JP5950449B2 - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer Download PDF

Info

Publication number
JP5950449B2
JP5950449B2 JP2012146184A JP2012146184A JP5950449B2 JP 5950449 B2 JP5950449 B2 JP 5950449B2 JP 2012146184 A JP2012146184 A JP 2012146184A JP 2012146184 A JP2012146184 A JP 2012146184A JP 5950449 B2 JP5950449 B2 JP 5950449B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strain
strain gauge
gauge
grid length
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012146184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014010021A (en
Inventor
和貴 清水
和貴 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyowa Electronic Instruments Co Ltd filed Critical Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority to JP2012146184A priority Critical patent/JP5950449B2/en
Publication of JP2014010021A publication Critical patent/JP2014010021A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5950449B2 publication Critical patent/JP5950449B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Description

本発明は、加速度計に係り、特に、被測定対象の構造物表面等に取付けられて使用される加速度計に関する。   The present invention relates to an accelerometer, and more particularly to an accelerometer that is used by being attached to the surface of a structure to be measured.

従来、ひずみゲージを備えて構成される加速度計(加速度変換器とも称される)は、例えば、自動車等の移動体や航空機等の構造物の安全設計に必要な試験工程において、構造物の衝撃強度の測定や、発生する加速度波形の解析等を行うために多用されている。
なお、ひずみゲージでホイートストンブリッジ回路を構成する四辺の抵抗は、箔材式、線材式、スパッタゲージ式および拡散型半導体ゲージ式等で形成されており、これをグリッドと称している。
一般的な加速度計は、主要部が、固定部(従動部)と、起歪部と、重り(一般には、錘または重錘とも称されている)で構成されており、試験工程等における使用時には、構造物側に固定部を取着し、自由端である重りが従動部に対して相対変位して、起歪部にひずみを生じさせ、その起歪部に添着されたひずみゲージで構成されるホイートストンブリッジ回路から出力される信号を加速度信号として検出している。
Conventionally, an accelerometer (also referred to as an acceleration transducer) configured with a strain gauge is used for the impact of a structure in a test process necessary for the safety design of a moving body such as an automobile or a structure such as an aircraft. It is often used to measure the intensity and analyze the generated acceleration waveform.
In addition, the resistance of the four sides constituting the Wheatstone bridge circuit by the strain gauge is formed by a foil material type, a wire material type, a sputter gauge type, a diffusion type semiconductor gauge type, and the like, and this is called a grid.
A general accelerometer consists of a fixed part (driven part), a strain generating part, and a weight (generally also referred to as a weight or weight). In some cases, a fixed part is attached to the structure side, and the weight, which is the free end, is displaced relative to the driven part to cause strain in the strain-generating part, which is composed of a strain gauge attached to the strain-generating part. A signal output from the Wheatstone bridge circuit is detected as an acceleration signal.

この種の加速度変換器については、本件出願人は、先に、特許文献1(特開平7−167886号公報)に、
被測定対象に附随して一体的に運動する従動部に可撓部を介して重錘が支持され、前記従動部が加速度を受けたとき前記重錘がその従動部に対し相対変位するときのひずみをひずみゲージにより電気信号に変換して当該加速度の検出を行う方式の加速度変換器において、
矩形状断面を呈する梁の中間部に、相対する側周面の両側から一定深さのスリットをそれぞれ形成することで、基端側には剛性の大きな従動部を、先端側には剛性の大きな重錘部を、中間部には可撓性を有する可撓部を、それぞれ設けてなる片持梁と、
この片持梁の中間部に形成された一対のスリットを跨ぐようにして前記従動部と前記重錘部の前記両側周面にそれぞれ接合された薄肉で可撓性を有する1対の起歪板と、
この1対の起歪板のスリット側表層部にひずみを検出し得るようにしてそれぞれ添着された少なくとも1対のひずみゲージと、
を有し、前記重錘部に作用する加速度で前記片持梁が変形することによって前記起歪板に作用する引張・圧縮ひずみと、前記起歪板に作用する加速度で前記起歪板自体が変形することによって生ずる曲げひずみとを加えて前記1対のひずみゲージで検出し得るように構成した加速度変換器を提案した。
Regarding this type of acceleration transducer, the applicant of the present application previously described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-167886),
When a weight is supported via a flexible part on a driven part that moves integrally with the object to be measured and the driven part receives acceleration, the weight is relatively displaced with respect to the driven part. In an acceleration transducer of a type that detects the acceleration by converting strain into an electrical signal with a strain gauge,
By forming slits with a certain depth from both sides of the opposite side circumferential surface in the middle part of the beam having a rectangular cross section, a rigid follower on the proximal side and a rigid on the distal side A cantilever having a weight portion and a flexible portion having flexibility in the middle portion;
A pair of thin and flexible strain generating plates joined to the peripheral surfaces of the driven portion and the weight portion so as to straddle a pair of slits formed in the middle portion of the cantilever. When,
At least one pair of strain gauges attached so as to be able to detect strain on the slit side surface portion of the pair of strain generating plates;
The strain plate itself has a tensile / compressive strain that acts on the strain plate when the cantilever is deformed by the acceleration acting on the weight portion, and the acceleration that acts on the strain plate. The present invention has proposed an acceleration transducer configured to be detected by the pair of strain gauges by adding bending strain caused by deformation.

また、他の加速度変換器として、本件出願人は、特許文献2(特開平8−5656号公報)に、
被測定対象に附随して一体的に運動する従動部に可撓部を介して重錘が支持され、前記従動部が加速度を受けたとき前記重錘がその従動部に対し相対変位するときのひずみをひずみゲージにより電気信号に変換して当該加速度の検出を行う方式の加速度変換器において、
梁の中間部に、相対する側周面の両側から一定深さのスリットをそれぞれ形成することで、基端側には剛性の大きな従動部を、先端側には剛性の大きな重錘部を、中間部には可撓性を有する可撓部を、それぞれ設けてなる片持梁と、
この片持梁の中間部に形成された一対のスリットを跨ぐようにして前記従動部と前記重錘部の前記両側周面にそれぞれ接合された可撓性を有する薄膜からなる1対の補強膜と、
この1対の補強膜の反スリット側表面部にそれぞれ添着された薄肉の1対の絶縁膜と、
この1対の絶縁膜の反スリット側表面に添着形成されたひずみゲージと、
を有し、前記重錘部に作用する加速度で前記片持梁が変形することによって前記補強膜に作用する引張・圧縮ひずみを、前記1対のひずみゲージで検出し得るように構成した加速度変換器を提案した。
As another acceleration converter, the applicant of the present application disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-5656).
When a weight is supported via a flexible part on a driven part that moves integrally with the object to be measured and the driven part receives acceleration, the weight is relatively displaced with respect to the driven part. In an acceleration transducer of a type that detects the acceleration by converting strain into an electrical signal with a strain gauge,
By forming slits of a certain depth from both sides of the opposite side peripheral surface in the middle part of the beam, a rigid follower part on the proximal side, a heavy weight part on the distal side, Cantilever beams each having a flexible portion having flexibility in the intermediate portion;
A pair of reinforcing films made of a flexible thin film joined to each of the peripheral surfaces of the driven portion and the weight portion so as to straddle a pair of slits formed in an intermediate portion of the cantilever When,
A pair of thin insulating films respectively attached to the anti-slit side surface portions of the pair of reinforcing films;
A strain gauge attached to the anti-slit side surface of the pair of insulating films;
Acceleration conversion configured to detect the tensile / compressive strain acting on the reinforcing film when the cantilever is deformed by the acceleration acting on the weight portion with the pair of strain gauges. Proposed a vessel.

さらには、特許文献3(特開2006−294892号公報)に、
半導体材料からなる固定部と、
前記半導体材料からなり、所定方向の加速度を受けて前記固定部に対して変位する変位部と、
前記半導体材料からなり、前記固定部と前記変位部とをそれぞれ接続し、かつ前記所定方向に並んで配置される複数の接続部であって、前記所定方向での幅より前記所定方向に垂直な方向での厚さが大きい断面形状を有する複数の接続部と、
前記複数の接続部に配置される複数の歪検出素子と、
を具備することを特徴とする一軸半導体加速度センサが提案されている。
Furthermore, in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-294899),
A fixing part made of a semiconductor material;
A displacement portion made of the semiconductor material, which receives an acceleration in a predetermined direction and is displaced with respect to the fixed portion;
A plurality of connecting portions made of the semiconductor material, each connecting the fixed portion and the displacement portion and arranged side by side in the predetermined direction, and perpendicular to the predetermined direction from the width in the predetermined direction A plurality of connecting portions having a cross-sectional shape having a large thickness in the direction;
A plurality of strain sensing elements arranged in the plurality of connecting portions;
A single-axis semiconductor acceleration sensor characterized by comprising:

特開平7−167886号公報JP-A-7-167886 特開平8−5656号公報JP-A-8-5656 特開2006−294892号公報JP 2006-294892 A

本願に係る発明者らは、上記特許文献1〜3の加速度変換器(加速度センサあるいは加速度計)について、本来の受感軸方向に対する加速度出力、即ち、ビーム状を呈する起歪体の重り部の上下方向の加速度成分による出力の他に、起歪体の横方向、即ち、左右方向および起歪体の前後方向に対する加速度出力が生じ、それが誤差となって本来の受感軸方向に対する加速度出力に誤差となって混入し、真の加速度の測定精度を低下させるという問題があることを、見出した。
従来、このような問題は、仕様上においては、単に誤差として許容していた。
しかしながら、本願に係る発明者は、その問題の原因を鋭意探求した結果、下記の原因により干渉が生じるものであることを解明した。
即ち、この原因を図12を用いて説明する。
この図12に示す加速度計は、本発明の基本的構成をなすものである。
例えば、加速度計50が、断面矩形で長手方向に延びるビーム体51であって、そのビーム体51の被測定対象物に取着される基端側を固定部52とし、中間に長手方向に直交する方向に貫通するスリット53を形成して薄肉となして一対の起歪部54とし、先端側を重り部55とする。前記スリット53の中心を境にして、長手方向に一定距離を離れた部分に2枚と、長手方向に直交する方向に一定距離を離れた部分に2枚の合計4枚のひずみゲージG1〜G4を添着してなるものとして、説明する。
Inventors according to the present application, regarding the acceleration converter (acceleration sensor or accelerometer) of Patent Documents 1 to 3 described above, the acceleration output with respect to the original sensitive axis direction, that is, the weight portion of the strain-generating body exhibiting a beam shape. In addition to the output from the vertical acceleration component, acceleration output in the lateral direction of the strain body, that is, in the left-right direction and the front-rear direction of the strain body is generated, which becomes an error and the acceleration output in the original sensitive axis direction It has been found that there is a problem that the measurement accuracy of the true acceleration is lowered due to being mixed in as an error.
Conventionally, such a problem has been allowed only as an error in the specification.
However, as a result of earnestly searching for the cause of the problem, the inventor according to the present application has clarified that interference occurs due to the following causes.
That is, the cause will be described with reference to FIG. 12.
The accelerometer shown in FIG. 12 constitutes the basic configuration of the present invention.
For example, the accelerometer 50 is a beam body 51 having a rectangular cross section and extending in the longitudinal direction. The base end side of the beam body 51 attached to the object to be measured is a fixed portion 52, and is orthogonal to the longitudinal direction in the middle. A slit 53 penetrating in the direction to be formed is formed into a thin wall to form a pair of strain generating portions 54, and a distal end side is defined as a weight portion 55. A total of four strain gauges G1 to G4, two at a portion separated by a certain distance in the longitudinal direction and two at a portion separated by a certain distance in the direction orthogonal to the longitudinal direction, with the center of the slit 53 as a boundary. Will be described as being attached.

先ず、第1の干渉の原因は、図12の(a)に示すように固定側のひずみゲージG1、G3と重り部56側のひずみゲージG2、G4とが離間されていることから、ひずみゲージG2、G4は、重り部56の質量Maのみを受けるのに対し、固定部52側に添着されたひずみゲージG1、G3は、重り部56の質量の他に、ひずみゲージG1、G3とひずみゲージG2、G4との間に存在する起歪部54に相当する質量maとが加わった分が加速度として受けるので、これら4枚のひずみゲージG1、G3、G2、G4をもってホイートストンブリッジ回路(以下、「ブリッジ回路」という)を組んでも、相殺されず、Z軸方向の干渉成分が残る。
また、第2の干渉の原因は、図12(b)に示すように、質量maによるモーメントが発生し、そのモーメントによるひずみを受け、このひずみ分は、ブリッジ回路によって相殺し得ないために、干渉値となるのである。
また、第3の干渉の原因は、質量Maによる荷重で重り部55が撓むことにより、モーメントが発生し、そのモーメントによる新たなひずみを生じる。このひずみは、複雑な挙動を示し、回路的に見掛け上の出力である干渉を消去することができない。
そこで、本発明の第1の目的とするところは、上記見掛け上の成分の減少乃至は除去を実現し、高精度な加速度計を提供することにある。
また、本発明の第2の目的とするところは、複雑な回路手段を用いることなく、構造が簡素で安価な加速度計を提供することにある。
また、本発明の第3の目的は、微小な加速度を検出可能であって、しかも超小型の加速度計を提供することにある。
First, the cause of the first interference is that the strain gauges G1 and G3 on the fixed side and the strain gauges G2 and G4 on the weight part 56 side are separated as shown in FIG. G2 and G4 receive only the mass Ma of the weight part 56, whereas the strain gauges G1 and G3 attached to the fixed part 52 side are strain gauges G1 and G3 and a strain gauge in addition to the mass of the weight part 56. Since the amount of mass ma corresponding to the strain generating portion 54 existing between G2 and G4 is received as acceleration, these four strain gauges G1, G3, G2, and G4 are used as a Wheatstone bridge circuit (hereinafter, “ Even if a “bridge circuit” is assembled, the interference component in the Z-axis direction remains without being canceled.
In order cause the second interference, as shown in FIG. 12 (b), a moment is generated by the mass ma, subjected to distortion due to the moment, the strain amount is, that can not be canceled by the bridge circuit, This is an interference value.
The third cause of interference is that the weight 55 is bent by a load due to the mass Ma to generate a moment, and a new strain is generated due to the moment. This distortion shows a complicated behavior, and interference that is an apparent output in terms of a circuit cannot be eliminated.
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a highly accurate accelerometer that realizes reduction or removal of the apparent component.
A second object of the present invention is to provide an accelerometer that is simple in structure and inexpensive without using complicated circuit means.
A third object of the present invention is to provide an ultra-compact accelerometer that can detect minute accelerations.

請求項1に係る加速度計は、上述した第1の目的および第2の目的を達成するために、
ビーム状を呈する起歪体の長手方向における基端側を固定部とし、中間に前記長手方向に直交する方向に貫通するスリットを形成して薄肉となした一対の起歪部とし、先端側を重り部とし、前記起歪部に少なくとも4つのひずみゲージをそれぞれのゲージ軸を前記長手方向に向けて添着してなる加速度計であって、
前記スリットの中央を境界として、
ホイートストンブリッジ回路の一方の対辺に接続される複数の第1のひずみゲージおよび前記一方の対辺に隣接する他方の対辺に接続される複数の第2のひずみゲージを前記起歪部上の対称位置に、それぞれ添着し、
前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージの各々の抵抗値を全て等しく設定すると共に、前記第1のひずみゲージのグリッド長に対する前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせ、前記ホイートストンブリッジ回路において、グリッドの主感度方向の出力を大きくし、主感度方向に直交する方向の出力を相殺し得るように、設定したことを特徴としている。
In order to achieve the first and second objects described above, an accelerometer according to claim 1
The base end side in the longitudinal direction of the strain-generating body exhibiting a beam shape is a fixed portion, and a pair of thin strain-generating portions formed by forming a slit penetrating in the direction perpendicular to the longitudinal direction in the middle, and the distal end side is It is an accelerometer formed by attaching a weight part and attaching at least four strain gauges to the strain generating part with each gauge axis directed in the longitudinal direction,
With the center of the slit as a boundary,
A plurality of first strain gauges connected to one side of the Wheatstone bridge circuit and a plurality of second strain gauges connected to the other side adjacent to the one side are placed at symmetrical positions on the strain generating portion. , Respectively,
The resistance values of the first strain gauge and the second strain gauge are all set equal, and the grid length of the second strain gauge is different from the grid length of the first strain gauge, and the Wheatstone The bridge circuit is characterized in that it is set so that the output in the main sensitivity direction of the grid can be increased and the output in the direction orthogonal to the main sensitivity direction can be canceled.

請求項2に係る加速度計は、上記第1および第2の目的を達成するために、
前記第1のひずみゲージのグリッド長に対し前記第2のひずみゲージのグリッド長を長く形成したことを特徴としている。
請求項3に係る加速度計は、上記第1および第2の目的を達成するために、前記スリット中心に対し、所定間隔を隔てて前記起歪部の内面側を対称的に断面半円弧状に形成することで二重アーチ状の起歪部を設け、前記スリットの中心から対称の前記半円弧状の薄肉部に対応する平面側に、複数の前記第1のひずみゲージおよび前記第2のひずみゲージをそれぞれ添着してなることを特徴としている。
請求項4に係る加速度計は、上記第1および第2の目的を達成するために、前記起歪体に対し、前記重り部が主感度方向に変位する上下方向をX軸方向とし、
左右方向に変位する方向をY軸方向とし前後方向に変位する方向をZ軸方向としたとき、重り部がX軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、一方が圧縮ひずみ、他方が引張ひずみを受けるように変形して前記ホイートストンブリッジ回路の出力端に大きな出力をもたらし、重り部がY軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けるように変形して、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて実質的な出力はもたらさず、重り部がZ軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けると共に、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせることによって、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて小さな出力をもたらすように、構成したことを特徴としている。
In order to achieve the first and second objects, an accelerometer according to claim 2 is provided.
The grid length of the second strain gauge is formed longer than the grid length of the first strain gauge.
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the first and second objects, the inner surface side of the strain generating portion is symmetrically formed in a semicircular cross section with a predetermined interval from the slit center. A plurality of the first strain gauges and the second strains are provided on the plane side corresponding to the symmetric semicircular arc thin portion from the center of the slit. It is characterized by attaching gauges.
In order to achieve the first and second objects, the accelerometer according to claim 4 is configured such that an up-down direction in which the weight portion is displaced in a main sensitivity direction with respect to the strain body is an X-axis direction,
When the direction displaced in the left-right direction is the Y-axis direction and the direction displaced in the front-rear direction is the Z-axis direction, when the weight is displaced in the X-axis direction, the first strain gauge and the second strain gauge are The first strain gauge and the first strain gauge are deformed so that one side is subjected to compressive strain and the other side is subjected to tensile strain to produce a large output at the output end of the Wheatstone bridge circuit, and the weight portion is displaced in the Y-axis direction. 2 strain gauges are similarly deformed to receive compressive strain or tensile strain, and cancel each other in the Wheatstone bridge circuit to provide no substantial output. When the weight portion is displaced in the Z-axis direction, The first strain gauge and the second strain gauge are similarly subjected to compressive strain or tensile strain, and the first strain gauge and the second strain gauge By varying the lid length so as to provide a small output is offset by the Wheatstone bridge circuit, it is characterized by being configured.

請求項5に係る加速度計は、上記第1および第2の目的を達成するために、前記第1のひずみゲージは、所定間隔を隔てて形成された前記二重アーチ状の前記固定側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第1のひずみゲージの前記グリッド長の中心を合致させ、
前記第2のひずみゲージは、前記二重アーチ状の前記重り側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第2のひずみゲージのグリッド長の中心を合致させた状態で添着してなることを特徴としている。
請求項6に係る加速度計は、上記第1および第2の目的を達成するために、前記第1のひずみゲージのグリッド長をxとし、前記Z方向の干渉度を半減するための前記第2のひずみゲージのグリッド長の上限許容値をyとし、下限許容値をyとしたとき、前記第2のひずみゲージの前記グリッド長の許容範囲yは、次の条件式(1)、(2)、(3):
(1)y=0.0007x+0.5959x+120.02
(2)y=0.0005x+0.723x+61.218
(3)y<y<y
を満足することを特徴としている。
請求項7に係る加速度計は、上記第1〜第3の目的を達成するために、前記第1のひずみゲージの前記グリッド長xは、100μm〜400μmの範囲で設定することを特徴としている。
In the accelerometer according to claim 5, in order to achieve the first and second objects, the first strain gauge is formed in the double-arched fixed-side half formed at a predetermined interval. The center of the grid length of the first strain gauge is matched with the plane side position corresponding to the arcuate vertex,
The second strain gauge is attached in a state where the center of the grid length of the second strain gauge is aligned with the plane side position corresponding to the semicircular arc apex on the weight side of the double arch. It is characterized by.
In order to achieve the first and second objects, the accelerometer according to claim 6 is configured such that the grid length of the first strain gauge is x and the second degree of interference for reducing the interference degree in the Z direction is halved. When the upper limit allowable value of the grid length of the strain gauge is y 1 and the lower limit allowable value is y 2 , the allowable range y of the grid length of the second strain gauge is expressed by the following conditional expressions (1), ( 2), (3):
(1) y 1 = 0.0007x 2 + 0.5959x + 120.02
(2) y 2 = 0.0005x 2 + 0.723x + 61.218
(3) y 2 <y <y 1
It is characterized by satisfying.
The accelerometer according to claim 7 is characterized in that, in order to achieve the first to third objects, the grid length x of the first strain gauge is set in a range of 100 μm to 400 μm.

請求項1に記載の発明によれば、ビーム状を呈する起歪体の長手方向における基端側を固定部とし、中間に前記長手方向に直交する方向に貫通するスリットを形成して薄肉となした一対の起歪部とし、先端側を重り部とし、前記起歪部に少なくとも4つのひずみゲージをそれぞれのゲージ軸を前記長手方向に向けて添着してなる加速度計であって、
前記スリットの中央を境界として、
ホイートストンブリッジ回路の一方の対辺に接続される複数の第1のひずみゲージおよび前記一方の対辺に隣接する他方の対辺に接続される複数の第2のひずみゲージを前記起歪部上の対称位置に、それぞれ添着し、
前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージの各々の抵抗値を全て等しく設定すると共に、前記第1のひずみゲージのグリッド長に対する前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせ、前記ホイートストンブリッジ回路において、前記グリッドの主感度方向の出力を大きくし、主感度方向に直交する方向の出力を相殺し得るように、設定したことにより、主感度方向の出力を増大させると共に主感度方向に直交する方向、即ち横方向前後方向の見掛け出力を極力、出力させないようにして加速度の測定精度の大幅な向上を実現させ得ると共に、簡素な構成で安価な加速度計を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the base end side in the longitudinal direction of the strain-generating body exhibiting a beam shape is used as the fixed portion, and a slit penetrating in the direction perpendicular to the longitudinal direction is formed in the middle to make the wall thin. An accelerometer comprising a pair of strain-generating portions, a distal end side as a weight portion, and at least four strain gauges attached to the strain-generating portions with their gauge axes directed in the longitudinal direction,
With the center of the slit as a boundary,
A plurality of first strain gauges connected to one side of the Wheatstone bridge circuit and a plurality of second strain gauges connected to the other side adjacent to the one side are placed at symmetrical positions on the strain generating portion. , Respectively,
The resistance values of the first strain gauge and the second strain gauge are all set equal, and the grid length of the second strain gauge is different from the grid length of the first strain gauge, and the Wheatstone In the bridge circuit, the output in the main sensitivity direction of the grid is increased so that the output in the direction orthogonal to the main sensitivity direction can be canceled, thereby increasing the output in the main sensitivity direction and in the main sensitivity direction. It is possible to realize a significant improvement in the measurement accuracy of the acceleration by preventing the apparent output in the orthogonal direction, that is, the lateral front-rear direction as much as possible, and to provide an inexpensive accelerometer with a simple configuration.

請求項2に記載の発明によれば、前記第1のひずみゲージのグリッド長に対し前記第2のひずみゲージのグリッド長を長く形成したことにより、上記請求項1に記載の発明と同様の効果を奏する加速度計を提供することができる。
請求項3に記載の発明によれば、前記スリット中心に対し、所定間隔を隔てて前記起歪部の内面側を対称的に断面半円弧状に形成することでさらに二重アーチ状の起歪部を設け、前記スリットの中心から対称の前記半円弧状の薄肉部に対応する平面側に、複数の前記第1のひずみゲージおよび複数の前記第2のひずみゲージをそれぞれ添着したことにより、主感度方向の出力を増大させると共に、主感度方向に直交する横方向、前後方向の見掛け出力をより一層低減可能とし、加速度の測定精度をより一層向上させ得る加速度計を提供することができる。
According to the invention described in claim 2, the same effect as that of the invention described in claim 1 can be obtained by forming the grid length of the second strain gauge longer than the grid length of the first strain gauge. Can be provided.
According to a third aspect of the present invention, the double arch-shaped strain generation is further achieved by forming the inner surface side of the strain generation portion symmetrically in a semicircular arc shape with a predetermined interval from the slit center. A plurality of the first strain gauges and a plurality of the second strain gauges are respectively attached to the plane side corresponding to the thin semicircular arc-shaped thin portion symmetrical from the center of the slit. It is possible to provide an accelerometer capable of increasing the output in the sensitivity direction, further reducing the apparent output in the lateral direction and the front-rear direction orthogonal to the main sensitivity direction, and further improving the measurement accuracy of acceleration.

請求項4に記載の発明によれば、
前記起歪体に対し、前記重り部が主感度方向に変位する上下方向をX軸方向とし、
左右方向に変位する方向をY軸方向とし前後方向に変位する方向をZ軸方向としたとき、重り部がX軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、一方が圧縮ひずみ、他方が引張ひずみを受けるように変形して前記ホイートストンブリッジ回路の出力端に大きな出力をもたらし、重り部がY軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けるように変形して、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて実質的な出力はもたらさず、重り部がZ軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けると共に、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせることによって、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて小さな出力をもたらすように、構成したので、横方向の出力を相殺して見掛け出力をゼロとすると共に、特に、前後方向の見掛けひずみ出力を殆ど出力させないようにして、加速度の測定精度をさらに大幅に向上させ得る加速度計を提供すすることができる。
According to invention of Claim 4,
The vertical direction in which the weight portion is displaced in the main sensitivity direction with respect to the strain body is defined as the X-axis direction,
When the direction displaced in the left-right direction is the Y-axis direction and the direction displaced in the front-rear direction is the Z-axis direction, when the weight is displaced in the X-axis direction, the first strain gauge and the second strain gauge are The first strain gauge and the first strain gauge are deformed so that one side is subjected to compressive strain and the other side is subjected to tensile strain to produce a large output at the output end of the Wheatstone bridge circuit, and the weight portion is displaced in the Y-axis direction. 2 strain gauges are similarly deformed to receive compressive strain or tensile strain, and cancel each other in the Wheatstone bridge circuit to provide no substantial output. When the weight portion is displaced in the Z-axis direction, The first strain gauge and the second strain gauge are similarly subjected to compressive strain or tensile strain, and the first strain gauge and the second strain gauge By configuring different lid lengths, the Wheatstone bridge circuit cancels out in the Wheatstone bridge circuit so that a small output is generated. Therefore, the output in the lateral direction is canceled to make the apparent output zero, and in particular, the apparent in the front-rear direction. It is possible to provide an accelerometer that can greatly improve the measurement accuracy of acceleration by hardly outputting strain output.

請求項5に記載の発明によれば、前記第1のひずみゲージは、所定間隔を隔てて形成された前記二重アーチ状の前記固定側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第1のひずみゲージの前記グリッド長の中心を合致させ、
前記第2のひずみゲージは、前記二重アーチ状の前記重り側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第2のひずみゲージのグリッド長の中心を合致させた状態で添着してなることにより、主感度方向の出力を増大させると共に、主感度方向に直交する横方向、前後方向の見掛け出力をより適切に低減可能とし、加速度の測定精度をより一層向上させ得る加速度計を提供することができる。
請求項6に記載の発明によれば、
前記第1のひずみゲージのグリッド長をxとし、前記Z方向の干渉度を半減するための前記第2のひずみゲージのグリッド長の上限許容値をyとし、下限許容値をyとしたとき、前記第2のひずみゲージの前記グリッド長の許容範囲yは、次の条件式(1)、(2)、(3):
(1)y=0.0007x+0.5959x+120.02
(2)y=0.0005x+0.723x+61.218
(3)y<y<y
を満足することにより、Z方向の干渉度を半減以下とし得る第1のひずみゲージと第2のひずみゲージのグリッド長の関係を容易且つ正確に設定することができ、横方向の出力を相殺して見掛け出力をゼロとすると共に、特に、前後方向の見掛けひずみを殆ど出力させないようにして、加速度の測定精度をさらに大幅に向上させ得る加速度計を提供することができる。
According to the invention described in claim 5, the first strain gauge is in a plane side position corresponding to the semicircular arc apex of the fixed side of the double arch formed at a predetermined interval, Align the center of the grid length of the first strain gauge,
The second strain gauge is attached in a state where the center of the grid length of the second strain gauge is aligned with the plane side position corresponding to the semicircular arc apex on the weight side of the double arch. As a result, the output in the main sensitivity direction can be increased, the apparent output in the lateral direction and the front-rear direction orthogonal to the main sensitivity direction can be reduced more appropriately, and an accelerometer that can further improve the measurement accuracy of acceleration can be achieved. Can be provided.
According to the invention of claim 6,
The grid length of said first strain gauge and x, the grid length upper tolerance of the Z direction of the interference of the second strain gauge for halving the as y 1, a lower allowable value was y 2 When the allowable range y of the grid length of the second strain gauge is the following conditional expressions (1), (2), (3):
(1) y 1 = 0.0007x 2 + 0.5959x + 120.02
(2) y 2 = 0.0005x 2 + 0.723x + 61.218
(3) y 2 <y <y 1
By satisfying the above, the relationship between the grid lengths of the first strain gauge and the second strain gauge that can reduce the interference degree in the Z direction to half or less can be set easily and accurately, and the output in the lateral direction is canceled. Thus, it is possible to provide an accelerometer capable of further greatly improving the measurement accuracy of acceleration by setting the apparent output to zero and, in particular, outputting almost no apparent distortion in the front-rear direction.

請求項7に記載の発明によれば、
前記第1のひずみゲージの前記グリッド長は、100μm〜400μmの範囲で設定することにより、上記効果に加え、微小な加速度を検出し得ると共に超小型の加速度計を提供することができる。
According to the invention of claim 7,
By setting the grid length of the first strain gauge in a range of 100 μm to 400 μm, in addition to the above effects, it is possible to detect a small acceleration and to provide a microminiature accelerometer.

本発明の第1の実施の形態に係る加速度計の主要部の構成を示すものであり、図1(a)は加速度計の外観構成を示す斜視図であり、図1(b)は加速度計の一部を構成するホイートストンブリッジ(以下、単に「ブリッジ」と称する場合がある)の回路構成を示す回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The structure of the principal part of the accelerometer which concerns on the 1st Embodiment of this invention is shown, Fig.1 (a) is a perspective view which shows the external appearance structure of an accelerometer, FIG.1 (b) is an accelerometer. 1 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a Wheatstone bridge (hereinafter, simply referred to as “bridge”) that constitutes a part of the Wheatstone bridge. 図1に示す加速度計の主要部の構成を示すものであり、図2(a)は、平面図であり、図2(b)は、左側面図である。FIG. 2A shows a configuration of a main part of the accelerometer shown in FIG. 1, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a left side view. 本発明の第1の実施形態に係る加速度計の形状が3次元空間内で印加される加速度の方向で変形する様子を誇張して示した説明図であり、図3(a)は主感度方向であるX軸方向の加速度、図3(b)はY軸方向(左右方向)の加速度および図3(c)はZ軸方向(前後方向)の加速度が、それぞれ印加された時の、加速度計の変形状態を示す斜視図、平面図および左側面図である。FIG. 3A is an explanatory diagram exaggeratingly illustrating a state in which the shape of the accelerometer according to the first embodiment of the present invention is deformed in the direction of acceleration applied in a three-dimensional space, and FIG. 3B, the acceleration in the Y-axis direction (left-right direction), and the acceleration in the Z-axis direction (front-back direction) in FIG. 3C are applied, respectively. It is the perspective view, top view, and left view which show the deformation | transformation state. 本発明の第1の実施形態に係る加速度計の要部を示すもので、図4(a)は、起歪体全体を描いてなる左側面図であり、図4(b)はねその一部である起歪部の上半部を描いてなる部分拡大側面図である。FIG. 4A shows a main part of the accelerometer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a left side view illustrating the entire strain generating body, and FIG. It is a partial expanded side view formed by drawing the upper half part of the distortion part which is a part. 固定側に設置した第1のひずみゲージのグリッド長を200μmに固定し、重り側に設置した第2のひずみゲージのグリッド長を200μm〜300μmの間で変えた場合における加速度計の定格出力と干渉出力との関係を示すグラフである。Interference with the rated output of the accelerometer when the grid length of the first strain gauge installed on the fixed side is fixed to 200 μm and the grid length of the second strain gauge installed on the weight side is changed between 200 μm and 300 μm. It is a graph which shows the relationship with an output. 重り側に設置した第2のひずみグリッド長を200μmに固定し、固定部側に設置した第1のひずみゲージのグリッド長を100μm〜200μmの間で変えた場合における定格出力と干渉出力との関係を示すグラフである。Relationship between rated output and interference output when the second strain grid length installed on the weight side is fixed to 200 μm and the grid length of the first strain gauge installed on the fixed portion side is changed between 100 μm and 200 μm. It is a graph which shows. 本発明の一実施の形態に係る加速度計にX方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部の中心線〔図2(a)におけるラインA〕上のひずみ出力の特性を示すグラフである。6 is a graph showing the characteristics of strain output on the center line of the strain generating portion [line A in FIG. 2A] when 1000 G acceleration is applied from the X direction to the accelerometer according to one embodiment of the present invention. is there. 本発明の一実施例の形態に係る加速度計にZ方向から1000Gの加速度が印加された場合すにおける起歪部の中心線〔図2(a)におけるラインA〕上のひずみ出力の特性を示すグラフである。The characteristic of the strain output on the center line [the line A in FIG. 2 (a)] of the strain generation part when the acceleration of 1000G is applied to the accelerometer which concerns on the form of one Example of this invention from a Z direction is shown. It is a graph. 本発明の他の実施の形態に係る加速度計にX方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部の中心線〔図2(a)におけるラインA〕上のひずみ出力の特性を示すグラフであり、図7のグラフとは起歪部に添着された第1のひずみゲージと第2のひずみゲージのグリッド長の長さが異なっている。The graph which shows the characteristic of the strain output on the centerline [the line A in FIG. 2 (a)] of the strain generation part in case the acceleration of 1000G is applied to the accelerometer which concerns on other embodiment of this invention from a X direction. The grid length of the first strain gauge and the second strain gauge attached to the strain generating portion is different from the graph of FIG. 本発明の他の実施の形態に係る加速度計にZ方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部の中心線〔図2(a)におけるラインA〕上のひずみ出力の特性を示すグラフであり、図8のグラフとは、起歪部に添着された第1のひずみゲージと第2のひずみゲージのグリッド長の長さが異なっている。The graph which shows the characteristic of the strain output on the centerline [line A in FIG. 2 (a)] of the strain generation part in case the acceleration of 1000G is applied to the accelerometer which concerns on other embodiment of this invention from a Z direction. The grid length of the first strain gauge and the second strain gauge attached to the strain generating portion is different from the graph of FIG. 本発明のさらに他の実施の形態に係る加速度計において、Z方向から1000Gの加速度が印加された場合において、干渉度が0%を中心として、干渉度が+0.09%および−0.09%を達成し得る固定側のひずみゲージと重り側のひずみゲージのグリッド長の組み合わせ例を連続して示すグラフである。In an accelerometer according to still another embodiment of the present invention, when an acceleration of 1000 G is applied from the Z direction, the interference degree is + 0.09% and −0.09% centering on 0%. 5 is a graph continuously showing examples of combinations of grid lengths of a fixed-side strain gauge and a weight-side strain gauge capable of achieving the above. 加速度計に主感度方向であるX軸方向に対し直交する前後方向であるZ軸方向に加速度が印加された場合におけるX軸方向成分に混入する原因を解析するための説明図で、図12(a)は、固定側ひずみゲージの設置位置と重り側ひずみゲージの設置位置との間に加わる質量の大きさが異なることによる干渉原因を説明する側面図、図12(b)は、固定側ひずみゲージと重り側ひずみゲージとの間に存在する質量maによりモーメントが発生することによる干渉原因を説明する側面図、図12(c)は、重り部の質量Maにより重り部が撓むことによりモーメントが発生し、そのモーメントによる干渉原因を説明するための側面図である。FIG. 12 is an explanatory diagram for analyzing the cause of mixing in the X-axis direction component when acceleration is applied to the accelerometer in the Z-axis direction that is the front-rear direction orthogonal to the X-axis direction that is the main sensitivity direction; a) is a side view for explaining the cause of interference due to the difference in mass applied between the fixed-side strain gauge installation position and the weight-side strain gauge installation position, and FIG. FIG. 12 (c) is a side view for explaining the cause of interference caused by the generation of moment by the mass ma existing between the gauge and the weight side strain gauge. FIG. 12 (c) shows the moment when the weight portion is bent by the mass Ma of the weight portion. FIG. 6 is a side view for explaining the cause of interference caused by the moment.

以下、本発明の加速度計の実施の形態について、順に、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る加速度計の主要部の概略構成を示すものであり、このうち、図1(a)は、加速度計の外観構成を示す斜視図であり、図1(b)は、加速度計の一部を構成するホイートストンブリッジの回路構成を示す回路図である。図2は、図1(a)に示す加速度計の具体的構成を示すもので、図2(a)は、平面図、図2(b)は左側面図である。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る加速度計の形状が3次元空間内で印加される加速度の方向で変形する様子を示した説明図であり、このうち、図3(a)は、主感度方向であるX軸方向の加速度、図3(b)は、Y軸方向(左右方向)の加速度および図3(c)は、Z軸方向(前後方向)の加速度が、それぞれ印加された時の、加速度計の変形状態を誇張してそれぞれ示す斜視図、平面図および左側面図である。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る加速度計の上側の起歪部の構成を拡大して示す部分左側面図である。
Hereinafter, embodiments of an accelerometer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of an accelerometer according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (a) is a perspective view showing an external configuration of the accelerometer. FIG. 1B is a circuit diagram showing a circuit configuration of a Wheatstone bridge constituting a part of the accelerometer. 2A and 2B show a specific configuration of the accelerometer shown in FIG. 1A. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a left side view.
FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the shape of the accelerometer according to the first embodiment of the present invention is deformed in the direction of acceleration applied in the three-dimensional space, and among these, FIG. ) Is the acceleration in the X-axis direction which is the main sensitivity direction, FIG. 3B is the acceleration in the Y-axis direction (left-right direction), and FIG. 3C is the acceleration in the Z-axis direction (front-back direction). It is the perspective view, the top view, and the left view which exaggerate and show the deformation state of the accelerometer when applied, respectively.
FIG. 4 is an enlarged partial left side view showing the configuration of the upper strain generating portion of the accelerometer according to the first embodiment of the present invention.

図1、図2、図3および図4において、2は、断面矩形ビーム状を呈する起歪体であり、この起歪体2の長手方向(図1〜図4における左右方向)における基端側(図1〜図4における左端側)を固定部3とし、中間に長手方向に直交する方向(図1〜図4において紙面に直交する方向)に貫通する矩形状のスリット5を形成して薄肉となして一対の起歪部4とし、先端側(図1〜図4において右端側)を重り部6とし、一対の起歪部4、4のうち一方(図5の上部)の平面部に、4つのひずみゲージG1、G2、G3、G4を、そのゲージ軸を長手方向に向けて添着して、加速度計1が構成されている。
この起歪体2のスリット5の中心線5aに対し、所定間隔(この例においては、0.6mm)を隔てて、起歪部4の内面側に断面半円弧部5bと5cを形成することで、中間に突出部5dを残して二重アーチ状の起歪部4を設けてある。
この加速度計1に作用する方向として、例えば、図3(a)において、重り部6が主感度方向に変位する上下方向をX軸方向とし、上記X軸方向に直交する左右方向に変位する方向をY軸方向とし、さらに、上記X軸方向およびY軸方向に共に直交する前後方向に変位する方向をZ軸方向とする。
1, 2, 3, and 4, reference numeral 2 denotes a strain generating body having a rectangular beam shape in cross section, and a base end side in the longitudinal direction (the left-right direction in FIGS. 1 to 4) of the strain generating body 2. (Left end side in FIGS. 1 to 4) is a fixed portion 3, and a rectangular slit 5 penetrating in the direction perpendicular to the longitudinal direction (direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 1 to 4) is formed in the middle and thin. Thus, a pair of strain generating portions 4 is formed, and a tip end side (right end side in FIGS. 1 to 4) is a weight portion 6, and one of the pair of strain generating portions 4 and 4 (upper part in FIG. 5) The accelerometer 1 is configured by attaching four strain gauges G1, G2, G3, and G4 with their gauge axes in the longitudinal direction.
The semicircular arc sections 5b and 5c are formed on the inner surface side of the strain generating section 4 with a predetermined interval (0.6 mm in this example) with respect to the center line 5a of the slit 5 of the strain generating body 2. Thus, the double arch-shaped strain generating portion 4 is provided leaving the protruding portion 5d in the middle.
As a direction acting on the accelerometer 1, for example, in FIG. 3A, the vertical direction in which the weight 6 is displaced in the main sensitivity direction is defined as the X-axis direction, and the direction in which the weight 6 is displaced in the left-right direction orthogonal to the X-axis direction Is the Y-axis direction, and the direction displaced in the front-rear direction perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction.

4つのひずみゲージG1〜G4のうち、図1(b)に示す、ホイートストンブリッジ回路(以下、「ブリッジ回路」と略称することがある)の一方の対辺に接続される一対の第1のひずみゲージとしてのひずみゲージG1とG3は、スリット5の中心線5a(図2、図4参照)を境界として、且つラインAに対称に固定部3側に接着、スパッタリング、蒸着等の手段で添着されている。
一方、ブリッジ回路の一方の対辺に隣接する他方の対辺に接続される一対の第2のひずみゲージとしてのひずみゲージG2とG4は、スリット5の中心線を境として、重り部6側の対称位置で且つラインAにそれぞれ対称位置に同様に添着されている。
この第1の実施の形態に係る加速度計1は、第1のひずみゲージG1とG3と、第2のひずみゲージG2とG4とは、スリット5の中心線5aを境にして、同一の距離に設置されるが、第1のひずみゲージG1とG3のグリッドのグリッド長に対し、第2のひずみゲージG2とG4の方が所定長だけ長く設定してある。
但し、ブリッジ回路を形成するひずみゲージG1の抵抗値R1、ひずみゲージG2の抵抗値R2、ひずみゲージG3の抵抗値R3、ひずみゲージG4の抵抗値R4は、すべて等しく設定してある。
尚、本明細書において、グリッド長と称しているが、一般に、ゲージ長、ゲージ長さ、あるいはひずみゲージ長さ、等と称されてもおり、添付図面においては、そのように記載している場合もある。
Of the four strain gauges G1 to G4, a pair of first strain gauges connected to one opposite side of a Wheatstone bridge circuit (hereinafter sometimes abbreviated as “bridge circuit”) shown in FIG. The strain gauges G1 and G3 are attached to the fixed portion 3 side by means of adhesion, sputtering, vapor deposition, etc. symmetrically with respect to the line A with the center line 5a (see FIGS. 2 and 4) of the slit 5 as a boundary. Yes.
On the other hand, the strain gauges G2 and G4 as a pair of second strain gauges connected to the other opposite side adjacent to one opposite side of the bridge circuit are symmetrical positions on the weight part 6 side with the center line of the slit 5 as a boundary. In addition, they are similarly attached to the line A at symmetrical positions.
In the accelerometer 1 according to the first embodiment, the first strain gauges G1 and G3 and the second strain gauges G2 and G4 are at the same distance with the center line 5a of the slit 5 as a boundary. Although installed, the second strain gauges G2 and G4 are set longer by a predetermined length than the grid length of the grids of the first strain gauges G1 and G3.
However, the resistance value R1 of the strain gauge G1, the resistance value R2 of the strain gauge G2, the resistance value R3 of the strain gauge G3, and the resistance value R4 of the strain gauge G4 forming the bridge circuit are all set equal.
In the present specification, it is referred to as grid length, but is generally referred to as gauge length, gauge length, strain gauge length, or the like, and is described as such in the accompanying drawings. In some cases.

このひずみゲージG1のグリッドの一端は、配線パターンを介して、+側の入力端であるゲージタブ9Rに接続され、他端は、配線パターンを介して−側の出力端であるゲージタブ9Wに接続されている。
ひずみゲージG2のグリッドの一端は、配線パターンを介して−側の入力端であるゲージタブ9Bに接続され、他端は、配線パターンを介して−側の出力端であるゲージタブ9Wに接続されている。
ひずみゲージG3のグリッドの一端は、配線パターンを介して、−側の入力端であるゲージタブ9Bに接続され、他端は、配線パターンを介して、+側の出力端であるゲージタブ9Gに接続されている。
ひずみゲージG4のグリッドの一端は、配線パターンを介して+側の入力端であるゲージタブ9Rに接続され、他端は、配線パターンを介して+側の出力端であるゲージタブ9Gに接続されている。
このような構成をもって、図1(b)に示すようなブリッジ回路が形成されている。
即ち、ゲージタブ9Rに+のブリッジ電圧Einを印加し、ゲージタブ9Bに−のブリッジ電圧を印加すると、ブリッジ回路を構成するひずみゲージG1〜G4が加速度に基づくひずみを受けて、それぞれの抵抗値R1〜R4が変化し、その変化に基づく出力電圧Eoutが、グリッド9G(+端子)とグリッド9W(−端子)から、出力されることになる。
One end of the grid of the strain gauge G1 is connected to a gauge tab 9R which is a + side input end via a wiring pattern, and the other end is connected to a gauge tab 9W which is a − side output end via a wiring pattern. ing.
One end of the grid of the strain gauge G2 is connected to a gauge tab 9B that is a negative input end via a wiring pattern, and the other end is connected to a gauge tab 9W that is a negative output end via a wiring pattern. .
One end of the grid of the strain gauge G3 is connected to a gauge tab 9B which is a negative input end via a wiring pattern, and the other end is connected to a gauge tab 9G which is a positive output end via a wiring pattern. ing.
One end of the grid of the strain gauge G4 is connected to a gauge tab 9R which is a + side input end via a wiring pattern, and the other end is connected to a gauge tab 9G which is a + side output end via a wiring pattern. .
With such a configuration, a bridge circuit as shown in FIG. 1B is formed.
That is, when a + bridge voltage Ein is applied to the gauge tab 9R and a − bridge voltage is applied to the gauge tab 9B, the strain gauges G1 to G4 constituting the bridge circuit are subjected to strain based on the acceleration, and the respective resistance values R1 to R1 are applied. R4 changes, and the output voltage Eout based on the change is output from the grid 9G (+ terminal) and the grid 9W (−terminal).

ここで、第1のひずみゲージとしての一対のひずみゲージG1とG3は、スリット5の中心線5aから固定部3側の所定の距離に並列状にラインA〔図2(a)参照〕上に対称に設置されており、図3(a)に示すように、X軸方向に加速度を受けて重り部6が相対的に変位し、引張りひずみを受けると、共に、その抵抗値R1とR3は、増大することになる。
また、第2のひずみゲージとしての一対のひずみゲージG2とG4は、スリット5の中心線5aから重り部6側の対称位置に並列状に設置されており、図3(a)に示すようにX軸方向の加速度を受けて重り部6が相対的に変位し、圧縮ひずみをうけると、共にその抵抗値R2とR4は減小することになる。
この第1のひずみゲージG1とG3は、上述したように、ブリッジ回路の一方の対辺に回路接続されており、第2のひずみゲージG2とG4は、一方の対辺に隣接する他方の対辺に回路接続されているので、ブリッジ回路の出力端であるゲージタブ9Gと9Wの間からは、印加された加速度に対応した大きなひずみ出力が得られることになる。
Here, the pair of strain gauges G1 and G3 as the first strain gauges are arranged on a line A (see FIG. 2A) in parallel at a predetermined distance from the center line 5a of the slit 5 on the fixed portion 3 side. As shown in FIG. 3 (a), when the weight portion 6 is relatively displaced due to acceleration in the X-axis direction and receives tensile strain, the resistance values R1 and R3 are both Will increase.
Further, the pair of strain gauges G2 and G4 as the second strain gauges are installed in parallel at the symmetrical position on the weight part 6 side from the center line 5a of the slit 5, as shown in FIG. When the weight portion 6 is relatively displaced by the acceleration in the X-axis direction and is subjected to a compressive strain, both the resistance values R2 and R4 decrease.
As described above, the first strain gauges G1 and G3 are connected to one side of the bridge circuit, and the second strain gauges G2 and G4 are connected to the other side adjacent to the one side. Since they are connected, a large strain output corresponding to the applied acceleration can be obtained from between the gauge tabs 9G and 9W which are the output ends of the bridge circuit.

即ち、加速度がX軸方向(主感度方向)に印加されたときのブリッジ回路から出力されるひずみ出力をEout(X)とし、各ひずみゲージG1、G2、G3、G4の無負荷時の抵抗値をR1、R2、R3、R4とし、加速度が負荷されたときのそれぞれの抵抗値変化を、ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4としたときの加速度計1の出力Eout(X)は、下記(1)式で表せる。
Eout(X)=1/4(ΔR1/R1−ΔR2/R2+ΔR3/R3−ΔR4/R4)Ein ・・・(1)
また、このX軸方向に対して90度だけ回転したY軸方向(左右方向)については、図3(b)に示すように重り部6の重心に対してひずみゲージG1とG3およびひずみゲージR2とR4が互いに対称であり、その抵抗値変化ΔR1とΔR3およびΔR2とΔR4とがブリッジ回路上で相殺されるため、見掛けの加速度は検出されない。即ち、この場合のひずみ出力Eout(Y)は、下記の(2)式で示される。
Eout(Y)=1/4(ΔR1/R1−ΔR2/R2+(−ΔR1/R1)−(−ΔR2/R2))Ein=0(2)
さらに、X軸方向およびY軸方向に対して90度だけ回転したZ軸方向(図3(c))に加速度が印加された場合、図12(a)を用いて説明したように、そのひずみ出力Eout(Z)は、ひずみゲージR1とひずみゲージRが、重り部6の質量Maと起歪部4の質量maに対応する加速度を検出するため、起歪部4の重さ(より詳しくは、第1のひずみゲージG1、G3の設置位置から第2のひずみゲージG2、G4までの間の起歪部4の質量ma)に対応する加速度分に対応する抵抗値変化分αが見掛けの加速度として検出される。即ち、この場合のひずみ出力Eout(Z)は、下記の(3)式で示される。
That is, the strain output output from the bridge circuit when acceleration is applied in the X-axis direction (main sensitivity direction) is Eout (X), and the resistance values of the strain gauges G1, G2, G3, and G4 when no load is applied. , R1, R2, R3, R4, and the output Eout (X) of the accelerometer 1 when ΔR1, ΔR2, ΔR3, ΔR4 are the resistance value changes when acceleration is applied, It can be expressed by an expression.
Eout (X) = 1/4 (ΔR1 / R1−ΔR2 / R2 + ΔR3 / R3−ΔR4 / R4) Ein (1)
Further, with respect to the Y-axis direction (left-right direction) rotated by 90 degrees with respect to the X-axis direction, strain gauges G1 and G3 and strain gauge R2 with respect to the center of gravity of the weight portion 6 as shown in FIG. And R4 are symmetrical with each other, and their resistance value changes ΔR1 and ΔR3 and ΔR2 and ΔR4 cancel each other on the bridge circuit, so that no apparent acceleration is detected. That is, the strain output Eout (Y) in this case is expressed by the following equation (2).
Eout (Y) = 1/4 (ΔR1 / R1−ΔR2 / R2 + (− ΔR1 / R1) − (− ΔR2 / R2)) Ein = 0 (2)
Further, when acceleration is applied in the Z-axis direction (FIG. 3C) rotated by 90 degrees with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction, as described with reference to FIG. The output Eout (Z) is obtained by detecting the acceleration corresponding to the mass Ma of the weight part 6 and the mass ma of the strain generating part 4 by the strain gauge R1 and the strain gauge R (more specifically, The apparent acceleration is the resistance value change α corresponding to the acceleration corresponding to the mass ma) of the strain generating portion 4 between the first strain gauges G1 and G3 and the second strain gauges G2 and G4. Detected as That is, the strain output Eout (Z) in this case is expressed by the following equation (3).

Eout(Z)=1/4(ΔR1/R1+α/R1−ΔR1/R1+ΔR1/R1+α/R1−ΔR1/R1))Ein
=1/4(2α/R1)Ein ・・・(3)
しかしながら、Z軸方向に加速度が印加された場合、図12(a)を用いて説明したように、上記(3)式は、質量Maと質量maが荷重成分として、作用した場合の干渉出力に対応するに過ぎない。
即ち、Z軸方向に加速度が印加された場合の干渉として、図12(b)に示すように、質量maによりモーメントが発生し、そのモーメントによるひずみ成分が干渉原因として存在するだけでなく、さらにまた、図12(c)に示すように、質量Maの重り部55によりモーメントが発生し、そのモーメントによるひずみ成分も干渉原因として混在する。
即ち、第1の実施の形態における加速度に対するひずみ出力として、図3(a)に示すように、X軸方向(主感度方向)に加速度が印加されたときの出力Eout(X)は、X軸方向に印加される加速度に対応した大きな出力が得られる。
また、図3(b)に示すような主感度方向に直交するY軸方向に加速度が印加されたときの主力Eout(Y)は、ブリッジ回路で相殺されて、出力は0となり、Y軸方向の見掛け加速度は、検出されないことになる。
Eout (Z) = 1/4 (ΔR1 / R1 + α / R1−ΔR1 / R1 + ΔR1 / R1 + α / R1−ΔR1 / R1)) Ein
= 1/4 (2α / R1) Ein (3)
However, when an acceleration is applied in the Z-axis direction, as described with reference to FIG. 12A, the above equation (3) is an interference output when the mass Ma and the mass ma act as load components. It only responds.
That is, as an interference when acceleration is applied in the Z-axis direction, as shown in FIG. 12B, a moment is generated by the mass ma and not only a distortion component due to the moment exists as a cause of interference, but also Further, as shown in FIG. 12C, a moment is generated by the weight 55 of the mass Ma, and a strain component due to the moment is also mixed as a cause of interference.
That is, as the strain output with respect to the acceleration in the first embodiment, as shown in FIG. 3A, the output Eout (X) when the acceleration is applied in the X-axis direction (main sensitivity direction) is the X-axis. A large output corresponding to the acceleration applied in the direction can be obtained.
Further, the main force Eout (Y) when acceleration is applied in the Y-axis direction orthogonal to the main sensitivity direction as shown in FIG. 3B is canceled by the bridge circuit, and the output becomes 0, and the Y-axis direction The apparent acceleration is not detected.

然しながら、図3(c)に示すように、主感度方向であるX軸方向に直交すると共に、Y軸方向にも直交するZ軸方向に加速度が印加されたときの出力Eout(Z)は、ブリッジ回路では、何らの対策も施されない限り、見掛け加速度として、検出され、これが加速度に対応するひずみ出力の誤差として混入し、検出精度を低下させることになる。
ここで、具体的な数値実施例1について説明する。
図2に示すように、起歪体2の全長(Z軸方向)を10mm、全高(X軸方向)を5mm、奥行(Y軸方向)を5mm、スリット5の幅を1.4mm(四隅の円弧半径を0.2mm)、起歪部4の板厚を0.2mm、固定部3の基端(左端)からスリット5の中心線5aまでの距離を6.5mmとし、起歪体2の材質をステンレス(SUS630−H900)とする。
このようなひずみゲージG1とG3およびG2とG4を、起歪部4のスリット5の中心線5aを境として、固定部3側および重り部6側に0.6mmずつ離れた目標位置に、それぞれ添着するものとし、この場合、スパッタゲージの目標位置からのずれ量を0とする。
However, as shown in FIG. 3C, the output Eout (Z) when acceleration is applied in the Z-axis direction that is orthogonal to the X-axis direction that is the main sensitivity direction and also orthogonal to the Y-axis direction is In the bridge circuit, unless any countermeasure is taken, it is detected as an apparent acceleration, which is mixed in as an error of a strain output corresponding to the acceleration, thereby reducing the detection accuracy.
Here, a specific numerical example 1 will be described.
As shown in FIG. 2, the total length (Z-axis direction) of the strain body 2 is 10 mm, the total height (X-axis direction) is 5 mm, the depth (Y-axis direction) is 5 mm, and the width of the slit 5 is 1.4 mm (at the four corners). The radius of the arc is 0.2 mm), the plate thickness of the strain generating portion 4 is 0.2 mm, the distance from the base end (left end) of the fixed portion 3 to the center line 5a of the slit 5 is 6.5 mm, The material is stainless steel (SUS630-H900).
Such strain gauges G1 and G3 and G2 and G4 are respectively set at target positions separated by 0.6 mm from the center line 5a of the slit 5 of the strain generating part 4 to the fixed part 3 side and the weight part 6 side. In this case, the amount of deviation from the target position of the sputter gauge is set to zero.

下記表1は、上記数値実施例において、固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長を200μmに固定し、重り部6側の第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長を10μmとびに300μmまで変化させた場合の加速度計であって、X方向に1000Gの加速度を印加させたときの定格出力(1/4・KEin×10−6ひずみ)と、Z方向に1000Gの加速度を印加させたときの干渉出力(1/4・KEin×10−6ひずみ)と、干渉度(%)と、第1のひずみゲージG1およびG3によって検出されるひずみ量ε1およびε3と、第2のひずみゲージG2およびG4によって検出されるひずみ量をε2およびε3の値を示すものである。 Table 1 below shows that the grid lengths of the first strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side are fixed to 200 μm and the grid lengths of the second strain gauges G2 and G4 on the weight part 6 side in the above numerical example. An accelerometer when changing from 10 μm to 300 μm, rated output (1/4 · KEin × 10 −6 strain) when 1000 G acceleration is applied in the X direction, and 1000 G acceleration in the Z direction Interference output (1/4 · KEin × 10 −6 strain), interference degree (%), strain amounts ε1 and ε3 detected by the first strain gauges G1 and G3, and second The strain amounts detected by the strain gauges G2 and G4 are shown as values of ε2 and ε3.

この表1によって求められた値を基にして定格出力と干渉出力の関係を示したものが図5である。
この図5から分かることは、定格出力があまり低下せず、干渉出力が0となる設定条件として、第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長が200μmとして、第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長が245μmのときであり、干渉が完全に防止されている。
もっとも、干渉が0でなくても、例えば、固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3と、重り部6側の第2のひずみゲージG2、G4とが同じグリッド長(共に200μm)のときの干渉度が−0.20であるので、この干渉度の50%の干渉度でも実用上問題ない場合には、第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長は、230μm〜260μmの範囲のものを使用すれば、よいことになる。
また、第2の実施の形態として、重り部6側の第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長は、一定とし、固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長を変更調整する数値実施例2について説明する。
下記表2は、加速度計の重り部6側の第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長を一定とし、固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長を100μm〜200μmの範囲に亘って10μm毎に、X方向に1000Gの加速度を印加したときの定格出力(1/4・KEin×10−6ひずみ)と、Z方向に1000Gの加速度を印加したときの干渉出力(1/4・KEin×10−6ひずみ)と、干渉度(%)、第1のひずみゲージG1、G4の出力ひずみε1、ε3(×10ひずみ)の値の一覧を示すものである。
FIG. 5 shows the relationship between the rated output and the interference output based on the values obtained from Table 1.
As can be seen from FIG. 5, as a setting condition in which the rated output does not decrease so much and the interference output becomes 0, the grid length of the first strain gauges G1 and G3 is 200 μm, and the second strain gauges G2 and G4 This is when the grid length is 245 μm, and interference is completely prevented.
However, even if the interference is not 0, for example, the first strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side and the second strain gauges G2 and G4 on the weight part 6 side have the same grid length (both 200 μm). When the interference degree is −0.20, the grid length of the second strain gauges G2 and G4 is in the range of 230 μm to 260 μm when there is no practical problem even with an interference degree of 50% of this interference degree. If you use something, it will be good.
In the second embodiment, the grid lengths of the second strain gauges G2 and G4 on the weight part 6 side are fixed, and the grid lengths of the first strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side are changed and adjusted. A numerical example 2 will be described.
Table 2 below shows that the grid lengths of the second strain gauges G2 and G4 on the weight part 6 side of the accelerometer are constant, and the grid lengths of the first strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side are in the range of 100 μm to 200 μm. Over 10 μm, rated output when 1000 G acceleration is applied in the X direction (1/4 · KEin × 10 −6 strain) and interference output when 1000 G acceleration is applied in the Z direction (1 / 4 · KEin × 10 −6 strain), the degree of interference (%), and the output strains ε1 and ε3 (× 10 6 strain) of the first strain gauges G1 and G4.

この表2から分かることは、第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長が200μmとして、第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長が148μmのものを組合わせ使用したとき、干渉度が0%の加速度計を得ることができる、ということである。
図6は、上記表2のデータを基にして固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長を変えた場合の干渉出力と定格出力の関係を示すグラフである。
表2および図6からも分かるように、固定部3側のひずみゲージのグリッド長を120μm〜170μmに調整すれば、グリッド長が200μmのときと比べて、干渉出力を半減することができる。
このように、重り部6側のひずみゲージG2、G3のグリッド長が任意の長さの場合でも、固定部3側のひずみゲージG1、G3のグリッド長を変更調整することで、干渉出力を、上記のように無くすことができる。
次に、ひずみゲージのグリッド長を調整することによって、干渉出力を軽減乃至は除去し得ることの根拠を以下に考察する。
As can be seen from Table 2, when the grid lengths of the second strain gauges G2 and G4 are 200 μm and the grid lengths of the first strain gauges G1 and G3 are 148 μm, the interference degree is 0%. This means that an accelerometer can be obtained.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the interference output and the rated output when the grid length of the first strain gauges G1 and G3 on the fixed portion 3 side is changed based on the data in Table 2 above.
As can be seen from Table 2 and FIG. 6, if the grid length of the strain gauge on the fixed portion 3 side is adjusted to 120 μm to 170 μm, the interference output can be halved compared to when the grid length is 200 μm.
Thus, even when the grid length of the strain gauges G2 and G3 on the weight part 6 side is an arbitrary length, the interference output can be obtained by changing and adjusting the grid length of the strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side. It can be eliminated as described above.
Next, the basis of the fact that the interference output can be reduced or eliminated by adjusting the grid length of the strain gauge will be discussed below.

図7は、本発明に係る加速度計にX方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部4のラインA〔図2(a)参照〕上のスリット5の中心線5aを基準点0として−0.7mm〜+0.7mmの範囲におけるひずみ分布を示すグラフである。
図8は、同加速度計にZ方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部4のラインA上のスリット5の中心線5aを基準点として、−0.7mm〜+0.7mmの範囲におけるひずみ分布を示すグラフである。
この図7および図8においては、固定部3側のグリッド長200μmの第1のひずみゲージG1、G3の中心が、基準位置から−0.3mmの部位に添着され、一方、重り部6側のグリッド長245μmの第2のひずみゲージG2、G4が基準位置から+0.3mmの部位に添着されている。これは、表1の計算結果により求められたグリッド長245μmを根拠としたものである。
この数値実施例に関しては、第1のひずみゲージG1、G3のひずみ出力ε1、ε3、第2のひずみゲージG2、G4のひずみ出力ε2、ε4の値およびX方向加速度時ひずみの値、即ちε1−ε2+ε3−ε4の値が下記の表3に記載されており、X方向加速度時には、高いひずみ、即ち、426.71×10−6ひずみが検出されていることが分かる。
FIG. 7 shows a reference point 0 for the center line 5a of the slit 5 on the line A [see FIG. 2 (a)] of the strain generating portion 4 when an acceleration of 1000 G is applied to the accelerometer according to the present invention from the X direction. Is a graph showing a strain distribution in a range of -0.7 mm to +0.7 mm.
FIG. 8 shows a range of −0.7 mm to +0.7 mm with the center line 5a of the slit 5 on the line A of the strain generating part 4 when a 1000 G acceleration is applied to the accelerometer from the Z direction as a reference point. It is a graph which shows strain distribution in.
In FIGS. 7 and 8, the centers of the first strain gauges G1 and G3 having a grid length of 200 μm on the fixed portion 3 side are attached to a portion of −0.3 mm from the reference position, while the weight portion 6 side has the center. Second strain gauges G2 and G4 having a grid length of 245 μm are attached to a portion +0.3 mm from the reference position. This is based on the grid length of 245 μm obtained from the calculation result of Table 1.
In this numerical example, the strain outputs ε1, ε3 of the first strain gauges G1, G3, the strain outputs ε2, ε4 of the second strain gauges G2, G4, and the value of strain at the time of X-direction acceleration, that is, ε1- The values of ε2 + ε3-ε4 are listed in Table 3 below, and it can be seen that high strain, that is, 426.71 × 10 −6 strain, is detected during acceleration in the X direction.

図8は、加速度計にZ方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部4のラインA上のスリット5の中心線5aを基準点として−0.7mm〜+0.7mmの範囲におけるひずみ分布を示すグラフである。
図8に示すように、Z方向に1000Gの加速度が印加された場合における第1のひずみゲージG1、G3のひずみε1、ε3、第2のひずみゲージG2、G4のひずみε2、ε4および合計ひずみε1−ε2+ε3−ε4の値が、表4に示す通りである。
FIG. 8 shows the strain in the range of −0.7 mm to +0.7 mm with the center line 5a of the slit 5 on the line A of the strain generating part 4 when the acceleration of 1000 G is applied to the accelerometer from the Z direction. It is a graph which shows distribution.
As shown in FIG. 8, the strains ε1 and ε3 of the first strain gauges G1 and G3, the strains ε2 and ε4 of the second strain gauges G2 and G4, and the total strain ε1 when an acceleration of 1000 G is applied in the Z direction. The values of -ε2 + ε3-ε4 are as shown in Table 4.

この表4から分かることは、合計ひずみε1−ε2+ε3−ε4の値が、−0.01と極めて小さい、干渉しか出力されていないことである。
これは、第2のひずみゲージG2、G4のグリッド長が245μmと第1のひずみゲージG1、G3のグリッド長200μmに対して、長いことから第1のひずみゲージG1、G3より長い領域のひずみが平均化されることによりZ方向の加速度成分が相殺されて干渉出力が殆ど出力されなくなったものである。
同様に、図9および図10は、加速度計にX方向およびZ方向から1000Gの加速度が印加された場合における起歪部4のラインA〔図2(a)参照〕上のスリット中心線5aを基準点(0点)として、−0.7mm〜+0.7mmの範囲におけるひずみ分布を示すグラフである。
この図9および図10においては、グリッド長148μm固定部3側の第1のひずみゲージG1、G3の中心が基準位置から−0.3mmの部位に添着され、一方、重り部6側のグリッド長200μmの第2のひずみゲージG2、G4が基準位置から0.3mmの部位に添着されている。
It can be seen from Table 4 that the value of the total strain ε1−ε2 + ε3−ε4 is as small as −0.01, and only interference is output.
This is because the grid length of the second strain gauges G2 and G4 is 245 μm and the grid length of the first strain gauges G1 and G3 is 200 μm, so the strain in the region longer than the first strain gauges G1 and G3 is larger. By averaging, the acceleration component in the Z direction is canceled and interference output is hardly output.
Similarly, FIG. 9 and FIG. 10 show the slit center line 5a on the line A [see FIG. 2 (a)] of the strain generating portion 4 when 1000 G acceleration is applied to the accelerometer from the X direction and the Z direction. It is a graph which shows the strain distribution in the range of -0.7 mm-+0.7 mm as a reference point (0 point).
In FIGS. 9 and 10, the center of the first strain gauges G1 and G3 on the grid length 148 μm fixing portion 3 side is attached to a portion −0.3 mm from the reference position, while the grid length on the weight portion 6 side is attached. 200 μm second strain gauges G2 and G4 are attached to a portion 0.3 mm from the reference position.

これは、表2の計算結果により求められたグリッド長148μmのもの、即ち、重り部6側のひずみゲージG2、G4のグリッド長200μmより固定部3側のひずみゲージG1、G3のグリッド長を短く設定したものである。
この結果、X方向に1000Gの加速度が印加された場合のひずみ、即ち、総ひずみは、表5に示されるように、ε1−ε2+ε3−ε4=436.89と大きなひずみ出力が得られる。
This is the grid length of 148 μm obtained from the calculation result of Table 2, that is, the grid lengths of the strain gauges G1 and G3 on the fixed portion 3 side are shorter than the grid length of 200 μm on the strain gauges G2 and G4 on the weight portion 6 side. It is set.
As a result, as shown in Table 5, a large strain output of ε1−ε2 + ε3−ε4 = 436.89 is obtained as the strain when the acceleration of 1000 G is applied in the X direction, that is, the total strain.

これに対し、Z方向に1000Gの加速度が印加された場合のZ方向加速時のひずみは、表6に示されるように、
ε1−ε2+ε3−ε4=0.00
となり干渉が0となる。
In contrast, as shown in Table 6, the strain during acceleration in the Z direction when 1000 G acceleration is applied in the Z direction is as shown in Table 6.
ε1-ε2 + ε3-ε4 = 0.00
And the interference becomes zero.

これも固定部3側のひずみゲージG1、G3のグリッド長148μmと重り部6側のひずみゲージG2、G4のグリッド長200μmのひずみ検出が平均化され、且つ相殺されて干渉が消失されたものと考えられる。
ひずみゲージのグリッド長を100μm〜400μmの範囲につき、固定部3側と重り部6側のそれぞれのひずみゲージのグリッド長を調整して、干渉度が0%となる組合わせ例と、共にグリッド長が100μmのグリッド長の組み合わせ時における干渉度が−0.186%であったことから、この干渉度を半減化する干渉度−0.09%の場合と、干渉度0.09%の場合の組み合わせ例を、表7に示す。
This also means that the strain detections of the strain gauges G1 and G3 on the fixed part 3 side of the grid length 148 μm and the strain gauges G2 and G4 on the weight part 6 side of the grid length of 200 μm are averaged and canceled to cancel the interference. Conceivable.
For the strain gauge grid length in the range of 100 μm to 400 μm, adjust the grid length of each strain gauge on the fixed part 3 side and the weight part 6 side, and the combination example in which the interference degree is 0% and the grid length When the combination of the grid lengths of 100 μm is −0.186%, the interference degree that halves this interference degree is −0.09% and the interference degree is 0.09%. Table 7 shows examples of combinations.

この表7の組み合わせ例をグラフ化したものが図11である。
図11は、横軸に固定部6側ひずみゲージのグリッド長(μm)をとり、縦軸に重り部6側のひずみゲージのグリッド長(μm)をとって、干渉度0%の線分を中心として、干渉度−0.09%の線分と、干渉度0.09%の線分を併せて表示してなるものである。
ここで、第1のひずみゲージのグリッド長をxとし、Z軸方向の干渉度を半減するための第2のひずみゲージのグリッド長の上限許容値をyとし、下限許容値をyとしたとき、前記第2のひずみゲージの前記グリッド長の許容範囲yは、次の条件式(1)、(2)、(3):
(1)y=0.0007x+0.5959x+120.02
(2)y=0.0005x+0.723x+61.218
(3)y<y<y
を満足すればよい。
このように、第1のひずみゲージのグリッド長と、第2のひずみゲージのグリッド長の組み合わせを設定することにより、干渉度を0%としたり、干渉度を半減化し得る加速度計を適切に提供することができる。
FIG. 11 is a graph showing a combination example of Table 7.
In FIG. 11, the horizontal axis represents the grid length (μm) of the fixed portion 6 side strain gauge, and the vertical axis represents the strain gauge grid length (μm) on the weight portion 6 side. As a center, a line segment having an interference degree of -0.09% and a line segment having an interference degree of 0.09% are displayed together.
Here, the grid length of the first strain gauge and x, the second strain upper tolerance of the grid length gauge for halving the interference of the Z-axis direction and y 1, a lower allowable value y 2 Then, the allowable range y of the grid length of the second strain gauge is the following conditional expressions (1), (2), (3):
(1) y 1 = 0.0007x 2 + 0.5959x + 120.02
(2) y 2 = 0.0005x 2 + 0.723x + 61.218
(3) y 2 <y <y 1
Should be satisfied.
In this way, by setting the combination of the grid length of the first strain gauge and the grid length of the second strain gauge, an accelerometer that can reduce the interference degree to 0% or reduce the interference degree by half is appropriately provided. can do.

尚、本実施例では、第1のひずみゲージのグリッド長xは、100μm〜400μmの範囲を例示したが、この範囲に限定されるものではなく、同様の根拠のもとに、それ以上またはそれ以下のグリッド長のものに適用可能である。
尚、本発明は、上述し且つ図示した実施の形態に何ら限定されるものではなく、種々に変形して実施することができる。
In the present embodiment, the grid length x of the first strain gauge is exemplified as the range of 100 μm to 400 μm, but is not limited to this range, and more or more based on the same basis. The following grid lengths are applicable.
The present invention is not limited to the above-described and illustrated embodiments, and can be implemented with various modifications.

1 加速度計
2 起歪体
3 固定部
4 起歪部
5 スリット
5a スリットの中心線
6 重り部
9R、9W、9B、9G ゲージタブ
5b、5c 半円弧部
5d 突出部
G1、G2、G3、G4 ゲージ
R1、R2、R3、R4 抵抗値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Accelerometer 2 Strain body 3 Fixed part 4 Strain part 5 Slit 5a Slit center line 6 Weight part 9R, 9W, 9B, 9G Gauge tab 5b, 5c Semicircular arc part 5d Protrusion part G1, G2, G3, G4 Gauge R1 , R2, R3, R4 Resistance value

Claims (7)

ビーム状を呈する起歪体の長手方向における基端側を固定部とし、中間に前記長手方向に直交する方向に貫通するスリットを形成して薄肉となした一対の起歪部とし、先端側を重り部とし、前記起歪部に少なくとも4つのひずみゲージをそれぞれのゲージ軸を前記長手方向に向けて添着してなる加速度計であって、
前記スリットの中央を境界として、
ホイートストンブリッジ回路の一方の対辺に接続される複数の第1のひずみゲージおよび前記一方の対辺に隣接する他方の対辺に接続される複数の第2のひずみゲージを前記起歪部上の対称位置に、それぞれ添着し、
前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージの各々の抵抗値を全て等しく設定すると共に、前記第1のひずみゲージのグリッド長に対する前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせ、前記ホイートストンブリッジ回路において、グリッドの主感度方向の出力を大きくし、主感度方向に直交する方向の出力を相殺し得るように、設定したことを特徴とする加速度計。
The base end side in the longitudinal direction of the strain-generating body exhibiting a beam shape is a fixed portion, and a pair of thin strain-generating portions formed by forming a slit penetrating in the direction perpendicular to the longitudinal direction in the middle, and the distal end side is It is an accelerometer formed by attaching a weight part and attaching at least four strain gauges to the strain generating part with each gauge axis directed in the longitudinal direction,
With the center of the slit as a boundary,
A plurality of first strain gauges connected to one side of the Wheatstone bridge circuit and a plurality of second strain gauges connected to the other side adjacent to the one side are placed at symmetrical positions on the strain generating portion. , Respectively,
The resistance values of the first strain gauge and the second strain gauge are all set equal, and the grid length of the second strain gauge is different from the grid length of the first strain gauge, and the Wheatstone In the bridge circuit, an accelerometer is set so that the output in the main sensitivity direction of the grid can be increased and the output in the direction orthogonal to the main sensitivity direction can be canceled.
前記第1のひずみゲージのグリッド長に対し前記第2のひずみゲージのグリッド長を長く形成したことを特徴とする請求項1に記載の加速度計。   The accelerometer according to claim 1, wherein the grid length of the second strain gauge is formed longer than the grid length of the first strain gauge. 前記スリット中心に対し、所定間隔を隔てて前記起歪部の内面側を対称的に断面半円弧状に形成することでさらに二重アーチ状の起歪部を設け、前記スリットの中心から対称の前記半円弧状の薄肉部に対応する平面側に、複数の前記第1のひずみゲージおよび複数の前記第2のひずみゲージをそれぞれ添着してなることを特徴とする請求項1または2に記載の加速度計。   A double arch-shaped strain-generating portion is provided by symmetrically forming the inner surface side of the strain-generating portion into a semicircular cross-section with a predetermined interval from the slit center, and is symmetrical from the center of the slit. The plurality of the first strain gauges and the plurality of the second strain gauges are respectively attached to the plane side corresponding to the semicircular arc thin portion. Accelerometer. 前記起歪体に対し、前記重り部が主感度方向に変位する上下方向をX軸方向とし、
左右方向に変位する方向をY軸方向とし前後方向に変位する方向をZ軸方向としたとき、重り部がX軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、一方が圧縮ひずみ、他方が引張ひずみを受けるように変形して前記ホイートストンブリッジ回路の出力端に大きな出力をもたらし、重り部がY軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けるように変形して、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて実質的な出力はもたらさず、重り部がZ軸方向に変位したとき、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージは、圧縮ひずみまたは引張ひずみを同様に受けると共に、前記第1のひずみゲージと前記第2のひずみゲージのグリッド長を異ならせることによって、前記ホイートストンブリッジ回路内で相殺されて小さな出力をもたらすように、構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の加速度計。
The vertical direction in which the weight portion is displaced in the main sensitivity direction with respect to the strain body is defined as the X-axis direction,
When the direction displaced in the left-right direction is the Y-axis direction and the direction displaced in the front-rear direction is the Z-axis direction, when the weight is displaced in the X-axis direction, the first strain gauge and the second strain gauge are The first strain gauge and the first strain gauge are deformed so that one side is subjected to compressive strain and the other side is subjected to tensile strain to produce a large output at the output end of the Wheatstone bridge circuit, and the weight portion is displaced in the Y-axis direction. 2 strain gauges are similarly deformed to receive compressive strain or tensile strain, and cancel each other in the Wheatstone bridge circuit to provide no substantial output. When the weight portion is displaced in the Z-axis direction, The first strain gauge and the second strain gauge are similarly subjected to compressive strain or tensile strain, and the first strain gauge and the second strain gauge By varying the lid length, the Wheatstone bridge as circuit is offset by results in small output, accelerometer according to any one of claims 1 to 3, characterized by being configured.
前記第1のひずみゲージは、所定間隔を隔てて形成された前記二重アーチ状の前記固定側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第1のひずみゲージの前記グリッド長の中心を合致させ、
前記第2のひずみゲージは、前記二重アーチ状の前記重り側の半円弧状の頂点に対応する平面側位置に、前記第2のひずみゲージのグリッド長の中心を合致させた状態で添着してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の加速度計。
The first strain gauge has a grid length of the first strain gauge at a plane side position corresponding to the semicircular arc apex of the fixed side of the double arch formed at a predetermined interval. Match the center,
The second strain gauge is attached in a state where the center of the grid length of the second strain gauge is aligned with the plane side position corresponding to the semicircular arc apex on the weight side of the double arch. The accelerometer according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記第1のひずみゲージのグリッド長をxとし、前記Z方向の干渉度を半減するための前記第2のひずみゲージのグリッド長の上限許容値をyとし、下限許容値をyとしたとき、前記第2のひずみゲージの前記グリッド長の許容範囲yは、次の条件式(1)、(2)、(3):
(1)y=0.0007x+0.5959x+120.02
(2)y=0.0005x+0.723x+61.218
(3)y<y<y
を満足することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の加速度計。
The grid length of said first strain gauge and x, the grid length upper tolerance of the Z direction of the interference of the second strain gauge for halving the as y 1, a lower allowable value was y 2 When the allowable range y of the grid length of the second strain gauge is the following conditional expressions (1), (2), (3):
(1) y 1 = 0.0007x 2 + 0.5959x + 120.02
(2) y 2 = 0.0005x 2 + 0.723x + 61.218
(3) y 2 <y <y 1
The accelerometer according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記第1のひずみゲージの前記グリッド長xは、100μm〜400μmの範囲で設定することを特徴とする請求項6に記載の加速度計。   The accelerometer according to claim 6, wherein the grid length x of the first strain gauge is set in a range of 100 μm to 400 μm.
JP2012146184A 2012-06-29 2012-06-29 Accelerometer Active JP5950449B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012146184A JP5950449B2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012146184A JP5950449B2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Accelerometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014010021A JP2014010021A (en) 2014-01-20
JP5950449B2 true JP5950449B2 (en) 2016-07-13

Family

ID=50106857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012146184A Active JP5950449B2 (en) 2012-06-29 2012-06-29 Accelerometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5950449B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06194380A (en) * 1992-12-24 1994-07-15 Nippon Seiki Co Ltd Semiconductor acceleration sensor
JPH06294812A (en) * 1993-04-09 1994-10-21 Nippondenso Co Ltd Semiconductor acceleration sensor
JP2939921B2 (en) * 1993-12-13 1999-08-25 株式会社共和電業 Acceleration transducer
JP2939922B2 (en) * 1993-12-21 1999-08-25 株式会社共和電業 Acceleration transducer
JP2939923B2 (en) * 1994-06-16 1999-08-25 株式会社共和電業 Acceleration transducer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014010021A (en) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5699904B2 (en) Straining body and torque sensor
JP3956999B2 (en) Acceleration sensor
US20150212187A1 (en) Electrostatic capacitance sensor and method for correcting non-linear output
US10913652B2 (en) Micromechanical z-inertial sensor
Tian et al. The novel structural design for pressure sensors
JP2018532124A (en) Force measuring device
JP5950449B2 (en) Accelerometer
JP2011191126A (en) Strain element, load cell, and multi-point type balance
JP4514547B2 (en) Load cell
JP5183977B2 (en) Straining body for load cell, and load cell unit and weight measuring device using the same
JP6987676B2 (en) Torque sensor
JP4605525B2 (en) Force transducer
JP2016114489A (en) Force sensor
JP2008139136A (en) Mechanics quantity sensor and its manufacturing method
JP2010181242A (en) Load cell
JP2011075494A (en) Load sensor
JP6364637B2 (en) Load transducer
JP2008107300A (en) Acceleration sensor
JP2007256046A (en) Acceleration sensor
JP4631864B2 (en) Acceleration sensor
KR20160022707A (en) Load measuring device capable of output characteristic compensation
JP4514834B2 (en) Load cell
KR20150112756A (en) Load measuring device capable of output characteristic comoensation
KR101503642B1 (en) Load measuring device capable of output characteristic comoensation
JP2014041110A (en) Displacement sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160509

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160603

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5950449

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250