指す軸に沿って第１分極
部７ａと第２分極部７ｂとを交互に配設すれば良く、上
部電極２が配列してある平面に対して垂直方向の加速度
成分を検出するには、その方向を指す軸から放射方向へ
第１分極部７ａと第２分極部７ｂとを交互に配設すれば
良い。
【００１７】センサーの特性は、圧電素子１や起歪体４
の特性或いは分極部７の配列の他、重錘体５や起歪体受
け６にも依存する。重錘体５については、その形状、長
さ、重量が異なれば、起歪体４と重錘体５との接合部に
関する力のモーメントが異なり、必然的に単位加速度に
対する起歪体４の歪み具合も変わるので、それぞれセン
サーの用途に応じて適宜調整する必要があるが、それに
加えて重錘体５の固定状態に対する配慮、例えば、重錘
体５の接合面周縁部が、原点Ｏに近い分極部７各々の一
部へ均等にかかるように接合し、歪みが原点Ｏに近い分
極部７上にて生じやすくすることで歪みに対する出力効
率を向上させるなど、出力特性の調整も可能である。起
歪体受け６に関しても同様であり、収納部１１の周辺
が、原点Ｏから遠い分極部７各々の一部へ均等にかかる
ように固定すれば、歪みが原点Ｏから遠い分極部７上に
て生じやすくなる。
の特性或いは分極部７の配列の他、重錘体５や起歪体受
け６にも依存する。重錘体５については、その形状、長
さ、重量が異なれば、起歪体４と重錘体５との接合部に
関する力のモーメントが異なり、必然的に単位加速度に
対する起歪体４の歪み具合も変わるので、それぞれセン
サーの用途に応じて適宜調整する必要があるが、それに
加えて重錘体５の固定状態に対する配慮、例えば、重錘
体５の接合面周縁部が、原点Ｏに近い分極部７各々の一
部へ均等にかかるように接合し、歪みが原点Ｏに近い分
極部７上にて生じやすくすることで歪みに対する出力効
率を向上させるなど、出力特性の調整も可能である。起
歪体受け６に関しても同様であり、収納部１１の周辺
が、原点Ｏから遠い分極部７各々の一部へ均等にかかる
ように固定すれば、歪みが原点Ｏから遠い分極部７上に
て生じやすくなる。
【００１８】又、重錘体５接合面の形状及び収納部断面
形状を、例えば三角形等に設定すると加速度の方向によ
って出力特性が異なるという不具合が生じる、従って図
９のように分極部７を配列した場合は、重錘体５接合面
の形状及び収納部断面形状を円とすることが、各軸出力
特性をできるだけ均一にする点では望ましい。尚、起歪
体受け６は、所定の収納部１１を備えるものであるなら
ば、それ自体が製品本体、或いはセンサー本体９を収納
する筐体であっても良い。
形状を、例えば三角形等に設定すると加速度の方向によ
って出力特性が異なるという不具合が生じる、従って図
９のように分極部７を配列した場合は、重錘体５接合面
の形状及び収納部断面形状を円とすることが、各軸出力
特性をできるだけ均一にする点では望ましい。尚、起歪
体受け６は、所定の収納部１１を備えるものであるなら
ば、それ自体が製品本体、或いはセンサー本体９を収納
する筐体であっても良い。
【００１９】センサー本体９から出力を引き出すための
回路パターン８に関しては、電気伝導度の点から銅或い
は銀が多く用いられるが、多湿な箇所など過酷な環境下
に置かれるものには、耐蝕性に優れた銀パターンを採用
することが望ましい。又、上部電極２の上面に前記回路
パターン８を形成したフレキシブル基板等を導電接着剤
で張り付けても良い。
回路パターン８に関しては、電気伝導度の点から銅或い
は銀が多く用いられるが、多湿な箇所など過酷な環境下
に置かれるものには、耐蝕性に優れた銀パターンを採用
することが望ましい。又、上部電極２の上面に前記回路
パターン８を形成したフレキシブル基板等を導電接着剤
で張り付けても良い。
【００２０】本実施例にＸＹＺ各軸と平行な振動を加え
各軸成分の出力を測定した結果、加速度方向の軸成分出
力に対して、他の軸成分出力がその数パーセント程度出
力されるが、一方向の歪みが他の軸成分検出用の圧電素
子１に対しても干渉することを考慮すれば、ほぼ理想的
に三軸方向の加速度成分が検出されていると判断でき
る。
各軸成分の出力を測定した結果、加速度方向の軸成分出
力に対して、他の軸成分出力がその数パーセント程度出
力されるが、一方向の歪みが他の軸成分検出用の圧電素
子１に対しても干渉することを考慮すれば、ほぼ理想的
に三軸方向の加速度成分が検出されていると判断でき
る。
【００２１】図８は本発明による第２実施例の構造を示
したものである。この三軸圧電加速度センサーの本体９
は、圧電素子１の下面に、該圧電素子１の全面を覆う下
部電極３を形成し、複数の上部電極２を、各々が前記下
部電極３と対向するように圧電素子１の上面へ放射状に
並べて形成し、更に下部電極３の下面を起歪体４に接合
し、該下部電極３の中央部が位置する起歪体４の裏面に
重錘体５を固着したものである。起歪体４の下面に下部
電極３を形成することは、特に非導電性の起歪体４を用
いた場合における共通電位の引き出しに有効であるが、
導電性を有する起歪体４を用いた場合に採用しても構わ
ない。例えば、より導電性の良い素材或いはより耐蝕性
に優れた素材をもって起歪体４の表面に下部電極３とな
る被膜を形成することで、安価で高品質な起歪体４を構
成することが可能となる。
したものである。この三軸圧電加速度センサーの本体９
は、圧電素子１の下面に、該圧電素子１の全面を覆う下
部電極３を形成し、複数の上部電極２を、各々が前記下
部電極３と対向するように圧電素子１の上面へ放射状に
並べて形成し、更に下部電極３の下面を起歪体４に接合
し、該下部電極３の中央部が位置する起歪体４の裏面に
重錘体５を固着したものである。起歪体４の下面に下部
電極３を形成することは、特に非導電性の起歪体４を用
いた場合における共通電位の引き出しに有効であるが、
導電性を有する起歪体４を用いた場合に採用しても構わ
ない。例えば、より導電性の良い素材或いはより耐蝕性
に優れた素材をもって起歪体４の表面に下部電極３とな
る被膜を形成することで、安価で高品質な起歪体４を構
成することが可能となる。
【００２２】一般的に、センサーは微小な電気信号を出
力するものであり、増幅装置を介して制御に用いられる
場合が多い。そこで今日ではセンサーを内容するパッケ
ージ内に増幅装置を具備した物理量検出部品を用い、そ
の出力をそのまま制御装置へ入力する場合もある。本発
明による三軸圧電加速度センサーにおいても、例えば一
つの起歪体受け６へセンサー本体９とともに、コンタク
ト部或いは増幅回路を搭載した補助基板を固定するなど
して、加速度検出部と制御装置との接続を簡便にするこ
とも可能である。
力するものであり、増幅装置を介して制御に用いられる
場合が多い。そこで今日ではセンサーを内容するパッケ
ージ内に増幅装置を具備した物理量検出部品を用い、そ
の出力をそのまま制御装置へ入力する場合もある。本発
明による三軸圧電加速度センサーにおいても、例えば一
つの起歪体受け６へセンサー本体９とともに、コンタク
ト部或いは増幅回路を搭載した補助基板を固定するなど
して、加速度検出部と制御装置との接続を簡便にするこ
とも可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上のごとく本発明の三軸圧電加速度セ
ンサーによれば、引き出し線の数が従来と比較して著し
く減少し、センサーの構造が簡素となる。その結果、製
造が容易となり、歩留りが向上するため、品質の向上並
びに生産コストの削減に大きく寄与するものである。
ンサーによれば、引き出し線の数が従来と比較して著し
く減少し、センサーの構造が簡素となる。その結果、製
造が容易となり、歩留りが向上するため、品質の向上並
びに生産コストの削減に大きく寄与するものである。
【図１】の（イ）（ロ） 本発明による三軸圧電加速度センサーの第１実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】前記加速度センサーの平面図である。
【図３】前記加速度センサーの上部電極の配置図であ
る。
る。
【図４】前記加速度センサーの分極状態を示す説明図で
ある。
ある。
【図５】前記加速度センサーにおける上部電極の拡大配
置図である。
置図である。
【図６】前記加速度センサーにおける上部電極間の拡大
図である。
図である。
【図７】の（イ）（ロ）（ハ） 前記加速度センサーの加速度作用時における電荷分布図
である。
である。
【図８】本発明による三軸圧電加速度センサーの第２実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
【図９】本発明による三軸圧電加速度センサーにおける
上部電極の他の配置例を示す説明図である。
上部電極の他の配置例を示す説明図である。
１ 圧電素子 ２ 上部電極 ３ 下部電極 ４ 起歪体 ５ 重錘体 ６ 起歪体受け ７ 分極部 ７ａ 第１分極部 ７ｂ 第２分極部 ８ パターン Ｏ 原点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−26744（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−188081（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19568（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/09 G01P 15/18
Claims (2)
- 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系における加速度のＸ
ＹＺ各軸方向成分を検出する加速度センサーであって、 前記座標系におけるＸＹ平面にそれぞれ平行な上面及び
下面を有する板状の圧電素子（１）と、該圧電素子
（１）の上面に設けられた上部電極（２）と、該上部電
極（２）全てに対向するように、圧電素子（１）の下面
に接合された一枚の導電性を有する起歪体（４）と、前
記圧電素子（１）の中央部が位置する起歪体（４）の下
面に固着された重錘体（５）と、前記圧電素子（１）の
周囲で起歪体（４）を支持固定する起歪体受け（６）と
を備え、 上部電極（２）は、Ｘ軸上に配列されたＸ軸成分電極
と、Ｙ軸上に配列されたＹ軸成分電極と、Ｘ軸及びＹ軸
に対し原点（Ｏ）を軸として所定角度傾斜したＶ軸及び
Ｗ軸上に直線的に配列されたＺ軸成分電極からなり、 前記圧電素子（１）は、前記上部電極（２）の下方に位
置する部分個々に対して、ＸＹ平面に沿った伸び力が作
用したときに、上面に第１極性の電荷が、下面に第２極
性の電荷が、それぞれ発生し、ＸＹ平面に沿った縮み力
が作用したときに、上面に第２極性の電荷が、下面に第
１極性の電荷が、それぞれ発生する第１分極処理、或い
はＸＹ平面に沿った伸び力が作用したときに、上面に第
２極性の電荷が、下面に第１極性の電荷がそれぞれ発生
し、ＸＹ平面に沿った縮み力が作用したときに、上面に
第１極性の電荷が、下面に第２極性の電荷がそれぞれ発
生する第２分極処理のいずれか一方を施した分極部
（７）が形成され、 Ｘ軸成分及びＹ軸成分を検出する部分では、第１分極処
理を施した第１分極部（７ａ）と第２分極処理を施した
第２分極部（７ｂ）とが、ＸＹ各軸に沿って一端から他
端まで交互に形成され、 Ｚ軸成分を検出する部分では、第１分極部（７ａ）と、
第２分極部（７ｂ）とが、原点（Ｏ）から放射方向へ交
互に形成され、 前記上部電極（２）及び圧電素子（１）上に、ＸＹＺ各
軸成分ごとに出力を引き出す回路パターン（８）が形成
されていることを特徴とする三軸圧電加速度センサー。 - 【請求項２】 前記三次元座標系におけるＸＹ平面にそ
れぞれ平行な上面及び下面を有する板状の圧電素子
（１）と、該圧電素子（１）の上面に設けられた上部電
極（２）と、該上部電極（２）全てに対向するように、
圧電素子（１）の下面に設けられた一枚の下部電極
（３）と、該下部電極（３）の下面に接合された起歪体
（４）と、前記圧電素子（１）の中央部が位置する起歪
体（４）の下面に固着された重錘体（５）と、前記圧電
素子（１）の周囲で前記起歪体（４）を支持固定する起
歪体受け（６）とを備えたことを特徴とする請求項１記
載の三軸圧電加速度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34426193A JP3308368B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三軸圧電加速度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34426193A JP3308368B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三軸圧電加速度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174782A JPH07174782A (ja) | 1995-07-14 |
| JP3308368B2 true JP3308368B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=18367876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34426193A Expired - Fee Related JP3308368B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三軸圧電加速度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308368B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3311633B2 (ja) * | 1997-04-04 | 2002-08-05 | 日本碍子株式会社 | センサユニット |
| JP3328574B2 (ja) * | 1998-03-25 | 2002-09-24 | 日本碍子株式会社 | 加速度センサ素子、加速度センサ及びこれらの製造方法 |
| JP2000002714A (ja) * | 1998-04-13 | 2000-01-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電型加速度センサ、加速度検出方法、および圧電型加速度センサの製造方法 |
| JP2011220765A (ja) * | 2010-04-07 | 2011-11-04 | Japan Science & Technology Agency | 慣性センサ及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP34426193A patent/JP3308368B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07174782A (ja) | 1995-07-14 |
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