JP3446732B2 - 加速度センサ - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- G01P15/097—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 by vibratory elements
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- G01P15/0922—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 by piezoelectric pick-up of the bending or flexing mode type
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は加速度センサに関す
るものである。
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。この加速度センサは、一対
の圧電セラミックスよりなる圧電素子を対面接合して一
体化したバイモルフ型検出素子を備え、この素子をケー
ス内に両持ち梁構造で収納支持してある。この加速度セ
ンサに加速度が加わると、検出素子が撓むことによって
圧電素子に応力が発生し、圧電効果によって発生した電
荷または電圧を検知して、加速度を知ることができる。
この加速度センサの場合には、小型で、表面実装型部品
（チップ部品）に容易に構成できるという利点がある。
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。この加速度センサは、一対
の圧電セラミックスよりなる圧電素子を対面接合して一
体化したバイモルフ型検出素子を備え、この素子をケー
ス内に両持ち梁構造で収納支持してある。この加速度セ
ンサに加速度が加わると、検出素子が撓むことによって
圧電素子に応力が発生し、圧電効果によって発生した電
荷または電圧を検知して、加速度を知ることができる。
この加速度センサの場合には、小型で、表面実装型部品
（チップ部品）に容易に構成できるという利点がある。
【０００３】この原理の加速度センサの場合には、回路
を構成する際、回路から流れ込むバイアス電流が圧電体
の容量Ｃにチャージされ、回路が飽和してしまうので、
バイアス電流をリークさせるための抵抗Ｒが必要とな
る。ところが、抵抗Ｒと容量Ｃとによってハイパスフィ
ルタが構成され、カットオフ以下の周波数であるＤＣや
低周波の加速度を検出できない。
を構成する際、回路から流れ込むバイアス電流が圧電体
の容量Ｃにチャージされ、回路が飽和してしまうので、
バイアス電流をリークさせるための抵抗Ｒが必要とな
る。ところが、抵抗Ｒと容量Ｃとによってハイパスフィ
ルタが構成され、カットオフ以下の周波数であるＤＣや
低周波の加速度を検出できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、座屈音叉構造の
支持体に２個の振動子を取り付け、加速度が印加される
と、中央にある慣性部（重り）により２つの音叉構造部
分に取り付けられた振動子は引張と圧縮の応力を受け、
２つの振動子に生じる周波数差によって加速度を検出す
る加速度センサも知られている（例えば特開平４−３６
１１６５号公報）。この場合には、ＤＣや低周波の加速
度でも検出可能である。
支持体に２個の振動子を取り付け、加速度が印加される
と、中央にある慣性部（重り）により２つの音叉構造部
分に取り付けられた振動子は引張と圧縮の応力を受け、
２つの振動子に生じる周波数差によって加速度を検出す
る加速度センサも知られている（例えば特開平４−３６
１１６５号公報）。この場合には、ＤＣや低周波の加速
度でも検出可能である。
【０００５】しかしながら、この構造の加速度センサで
は、支持体が音叉構造を有するため、構造が複雑で大型
であり、各振動子からの電極の引出も煩雑である。その
ため、回路基板などに直接実装できる小型の表面実装型
部品（チップ部品）に構成することが難しいという問題
があった。また、振動子をねじれ振動モードと屈曲振動
モードとが結合した振動モードで振動する双音叉型振動
子として構成することにより、バイアス周波数の温度依
存性を低減しているが、温度依存性を完全には解消でき
ない。
は、支持体が音叉構造を有するため、構造が複雑で大型
であり、各振動子からの電極の引出も煩雑である。その
ため、回路基板などに直接実装できる小型の表面実装型
部品（チップ部品）に構成することが難しいという問題
があった。また、振動子をねじれ振動モードと屈曲振動
モードとが結合した振動モードで振動する双音叉型振動
子として構成することにより、バイアス周波数の温度依
存性を低減しているが、温度依存性を完全には解消でき
ない。
【０００６】そこで、本発明の目的は、小型で表面実装
型に構成でき、しかも温度変化などの加速度以外の要因
による影響を排除しうる、高感度の加速度センサを提供
することにある。
型に構成でき、しかも温度変化などの加速度以外の要因
による影響を排除しうる、高感度の加速度センサを提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１，
４に記載の発明によって達成される。すなわち、請求項
１に係る発明は、両主面に電極が形成された圧電体より
なり、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められ
る振動モード素子であり、それぞれ独立した周波数で共
振する第１と第２の共振子と、第１と第２のベース板と
を備え、第１，第２のベース板と第１，第２の共振子と
の間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より広くかつ加速
度によって撓む範囲より小さい空隙が形成され、第１の
共振子を第１のベース板の一面に接合して第１のユニモ
ルフ型加速度検出素子を構成するとともに、第２の共振
子を第２のベース板の一面に接合して第２のユニモルフ
型加速度検出素子を構成し、第１と第２の加速度検出素
子を、第１と第２の共振子が互いに相反方向または対向
方向を向き、かつ加速度の印加によってそれぞれ独立し
て撓み得るように、長手方向一端部または両端部を固定
支持してなり、加速度の印加により２つの加速度検出素
子が独立して撓み、その撓みによって生じる第１と第２
の共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動
的に検出することにより、加速度を検出可能としたこと
を特徴とする加速度センサを提供する。また、請求項４
に係る発明は、単一のベース板の表裏面に、両主面に電
極が形成された圧電体よりなる第１と第２の共振子を接
合して加速度検出素子を構成し、上記第１，第２の共振
子は、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められ
る振動モード素子であり、上記ベース板と第１，第２の
共振子との間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より広く
かつ加速度によって撓む範囲より小さい空隙が形成さ
れ、上記加速度検出素子が第１と第２の共振子の対向方
向の加速度に対して撓み得るように、その長手方向一端
部または両端部を固定支持してなり、加速度の印加によ
り上記加速度検出素子が撓み、その撓みによって生じる
第１と第２の共振子の周波数変化またはインピーダンス
変化を差動的に検出することにより、加速度を検出可能
としたことを特徴とする加速度センサを提供する。
４に記載の発明によって達成される。すなわち、請求項
１に係る発明は、両主面に電極が形成された圧電体より
なり、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められ
る振動モード素子であり、それぞれ独立した周波数で共
振する第１と第２の共振子と、第１と第２のベース板と
を備え、第１，第２のベース板と第１，第２の共振子と
の間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より広くかつ加速
度によって撓む範囲より小さい空隙が形成され、第１の
共振子を第１のベース板の一面に接合して第１のユニモ
ルフ型加速度検出素子を構成するとともに、第２の共振
子を第２のベース板の一面に接合して第２のユニモルフ
型加速度検出素子を構成し、第１と第２の加速度検出素
子を、第１と第２の共振子が互いに相反方向または対向
方向を向き、かつ加速度の印加によってそれぞれ独立し
て撓み得るように、長手方向一端部または両端部を固定
支持してなり、加速度の印加により２つの加速度検出素
子が独立して撓み、その撓みによって生じる第１と第２
の共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動
的に検出することにより、加速度を検出可能としたこと
を特徴とする加速度センサを提供する。また、請求項４
に係る発明は、単一のベース板の表裏面に、両主面に電
極が形成された圧電体よりなる第１と第２の共振子を接
合して加速度検出素子を構成し、上記第１，第２の共振
子は、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められ
る振動モード素子であり、上記ベース板と第１，第２の
共振子との間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より広く
かつ加速度によって撓む範囲より小さい空隙が形成さ
れ、上記加速度検出素子が第１と第２の共振子の対向方
向の加速度に対して撓み得るように、その長手方向一端
部または両端部を固定支持してなり、加速度の印加によ
り上記加速度検出素子が撓み、その撓みによって生じる
第１と第２の共振子の周波数変化またはインピーダンス
変化を差動的に検出することにより、加速度を検出可能
としたことを特徴とする加速度センサを提供する。
【０００８】請求項１では、加速度検出素子を共振子と
ベース板とを接合したユニモルフ構造としたので、加速
度が加わった際に生じる加速度検出素子の撓み変形か
ら、共振子に必要な圧縮または引張応力を効率的に発生
させることができる。しかも、一対の加速度検出素子
は、その共振子が互いに相反方向または対向方向を向く
ように連結されるので、一方の検出素子が引張応力を検
出すれば、他方の検出素子は圧縮応力を検出することに
なる。そのため、引張側の共振子の周波数は低くなり、
圧縮側の共振子の周波数は高くなる。そこで、両共振子
の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取り
出せば、加速度を検出することができる。特に、２つの
共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を個別に
取り出すのではなく、その周波数差またはインピーダン
ス差を差動的に検出するので、２つの共振子に共通に加
わる応力（例えば温度変化による応力）は相殺され、温
度変化などの影響を受けない高感度の加速度センサを得
ることができる。請求項１では、第１，第２の共振子
を、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められる
振動モード素子とし、第１，第２のベース板と第１，第
２の共振子との間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より
広くかつ加速度によって撓む範囲より小さい空隙を形成
してある。共振子とベース板とを全面で対面接合しても
よいが、この場合には共振子の振動がベース板で拘束さ
れるので、共振子としての性能（ＱおよびＫ）が低下す
るからである。なお、共振子とベース板とを全面で対面
接合した場合には、共振子としての性能は低下するが、
逆に加速度による応力の発生効率の面では効果的であ
る。
ベース板とを接合したユニモルフ構造としたので、加速
度が加わった際に生じる加速度検出素子の撓み変形か
ら、共振子に必要な圧縮または引張応力を効率的に発生
させることができる。しかも、一対の加速度検出素子
は、その共振子が互いに相反方向または対向方向を向く
ように連結されるので、一方の検出素子が引張応力を検
出すれば、他方の検出素子は圧縮応力を検出することに
なる。そのため、引張側の共振子の周波数は低くなり、
圧縮側の共振子の周波数は高くなる。そこで、両共振子
の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取り
出せば、加速度を検出することができる。特に、２つの
共振子の周波数変化またはインピーダンス変化を個別に
取り出すのではなく、その周波数差またはインピーダン
ス差を差動的に検出するので、２つの共振子に共通に加
わる応力（例えば温度変化による応力）は相殺され、温
度変化などの影響を受けない高感度の加速度センサを得
ることができる。請求項１では、第１，第２の共振子
を、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められる
振動モード素子とし、第１，第２のベース板と第１，第
２の共振子との間に、共振子の閉じ込め振動の範囲より
広くかつ加速度によって撓む範囲より小さい空隙を形成
してある。共振子とベース板とを全面で対面接合しても
よいが、この場合には共振子の振動がベース板で拘束さ
れるので、共振子としての性能（ＱおよびＫ）が低下す
るからである。なお、共振子とベース板とを全面で対面
接合した場合には、共振子としての性能は低下するが、
逆に加速度による応力の発生効率の面では効果的であ
る。
【０００９】請求項２のように、第１，第２の加速度検
出素子を、加速度の作用に伴う曲げ中性面が、共振子と
ベース板との接合面またはベース板側になるように設定
するのがよい。つまり、中性面が共振子側にあると、１
つの共振子の内部で圧縮応力と引張応力が発生すること
になり、出力信号が小さくなるからである。なお、曲げ
中性面を共振子とベース板との接合面またはベース板側
とするには、例えばベース板の曲げ剛性を共振子と同等
またはそれより大きくすればよい。
出素子を、加速度の作用に伴う曲げ中性面が、共振子と
ベース板との接合面またはベース板側になるように設定
するのがよい。つまり、中性面が共振子側にあると、１
つの共振子の内部で圧縮応力と引張応力が発生すること
になり、出力信号が小さくなるからである。なお、曲げ
中性面を共振子とベース板との接合面またはベース板側
とするには、例えばベース板の曲げ剛性を共振子と同等
またはそれより大きくすればよい。
【００１０】
【００１１】請求項３のように、第１と第２の加速度検
出素子の長手方向両端部をスペーサ層を介して対面接合
し、第１と第２の加速度検出素子の加速度印加方向の外
側面をケース部材によって覆い、第１と第２の加速度検
出素子とケース部材とで形成される開放面をカバー部材
によって覆い、第１と第２の共振子に形成された電極
を、ケース部材の表面に形成された内部電極を介してカ
バー部材の表面に形成された外部電極に接続するのが望
ましい。この場合には、加速度検出素子の周囲をケース
部材およびカバー部材によって完全に包囲でき、しかも
表面実装型電子部品に構成できる利点がある。
出素子の長手方向両端部をスペーサ層を介して対面接合
し、第１と第２の加速度検出素子の加速度印加方向の外
側面をケース部材によって覆い、第１と第２の加速度検
出素子とケース部材とで形成される開放面をカバー部材
によって覆い、第１と第２の共振子に形成された電極
を、ケース部材の表面に形成された内部電極を介してカ
バー部材の表面に形成された外部電極に接続するのが望
ましい。この場合には、加速度検出素子の周囲をケース
部材およびカバー部材によって完全に包囲でき、しかも
表面実装型電子部品に構成できる利点がある。
【００１２】請求項４では、請求項１のようにユニモル
フ構造の２個の加速度検出素子を用いるのに代えて、単
一のベース板の表裏面にそれぞれ共振子を接合してバイ
モルフ構造の加速度検出素子としたものである。この場
合には、ベース板として比較的撓みやすい材料を用いて
も、曲げ中性面（応力が０の面）をべース板内に設定す
ることができるので、ベース板の表裏面に設けられた共
振子に引張応力と圧縮応力とを効果的に発生させること
ができる。そのため、両共振子の周波数変化またはイン
ピーダンス変化を差動的に検出することにより、加速度
を検出することができる。また、ベース板が単一である
ため、ベース板の厚み方向の寸法を短縮でき、加速度セ
ンサを小型に構成できる。なお、請求項５は請求項３と
同様の効果を有する。
フ構造の２個の加速度検出素子を用いるのに代えて、単
一のベース板の表裏面にそれぞれ共振子を接合してバイ
モルフ構造の加速度検出素子としたものである。この場
合には、ベース板として比較的撓みやすい材料を用いて
も、曲げ中性面（応力が０の面）をべース板内に設定す
ることができるので、ベース板の表裏面に設けられた共
振子に引張応力と圧縮応力とを効果的に発生させること
ができる。そのため、両共振子の周波数変化またはイン
ピーダンス変化を差動的に検出することにより、加速度
を検出することができる。また、ベース板が単一である
ため、ベース板の厚み方向の寸法を短縮でき、加速度セ
ンサを小型に構成できる。なお、請求項５は請求項３と
同様の効果を有する。
【００１３】第１の共振子と第２の共振子とから得られ
る信号を差動的に取り出し、加速度検出素子に作用する
加速度に比例した信号を得る方法としては、請求項６の
ように、第１と第２の共振子をそれぞれの周波数で発振
させ、各発振周波数差を検出し、この周波数差から加速
度に比例した信号を得る方法と、請求項７のように、第
１と第２の共振子を同一周波数で発振させ、各共振子の
電気的インピーダンスの違いから位相差または振幅差を
検知し、これら位相差または振幅差から加速度に比例し
た信号を得る方法とがある。いずれの方法を用いても、
加速度を高精度に検出することができる。
る信号を差動的に取り出し、加速度検出素子に作用する
加速度に比例した信号を得る方法としては、請求項６の
ように、第１と第２の共振子をそれぞれの周波数で発振
させ、各発振周波数差を検出し、この周波数差から加速
度に比例した信号を得る方法と、請求項７のように、第
１と第２の共振子を同一周波数で発振させ、各共振子の
電気的インピーダンスの違いから位相差または振幅差を
検知し、これら位相差または振幅差から加速度に比例し
た信号を得る方法とがある。いずれの方法を用いても、
加速度を高精度に検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１〜図５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、２個の加速度検出素子２，３を絶縁性セラミック等
からなる絶縁ケース５，６内に両持ち梁構造で収納支持
したものである。この実施例の加速度検出素子２，３は
ユニモルフ型検出素子であり、短冊形状の圧電セラミッ
ク板の表裏両主面にそれぞれ電極２１，２２および３
１，３２を形成した共振子２０，３０を、それぞれベー
ス板２３，３３の一面に接着やはんだ付け等により接合
することにより一体化したものである。この実施例の共
振子２０，３０は、共にエネルギー閉じ込め型厚みすべ
り振動モードの共振子であり、共振子２０，３０の長さ
方向に分極されている。表裏面の電極２１，２２および
３１，３２は、一端部が共振子２０，３０の中央部で対
向し、他端部が共振子２０，３０の異なる端部へ引き出
されている。
度センサの第１実施例を示す。この加速度センサ１Ａ
は、２個の加速度検出素子２，３を絶縁性セラミック等
からなる絶縁ケース５，６内に両持ち梁構造で収納支持
したものである。この実施例の加速度検出素子２，３は
ユニモルフ型検出素子であり、短冊形状の圧電セラミッ
ク板の表裏両主面にそれぞれ電極２１，２２および３
１，３２を形成した共振子２０，３０を、それぞれベー
ス板２３，３３の一面に接着やはんだ付け等により接合
することにより一体化したものである。この実施例の共
振子２０，３０は、共にエネルギー閉じ込め型厚みすべ
り振動モードの共振子であり、共振子２０，３０の長さ
方向に分極されている。表裏面の電極２１，２２および
３１，３２は、一端部が共振子２０，３０の中央部で対
向し、他端部が共振子２０，３０の異なる端部へ引き出
されている。
【００１５】ベース板２３，３３は共振子２０，３０と
同一長さ、同一幅に形成された絶縁板であり、ユニモル
フ型加速度検出素子２，３の加速度の作用に伴う曲げ中
性面（図５に破線Ｎ１，Ｎ２で示す）が、共振子２０，
３０とベース板２３，３３との接合面よりベース板２
３，３３側になるように設定されている。ベース板２
３，３３は、共振子２０，３０より曲げ剛性の高い材料
で構成されたものが望ましく、質量体（重り）として機
能させるため質量ができるだけ大きいものが望ましい。
ベース板２３，３３の共振子２０，３０との対向面に
は、共振子２０，３０の閉じ込め振動の範囲より広くか
つ加速度によって撓む範囲より小さい空隙を形成するた
めの凹部２３ａ，３３ａが形成されている。これによ
り、共振子２０，３０の閉じ込め振動を拘束せず、かつ
加速度によって共振子２０，３０とベース板２３，３３
とが一体に撓むことができる。
同一長さ、同一幅に形成された絶縁板であり、ユニモル
フ型加速度検出素子２，３の加速度の作用に伴う曲げ中
性面（図５に破線Ｎ１，Ｎ２で示す）が、共振子２０，
３０とベース板２３，３３との接合面よりベース板２
３，３３側になるように設定されている。ベース板２
３，３３は、共振子２０，３０より曲げ剛性の高い材料
で構成されたものが望ましく、質量体（重り）として機
能させるため質量ができるだけ大きいものが望ましい。
ベース板２３，３３の共振子２０，３０との対向面に
は、共振子２０，３０の閉じ込め振動の範囲より広くか
つ加速度によって撓む範囲より小さい空隙を形成するた
めの凹部２３ａ，３３ａが形成されている。これによ
り、共振子２０，３０の閉じ込め振動を拘束せず、かつ
加速度によって共振子２０，３０とベース板２３，３３
とが一体に撓むことができる。
【００１６】なお、凹部２３ａ，３３ａは共振子２０，
３０の振動を妨げないように振動空間を形成するための
ものであり、振幅は微少であるから、凹部２３ａ，３３
ａに代えて、共振子２０，３０とベース板２３，３３と
を接合する接着剤層の厚みによって、空隙を形成するこ
とも可能である。
３０の振動を妨げないように振動空間を形成するための
ものであり、振幅は微少であるから、凹部２３ａ，３３
ａに代えて、共振子２０，３０とベース板２３，３３と
を接合する接着剤層の厚みによって、空隙を形成するこ
とも可能である。
【００１７】２個のユニモルフ型加速度検出素子２，３
は、共振子２０，３０が互いに相反方向を向き、かつ加
速度Ｇの印加方向にそれぞれ独立して撓み得るように、
長手方向両端部がスペーサ層である接着層４を介して対
面接合されている。そのため、加速度検出素子２，３の
中央部の間には、所定の隙間が設けられている。加速度
検出素子２，３の加速度Ｇの印加方向の外側面は、左右
一対のケース部材５，５によって覆われている。ケース
部材５はコ字形断面形状に形成されており、その両端突
出部５ａが加速度検出素子２，３の両端部外側面（共振
子２０，３０の露出面）に接着固定されている。そのた
め、ケース部材５と加速度検出素子２，３との間には、
ケース部材５の凹部５ｂによって、加速度Ｇに伴い加速
度検出素子２，３が撓み得る空間が形成されている。ま
た、加速度検出素子２，３とケース部材５とで形成され
る上下の開放面が上下一対のカバー部材６，６によって
覆われている。カバー部材６の内面には、加速度検出素
子２，３との接触を防止するための空洞形成用凹部６ａ
が形成され、その外周部が開放面に接着固定されてい
る。そのため、加速度検出素子２，３の加速度Ｇによる
変位部分は、ケース部材５およびカバー部材６によって
完全に密閉されている。なお、加速度検出素子２，３
を、共振子２０，３０が相反方向を向くように接着層４
を介して接合したが、これとは逆に、共振子２０，３０
が対向方向を向くように接合してもよい。この場合に
は、加速度Ｇの印加による引張側の共振子と圧縮側の共
振子とが逆になる。
は、共振子２０，３０が互いに相反方向を向き、かつ加
速度Ｇの印加方向にそれぞれ独立して撓み得るように、
長手方向両端部がスペーサ層である接着層４を介して対
面接合されている。そのため、加速度検出素子２，３の
中央部の間には、所定の隙間が設けられている。加速度
検出素子２，３の加速度Ｇの印加方向の外側面は、左右
一対のケース部材５，５によって覆われている。ケース
部材５はコ字形断面形状に形成されており、その両端突
出部５ａが加速度検出素子２，３の両端部外側面（共振
子２０，３０の露出面）に接着固定されている。そのた
め、ケース部材５と加速度検出素子２，３との間には、
ケース部材５の凹部５ｂによって、加速度Ｇに伴い加速
度検出素子２，３が撓み得る空間が形成されている。ま
た、加速度検出素子２，３とケース部材５とで形成され
る上下の開放面が上下一対のカバー部材６，６によって
覆われている。カバー部材６の内面には、加速度検出素
子２，３との接触を防止するための空洞形成用凹部６ａ
が形成され、その外周部が開放面に接着固定されてい
る。そのため、加速度検出素子２，３の加速度Ｇによる
変位部分は、ケース部材５およびカバー部材６によって
完全に密閉されている。なお、加速度検出素子２，３
を、共振子２０，３０が相反方向を向くように接着層４
を介して接合したが、これとは逆に、共振子２０，３０
が対向方向を向くように接合してもよい。この場合に
は、加速度Ｇの印加による引張側の共振子と圧縮側の共
振子とが逆になる。
【００１８】この実施例では、ケース部材５として断面
コ字形の部材を用いたが、ケース５と加速度検出素子
２，３との間に設けられる接着剤層の厚みによって撓み
空間を形成すれば、ケース部材５として平板状の部材を
用いることも可能である。特に、加速度Ｇによる検出素
子２，３の撓み量は微少であるから、接着剤層の厚みで
も十分な空間を形成できる。同様に、カバー部材６の内
面に枠形に設けられる接着剤層の厚みによって空洞を形
成できるので、カバー部材６の内面の空洞形成用凹部６
ａも省略可能である。
コ字形の部材を用いたが、ケース５と加速度検出素子
２，３との間に設けられる接着剤層の厚みによって撓み
空間を形成すれば、ケース部材５として平板状の部材を
用いることも可能である。特に、加速度Ｇによる検出素
子２，３の撓み量は微少であるから、接着剤層の厚みで
も十分な空間を形成できる。同様に、カバー部材６の内
面に枠形に設けられる接着剤層の厚みによって空洞を形
成できるので、カバー部材６の内面の空洞形成用凹部６
ａも省略可能である。
【００１９】上記ベース板２３，３３、ケース部材５お
よびカバー部材６は共に絶縁材料で形成されている。具
体的には、セラミック板や樹脂板を用いることができ
る。なお、ベース板２３，３３は必ずしも絶縁材料に限
定されるものではなく、金属材料を用いることも可能で
ある。
よびカバー部材６は共に絶縁材料で形成されている。具
体的には、セラミック板や樹脂板を用いることができ
る。なお、ベース板２３，３３は必ずしも絶縁材料に限
定されるものではなく、金属材料を用いることも可能で
ある。
【００２０】共振子２０，３０に形成された電極２１，
２２および３１，３２のうち、電極２１，３２は、加速
度検出素子２，３とケース部材５とで形成される開放面
に設けられた帯状の内部電極５１によって互いに導通
し、かつケース部材５の外側面まで引き出されている。
また、電極２２は上側の開放面に形成された内部電極５
２によってケース部材５の外側面まで引き出され、電極
３１は下側の開放面に形成された内部電極５３によって
ケース部材５の異なる外側面まで引き出されている。
２２および３１，３２のうち、電極２１，３２は、加速
度検出素子２，３とケース部材５とで形成される開放面
に設けられた帯状の内部電極５１によって互いに導通
し、かつケース部材５の外側面まで引き出されている。
また、電極２２は上側の開放面に形成された内部電極５
２によってケース部材５の外側面まで引き出され、電極
３１は下側の開放面に形成された内部電極５３によって
ケース部材５の異なる外側面まで引き出されている。
【００２１】ケース部材５およびカバー部材６の外表面
には、図１に示すように、外部電極６１，６２，６３が
形成されており、上記内部電極５１，５２，５３は、そ
れぞれ外部電極６１，６２，６３に接続されている。こ
れによって、表面実装型のチップ型加速度センサを得る
ことができる。
には、図１に示すように、外部電極６１，６２，６３が
形成されており、上記内部電極５１，５２，５３は、そ
れぞれ外部電極６１，６２，６３に接続されている。こ
れによって、表面実装型のチップ型加速度センサを得る
ことができる。
【００２２】なお、この実施例では、加速度検出素子２
（共振子２０）の一方の電極２１と、加速度検出素子３
（共振子３０）の一方の電極３２とを内部電極５１によ
って相互に接続し、共通電極としたが、４個の電極２
１，２２および３１，３２をそれぞれ独立して外部電極
に引き出してもよい。この場合には、内部電極および外
部電極もそれぞれ４個設けられる。図４はこの加速度セ
ンサ１Ａを回路基板ＰＣＢの回路パターンＰａに実装し
た状態を示す。
（共振子２０）の一方の電極２１と、加速度検出素子３
（共振子３０）の一方の電極３２とを内部電極５１によ
って相互に接続し、共通電極としたが、４個の電極２
１，２２および３１，３２をそれぞれ独立して外部電極
に引き出してもよい。この場合には、内部電極および外
部電極もそれぞれ４個設けられる。図４はこの加速度セ
ンサ１Ａを回路基板ＰＣＢの回路パターンＰａに実装し
た状態を示す。
【００２３】上記構成よりなる加速度センサ１Ａの製造
方法を図６に示す。まず、表裏面に電極２１，２２およ
び３１，３２となる電極パターンが形成された共振子２
０，３０用の２枚の圧電セラミック親基板に、ベース板
２３，３３用の２枚の親ベース板がそれぞれ接合された
加速度検出素子の親基板２Ｍ，３Ｍと、内面側の所定位
置ごとに所定幅の凹溝５ｂが形成されたケース部材５用
の一対の親ケース部材５Ｍとを準備し、上記親基板２
Ｍ，３Ｍ，５Ｍを接着剤などを介して一体に接合する。
こうして接合した接合体を上下方向に複数枚積層してブ
ロックＢ１（図６の（ａ）参照）を得る。このブロック
Ｂ１を図６の（ａ）の切断線Ｓでカットし、複数の個別
ブロックＢ２を得る（図６の（ｂ）参照）。
方法を図６に示す。まず、表裏面に電極２１，２２およ
び３１，３２となる電極パターンが形成された共振子２
０，３０用の２枚の圧電セラミック親基板に、ベース板
２３，３３用の２枚の親ベース板がそれぞれ接合された
加速度検出素子の親基板２Ｍ，３Ｍと、内面側の所定位
置ごとに所定幅の凹溝５ｂが形成されたケース部材５用
の一対の親ケース部材５Ｍとを準備し、上記親基板２
Ｍ，３Ｍ，５Ｍを接着剤などを介して一体に接合する。
こうして接合した接合体を上下方向に複数枚積層してブ
ロックＢ１（図６の（ａ）参照）を得る。このブロック
Ｂ１を図６の（ａ）の切断線Ｓでカットし、複数の個別
ブロックＢ２を得る（図６の（ｂ）参照）。
【００２４】カットされた個別ブロックＢ２を横倒しに
し、その上下面に、図６の（ｃ）のように、内面側に多
数の空洞形成用凹部６ａを有する親カバー部材６Ｍを接
合し、ブロックを得る。なお、親カバー部材６Ｍの外面
には、予め外部電極となる電極パターンが形成されてい
る。このブロックを縦横にカットしてセンサ素子を構成
し、カットされたセンサ素子に対して、側面および端面
の電極をスパッタなどによって形成することで、図１に
示す加速度センサ１Ａを得る。上記のように夫々の部材
を親基板で準備し、親基板の状態で積層接着することが
できるので、量産性が高く、均質で、安価な加速度セン
サ１Ａを得ることができる。
し、その上下面に、図６の（ｃ）のように、内面側に多
数の空洞形成用凹部６ａを有する親カバー部材６Ｍを接
合し、ブロックを得る。なお、親カバー部材６Ｍの外面
には、予め外部電極となる電極パターンが形成されてい
る。このブロックを縦横にカットしてセンサ素子を構成
し、カットされたセンサ素子に対して、側面および端面
の電極をスパッタなどによって形成することで、図１に
示す加速度センサ１Ａを得る。上記のように夫々の部材
を親基板で準備し、親基板の状態で積層接着することが
できるので、量産性が高く、均質で、安価な加速度セン
サ１Ａを得ることができる。
【００２５】図７は加速度センサの第２実施例を示す。
この加速度センサ１Ｂは、ベース板２３，３３を凹部を
有しない平板状材料とし、これらベース板２３，３３の
表面に共振子２０，３０をそれぞれ対面接着して２つの
加速度検出素子２’，３’を構成したものである。加速
度検出素子２’，３’の長手方向両端部は接着剤層４を
介して相互に接着され、断面コ字形の一対のケース部材
５，５によって外側から固定支持されている。なお、上
下の開放面には図２と同様なカバー部材６（図示せず）
が接着される。
この加速度センサ１Ｂは、ベース板２３，３３を凹部を
有しない平板状材料とし、これらベース板２３，３３の
表面に共振子２０，３０をそれぞれ対面接着して２つの
加速度検出素子２’，３’を構成したものである。加速
度検出素子２’，３’の長手方向両端部は接着剤層４を
介して相互に接着され、断面コ字形の一対のケース部材
５，５によって外側から固定支持されている。なお、上
下の開放面には図２と同様なカバー部材６（図示せず）
が接着される。
【００２６】第１実施例では、ベース板２３，３３の共
振子２０，３０との対向面に、共振子２０，３０の閉じ
込め振動の範囲より広くかつ加速度によって撓む範囲よ
り小さい空隙形成用の凹部２３ａ，３３ａを形成した
が、凹部２３ａ，３３ａを設けた部分では共振子２０，
３０が単体で撓むので、その表裏面が引張面と圧縮面と
になり、必ずしも大きな出力を得ることができないこと
がある。そこで、第２実施例では、ベース板２３，３３
と共振子２０，３０とを全面で対面接着することによ
り、加速度Ｇによってベース板２３，３３と共振子２
０，３０とを一体に撓めることができ、応力を効果的に
発生させて大きな出力を得るようにしたものである。た
だし、この場合には、ベース板２３，３３によって共振
子２０，３０の閉じ込め振動が拘束されるので、共振子
としての性能（Ｑ，Ｋ）は若干低下する可能性がある。
振子２０，３０との対向面に、共振子２０，３０の閉じ
込め振動の範囲より広くかつ加速度によって撓む範囲よ
り小さい空隙形成用の凹部２３ａ，３３ａを形成した
が、凹部２３ａ，３３ａを設けた部分では共振子２０，
３０が単体で撓むので、その表裏面が引張面と圧縮面と
になり、必ずしも大きな出力を得ることができないこと
がある。そこで、第２実施例では、ベース板２３，３３
と共振子２０，３０とを全面で対面接着することによ
り、加速度Ｇによってベース板２３，３３と共振子２
０，３０とを一体に撓めることができ、応力を効果的に
発生させて大きな出力を得るようにしたものである。た
だし、この場合には、ベース板２３，３３によって共振
子２０，３０の閉じ込め振動が拘束されるので、共振子
としての性能（Ｑ，Ｋ）は若干低下する可能性がある。
【００２７】図８は加速度センサの第３実施例を示す。
この加速度センサ１Ｃは、単一のベース板８の表裏面
に、両主面に電極２１，２２および３１，３２が形成さ
れた圧電セラミック板よりなる共振子２０，３０を接合
して加速度検出素子７を構成したものである。加速度検
出素子７の長手方向両端部は、図２と同様に、一対の断
面コ字形ケース部材５によって左右両側から固定支持さ
れ、さらに表裏の開放面にカバー部材６（図示せず）が
固定される。
この加速度センサ１Ｃは、単一のベース板８の表裏面
に、両主面に電極２１，２２および３１，３２が形成さ
れた圧電セラミック板よりなる共振子２０，３０を接合
して加速度検出素子７を構成したものである。加速度検
出素子７の長手方向両端部は、図２と同様に、一対の断
面コ字形ケース部材５によって左右両側から固定支持さ
れ、さらに表裏の開放面にカバー部材６（図示せず）が
固定される。
【００２８】この実施例の共振子２０，３０も、第１実
施例と同様に、エネルギー閉じ込め形の厚みすべり振動
モード素子である。ベース板８の表裏面には、共振子２
０，３０との間に、共振子２０，３０の閉じ込め振動の
範囲より広くかつ加速度によって撓む範囲より小さい空
隙形成用の凹部８１，８２が形成されている。なお、ベ
ース板８の凹部８１，８２は必須ではなく、共振子２
０，３０をその中央部を除く部分でベース板８と接着し
てもよく、あるいは全面で接着してもよい。
施例と同様に、エネルギー閉じ込め形の厚みすべり振動
モード素子である。ベース板８の表裏面には、共振子２
０，３０との間に、共振子２０，３０の閉じ込め振動の
範囲より広くかつ加速度によって撓む範囲より小さい空
隙形成用の凹部８１，８２が形成されている。なお、ベ
ース板８の凹部８１，８２は必須ではなく、共振子２
０，３０をその中央部を除く部分でベース板８と接着し
てもよく、あるいは全面で接着してもよい。
【００２９】この実施例では、１枚のベース板８の表裏
面に共振子２０，３０を接合したので、曲げ撓みの中性
面Ｎ３は、図８に破線で示すように、ベース板８の板厚
の中心部にある。そのため、加速度Ｇが印加された場合
に、ベース板８は質量体として機能し、一方の共振子２
０に引張応力、他方の共振子３０に圧縮応力を効果的に
発生させることができる。そのため、加速度Ｇの印加に
応じた大きな周波数差またはインピーダンス差を得るこ
とができる。また、第１実施例のように、２枚のユニモ
ルフ型検出素子２，３を用いるものに比べて、ベース板
８が１枚で足りるので、幅寸法Ｄを短縮することがで
き、より小型の加速度センサを実現できる。
面に共振子２０，３０を接合したので、曲げ撓みの中性
面Ｎ３は、図８に破線で示すように、ベース板８の板厚
の中心部にある。そのため、加速度Ｇが印加された場合
に、ベース板８は質量体として機能し、一方の共振子２
０に引張応力、他方の共振子３０に圧縮応力を効果的に
発生させることができる。そのため、加速度Ｇの印加に
応じた大きな周波数差またはインピーダンス差を得るこ
とができる。また、第１実施例のように、２枚のユニモ
ルフ型検出素子２，３を用いるものに比べて、ベース板
８が１枚で足りるので、幅寸法Ｄを短縮することがで
き、より小型の加速度センサを実現できる。
【００３０】図９は上記加速度センサ１Ａを用いた加速
度検出装置の一例を示す。この検出装置は加速度検出素
子２，３の独立発振を利用したものであり、加速度セン
サ１Ａの外部電極６２と６１が発振回路９ａに接続さ
れ、外部電極６３と６１が発振回路９ｂに接続されてい
る。発振回路９ａ，９ｂとしては、例えば公知のコルピ
ッツ型発振回路などを使用できる。共振子２０，３０を
発振回路９ａ，９ｂによってそれぞれ独自に発振させ、
その発振周波数ｆ1 ，ｆ2 が周波数差カウンタ９ｃに入
力され、その周波数差に比例した信号Ｖ0 を出力する。
度検出装置の一例を示す。この検出装置は加速度検出素
子２，３の独立発振を利用したものであり、加速度セン
サ１Ａの外部電極６２と６１が発振回路９ａに接続さ
れ、外部電極６３と６１が発振回路９ｂに接続されてい
る。発振回路９ａ，９ｂとしては、例えば公知のコルピ
ッツ型発振回路などを使用できる。共振子２０，３０を
発振回路９ａ，９ｂによってそれぞれ独自に発振させ、
その発振周波数ｆ1 ，ｆ2 が周波数差カウンタ９ｃに入
力され、その周波数差に比例した信号Ｖ0 を出力する。
【００３１】加速度センサ１Ａに加速度Ｇが印加されて
いない状態では、２個の共振子２０，３０は独立した共
振子として一定の周波数で発振している。これら共振子
２０，３０が全く同一構造であれば、同じ周波数で発振
するので、周波数差カウンタ９ｃの出力信号Ｖ0 は零で
ある。一方、加速度センサ１Ａに加速度Ｇが加わると、
検出素子２，３には加速度の印加方向と逆方向の慣性力
が作用し、検出素子２，３の中央部分が加速度Ｇの印加
方向と逆方向に撓む。検出素子２，３の撓みに伴って発
生する応力によって、図５の例では、一方の共振子２０
には引張応力が作用し、他方の共振子３０には圧縮応力
が作用する。厚みすべり振動モードを利用した共振子の
場合、引張応力の共振子２０の発振周波数は低下し、圧
縮応力の共振子３０の発振周波数は上昇する。その周波
数差を電極２１，２２および３１，３２から内部電極５
１，５２，５３を介して外部電極６１，６２，６３へと
取り出すことによって、加速度Ｇに比例した信号Ｖ0 を
得ることができる。なお、信号Ｖ0 によって、加速度Ｇ
の大きさだけでなく、加速度Ｇの方向も検出することが
できる。
いない状態では、２個の共振子２０，３０は独立した共
振子として一定の周波数で発振している。これら共振子
２０，３０が全く同一構造であれば、同じ周波数で発振
するので、周波数差カウンタ９ｃの出力信号Ｖ0 は零で
ある。一方、加速度センサ１Ａに加速度Ｇが加わると、
検出素子２，３には加速度の印加方向と逆方向の慣性力
が作用し、検出素子２，３の中央部分が加速度Ｇの印加
方向と逆方向に撓む。検出素子２，３の撓みに伴って発
生する応力によって、図５の例では、一方の共振子２０
には引張応力が作用し、他方の共振子３０には圧縮応力
が作用する。厚みすべり振動モードを利用した共振子の
場合、引張応力の共振子２０の発振周波数は低下し、圧
縮応力の共振子３０の発振周波数は上昇する。その周波
数差を電極２１，２２および３１，３２から内部電極５
１，５２，５３を介して外部電極６１，６２，６３へと
取り出すことによって、加速度Ｇに比例した信号Ｖ0 を
得ることができる。なお、信号Ｖ0 によって、加速度Ｇ
の大きさだけでなく、加速度Ｇの方向も検出することが
できる。
【００３２】加速度センサ１Ａを温度変化がある環境で
使用すると、共振子２０，３０、ベース板２３，３３、
ケース部材５、カバー部材６が熱膨張を起こす。共振子
２０，３０とベース板２３，３３の熱膨張係数が異なる
場合には、温度変化によって検出素子２，３に撓みが発
生し、共振子２０，３０に応力が発生する。同様に、検
出素子２，３とケース部材５、カバー部材６との熱膨張
係数が異なる場合も、温度変化によって検出素子２，３
に応力が作用する。その結果、加速度以外の要因で周波
数差に変化が生じることになる。しかしながら、共振子
２０，３０が互いに同一材料，同一形状に形成され、か
つベース板２３，３３が同一材料，同一形状に形成され
ておれば、温度変化に伴う応力も同一となる。そのた
め、周波数差カウンタ９ｃで２個の共振子２０，３０の
出力を差動的に取り出すことにより、各共振子２０，３
０が同一に受ける温度変化などによる出力信号の変化を
相殺することができる。したがって、加速度Ｇに対して
のみ感度を持つ加速度検出装置を得ることができる。
使用すると、共振子２０，３０、ベース板２３，３３、
ケース部材５、カバー部材６が熱膨張を起こす。共振子
２０，３０とベース板２３，３３の熱膨張係数が異なる
場合には、温度変化によって検出素子２，３に撓みが発
生し、共振子２０，３０に応力が発生する。同様に、検
出素子２，３とケース部材５、カバー部材６との熱膨張
係数が異なる場合も、温度変化によって検出素子２，３
に応力が作用する。その結果、加速度以外の要因で周波
数差に変化が生じることになる。しかしながら、共振子
２０，３０が互いに同一材料，同一形状に形成され、か
つベース板２３，３３が同一材料，同一形状に形成され
ておれば、温度変化に伴う応力も同一となる。そのた
め、周波数差カウンタ９ｃで２個の共振子２０，３０の
出力を差動的に取り出すことにより、各共振子２０，３
０が同一に受ける温度変化などによる出力信号の変化を
相殺することができる。したがって、加速度Ｇに対して
のみ感度を持つ加速度検出装置を得ることができる。
【００３３】図１０は上記加速度センサ１Ａを用いた加
速度検出装置の他の例を示す。この検出装置は加速度検
出素子２，３の単一発振を利用したものである。加速度
センサ１Ａの外部電極６２と６３はインピーダンス差動
検出回路９ｄに接続され、共通電極である外部電極６１
は発振回路９ｅに接続されている。なお、９ｆ９ｇはマ
ッチング用抵抗である。この場合には、両方の共振子２
０，３０を発振回路９ｅによって同一の周波数で発振さ
せ、それぞれの共振子２０，３０の電気的インピーダン
スの違いから、位相差または振幅差を検知し、加速度Ｇ
に比例した出力Ｖ0 をインピーダンス差動検出回路９ｄ
から取り出すものである。同一周波数で発振させるに
は、どちらか一方の共振子の出力、または両方の共振子
の合算された出力をフィードバックして発振回路９ｅを
構成すればよい。この場合も、図９の例と同様に、加速
度Ｇに比例した信号を取り出すことができるとともに、
温度変化等による出力変化を相殺できるので、加速度Ｇ
に対してのみ感度を持つ加速度検出装置を得ることがで
きる。
速度検出装置の他の例を示す。この検出装置は加速度検
出素子２，３の単一発振を利用したものである。加速度
センサ１Ａの外部電極６２と６３はインピーダンス差動
検出回路９ｄに接続され、共通電極である外部電極６１
は発振回路９ｅに接続されている。なお、９ｆ９ｇはマ
ッチング用抵抗である。この場合には、両方の共振子２
０，３０を発振回路９ｅによって同一の周波数で発振さ
せ、それぞれの共振子２０，３０の電気的インピーダン
スの違いから、位相差または振幅差を検知し、加速度Ｇ
に比例した出力Ｖ0 をインピーダンス差動検出回路９ｄ
から取り出すものである。同一周波数で発振させるに
は、どちらか一方の共振子の出力、または両方の共振子
の合算された出力をフィードバックして発振回路９ｅを
構成すればよい。この場合も、図９の例と同様に、加速
度Ｇに比例した信号を取り出すことができるとともに、
温度変化等による出力変化を相殺できるので、加速度Ｇ
に対してのみ感度を持つ加速度検出装置を得ることがで
きる。
【００３４】図９および図１０の加速度検出装置では、
加速度センサとして第１実施例の加速度センサ１Ａを用
いたが、図７，図８に示す他の加速度センサ１Ｂ，１Ｃ
でも同様に使用できる。上記実施例の加速度センサ１Ａ
〜１Ｃは、いずれも検出素子の両端部がケース部材によ
って固定支持された構造のものを示したが、一端部のみ
がケース部材によって固定支持されたもの、つまり片持
ち梁構造としてもよい。この場合には、加速度の印加に
伴う自由端の変位量が大きいので、大きな周波数変化ま
たはインピーダンス変化を得ることが可能である。ま
た、第１〜第３実施例の加速度センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
では、共振子２０，３０として厚みすべり振動モードの
共振子を用いたが、これに限るものではなく、他の振動
モード（例えば厚み縦振動モード、長さ振動モード、面
積屈曲モードなど）の共振子でも使用可能である。
加速度センサとして第１実施例の加速度センサ１Ａを用
いたが、図７，図８に示す他の加速度センサ１Ｂ，１Ｃ
でも同様に使用できる。上記実施例の加速度センサ１Ａ
〜１Ｃは、いずれも検出素子の両端部がケース部材によ
って固定支持された構造のものを示したが、一端部のみ
がケース部材によって固定支持されたもの、つまり片持
ち梁構造としてもよい。この場合には、加速度の印加に
伴う自由端の変位量が大きいので、大きな周波数変化ま
たはインピーダンス変化を得ることが可能である。ま
た、第１〜第３実施例の加速度センサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
では、共振子２０，３０として厚みすべり振動モードの
共振子を用いたが、これに限るものではなく、他の振動
モード（例えば厚み縦振動モード、長さ振動モード、面
積屈曲モードなど）の共振子でも使用可能である。
【００３５】
【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、エネルギー閉じ込め振動モード
素子である共振子とベース板とを接合したユニモルフ構
造の一対の加速度検出素子を、共振子が互いに相反方向
または対向方向を向くように連結したので、加速度が加
わった際に生じる加速度検出素子の撓み変形から、一方
の共振子に圧縮応力を、他方の共振子に引張応力を効率
的に発生させることができる。したがって、両方の共振
子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取
り出すことによって、加速度に比例した信号を得ること
ができ、検出感度のよい加速度センサを実現できる。ま
た、周波数変化またはインピーダンス変化を用いて加速
度を検出するので、ＤＣや低周波の加速度でも検出可能
である。さらに、温度変化などによる応力は両方の共振
子に共通に加わるので、両方の共振子の出力を差動的に
取り出すことで、加速度以外の要因による応力を相殺で
き、加速度にのみ感度を持つ加速度センサを得ることが
できる。また、加速度検出素子が簡単な構造であり、電
極の引出も容易であるため、小型に構成できるととも
に、表面実装型部品（チップ部品）にも容易に構成でき
る。
に記載の発明によれば、エネルギー閉じ込め振動モード
素子である共振子とベース板とを接合したユニモルフ構
造の一対の加速度検出素子を、共振子が互いに相反方向
または対向方向を向くように連結したので、加速度が加
わった際に生じる加速度検出素子の撓み変形から、一方
の共振子に圧縮応力を、他方の共振子に引張応力を効率
的に発生させることができる。したがって、両方の共振
子の周波数変化またはインピーダンス変化を差動的に取
り出すことによって、加速度に比例した信号を得ること
ができ、検出感度のよい加速度センサを実現できる。ま
た、周波数変化またはインピーダンス変化を用いて加速
度を検出するので、ＤＣや低周波の加速度でも検出可能
である。さらに、温度変化などによる応力は両方の共振
子に共通に加わるので、両方の共振子の出力を差動的に
取り出すことで、加速度以外の要因による応力を相殺で
き、加速度にのみ感度を持つ加速度センサを得ることが
できる。また、加速度検出素子が簡単な構造であり、電
極の引出も容易であるため、小型に構成できるととも
に、表面実装型部品（チップ部品）にも容易に構成でき
る。
【００３６】請求項４に記載の発明によれば、単一のベ
ース板の表裏面に、エネルギー閉じ込め振動モード素子
である第１と第２の共振子を接合して加速度検出素子を
構成したので、加速度によって共振子の一方に圧縮応
力、他方に引張応力を効果的に発生させることができ
る。そのため、両方の共振子の周波数変化またはインピ
ーダンス変化を差動的に取り出すことによって、加速度
に比例した信号を得ることができ、検出感度がよく、し
かも加速度に対してのみ感度を持つことが可能な加速度
センサを得ることができる。この場合も、請求項１にか
かる発明と同様に、温度変化などによる影響を解消で
き、かつ小型でチップ型の部品に容易に構成できる。さ
らに、単一のベース板の両面に共振子を接合する構造で
あるから、幅寸法を一層短縮することができ、一層小型
の加速度センサを実現できる。
ース板の表裏面に、エネルギー閉じ込め振動モード素子
である第１と第２の共振子を接合して加速度検出素子を
構成したので、加速度によって共振子の一方に圧縮応
力、他方に引張応力を効果的に発生させることができ
る。そのため、両方の共振子の周波数変化またはインピ
ーダンス変化を差動的に取り出すことによって、加速度
に比例した信号を得ることができ、検出感度がよく、し
かも加速度に対してのみ感度を持つことが可能な加速度
センサを得ることができる。この場合も、請求項１にか
かる発明と同様に、温度変化などによる影響を解消で
き、かつ小型でチップ型の部品に容易に構成できる。さ
らに、単一のベース板の両面に共振子を接合する構造で
あるから、幅寸法を一層短縮することができ、一層小型
の加速度センサを実現できる。
【図１】本発明にかかる加速度センサの第１実施例の全
体斜視図である。
体斜視図である。
【図２】図１に示した加速度センサの分解斜視図であ
る。
る。
【図３】図１に示した加速度センサのカバー部材を除い
た分解斜視図である。
た分解斜視図である。
【図４】図１に示した加速度センサを回路基板に実装し
た状態の側面図である。
た状態の側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１に示した加速度センサの製造方法の一例の
工程図である。
工程図である。
【図７】本発明にかかる加速度センサの第２実施例のＶ
−Ｖ線断面図である。
−Ｖ線断面図である。
【図８】本発明にかかる加速度センサの第３実施例のＶ
−Ｖ線断面図である。
−Ｖ線断面図である。
【図９】本発明にかかる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。
出装置の一例の回路図である。
【図１０】本発明にかかる加速度センサを用いた加速度
検出装置の他の例の回路図である。
検出装置の他の例の回路図である。
１Ａ〜１Ｃ 加速度センサ
２，３，２’，３’，７ 加速度検出素子
５ ケース部材
６ カバー部材
２０，３０ 共振子
２１，２２，３１，３２ 電極
２３，３３，８ ベース板
５１〜５３ 内部電極
６１〜６３ 外部電極
─────────────────────────────────────────────────────
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 - 15/09
H01L 41/08
Claims (7)
- 【請求項１】両主面に電極が形成された圧電体よりな
り、その長さ方向中央部にエネルギーが閉じ込められる
振動モード素子であり、それぞれ独立した周波数で共振
する第１と第２の共振子と、 第１と第２のベース板とを備え、第１，第２のベース板と第１，第２の共振子との間に、
共振子の閉じ込め振動の範囲より広くかつ加速度によっ
て撓む範囲より小さい空隙が形成され、 第１の共振子を第１のベース板の一面に接合して第１の
ユニモルフ型加速度検出素子を構成するとともに、第２
の共振子を第２のベース板の一面に接合して第２のユニ
モルフ型加速度検出素子を構成し、 第１と第２の加速度検出素子を、第１と第２の共振子が
互いに相反方向または対向方向を向き、かつ加速度の印
加によってそれぞれ独立して撓み得るように、長手方向
一端部または両端部を固定支持してなり、 加速度の印加により２つの加速度検出素子が独立して撓
み、その撓みによって生じる第１と第２の共振子の周波
数変化またはインピーダンス変化を差動的に検出するこ
とにより、加速度を検出可能としたことを特徴とする加
速度センサ。 - 【請求項２】上記第１，第２の加速度検出素子は、加速
度の作用に伴う曲げ中性面が、共振子とベース板との接
合面またはベース板側になるように設定されていること
を特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。 - 【請求項３】上記第１と第２の加速度検出素子の長手方
向両端部はスペーサ層を介して対面接合され、 第１と第２の加速度検出素子の加速度印加方向の外側面
が、ケース部材によって覆われ、かつ第１と第２の加速
度検出素子とケース部材とで形成される開放面がカバー
部材によって覆われ、 第１と第２の共振子に形成された電極は、ケース部材の
表面に形成された内部電極を介してカバー部材の表面に
形成された外部電極に接続されてい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】単一のベース板の表裏面に、両主面に電極
が形成された圧電体よりなる第１と第２の共振子を接合
して加速度検出素子を構成し、上記第１，第２の共振子は、その長さ方向中央部にエネ
ルギーが閉じ込められる振動モード素子であり、 上記ベース板と第１，第２の共振子との間に、共振子の
閉じ込め振動の範囲より広くかつ加速度によって撓む範
囲より小さい空隙が形成され、 上記加速度検出素子が第１と第２の共振子の対向方向の
加速度に対して撓み得るように、その長手方向一端部ま
たは両端部を固定支持してなり、 加速度の印加により上記加速度検出素子が撓み、その撓
みによって生じる第１と第２の共振子の周波数変化また
はインピーダンス変化を差動的に検出することにより、
加速度を検出可能としたことを特徴とする加速度セン
サ。 - 【請求項５】上記加速度検出素子の加速度印加方向の外
側面が、ケース部材によって覆われ、かつ加速度検出素
子とケース部材とで形成される開放面がカバー部材によ
って覆われ、 第１と第２の共振子に形成された電極は、ケース部材の
表面に形成された内部電極を介してカバー部材の表面に
形成された外部電極に接続されていることを特徴とする
請求項４に記載の加速度センサ。 - 【請求項６】上記第１と第２の共振子をそれぞれの周波
数で発振させ、各発振周波数差を検出し、この周波数差
から加速度に比例した信号を得ることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の加速度センサ。 - 【請求項７】上記第１と第２の共振子を同一周波数で発
振させ、各共振子の電気的インピーダンスの違いから位
相差または振幅差を検知し、これら位相差または振幅差
から加速度に比例した信号を得ることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の加速度センサ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| FR2907284B1 (fr) * | 2006-10-17 | 2008-12-19 | Senseor Soc Par Actions Simpli | Procede de fabrication collective de capteurs sans calibrage a base de dispositif a ondes acoustiques |
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| CN100397086C (zh) * | 2007-07-09 | 2008-06-25 | 北京信息工程学院 | 新型压电石英加速度计 |
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| US9001626B1 (en) * | 2011-03-11 | 2015-04-07 | Rockwell Collins, Inc. | Piezoelectric acceleration timer |
| WO2014065151A1 (ja) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | 株式会社村田製作所 | 加速度検出装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| IT1181336B (it) * | 1984-04-03 | 1987-09-23 | Mario Coppola | Dispositivo atto a rivelare le variazioni di inclinazione |
| JPS61178667A (ja) | 1985-02-04 | 1986-08-11 | Yokogawa Electric Corp | 振動式加速度計 |
| DE3870246D1 (de) * | 1987-06-18 | 1992-05-21 | Kellett Michael A | Akzelerometer und zugehoerige steuerschaltungen. |
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2001
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- 2001-09-28 DE DE10147911A patent/DE10147911B4/de not_active Expired - Fee Related
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