JPH01148970A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JPH01148970A JPH01148970A JP30902087A JP30902087A JPH01148970A JP H01148970 A JPH01148970 A JP H01148970A JP 30902087 A JP30902087 A JP 30902087A JP 30902087 A JP30902087 A JP 30902087A JP H01148970 A JPH01148970 A JP H01148970A
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は圧電材料の電気機械変換特性を利用し、物体の
振動やそれによって生じる物体の加速度を検出する加速
度センサに関するものである。
振動やそれによって生じる物体の加速度を検出する加速
度センサに関するものである。
従来の技術
従来、物体における振動、加速度を検出する圧電材料の
電気機械変換特性を利用したセンサとして屈曲振動モー
ドの片持ち梁型構造である矩形状貼り合わせ圧電振動子
が広く知られている。片持ち梁型構造をとるセンサの場
合、振動子の一端固定という固定条件の実現が難しいが
、特開昭５９−７０９２３号公報に示されているような
、トランスジューサ部分である片持ち梁型構造の屈曲振
動子を円板等の板状貼り合わせ圧電素子に溝を切ること
によって作り込み、前記屈曲振動子はその一端において
貼り合わせ圧電素子板状板と一体であり鎖板の周辺部を
固定支持することにより、固定条件の解伝が図られてい
るものがある。このような圧電型加速度センサの信号は
、別途用意された電荷増幅器あるいは電圧増幅器を通し
て、所定の出力信号にして取り出される。
電気機械変換特性を利用したセンサとして屈曲振動モー
ドの片持ち梁型構造である矩形状貼り合わせ圧電振動子
が広く知られている。片持ち梁型構造をとるセンサの場
合、振動子の一端固定という固定条件の実現が難しいが
、特開昭５９−７０９２３号公報に示されているような
、トランスジューサ部分である片持ち梁型構造の屈曲振
動子を円板等の板状貼り合わせ圧電素子に溝を切ること
によって作り込み、前記屈曲振動子はその一端において
貼り合わせ圧電素子板状板と一体であり鎖板の周辺部を
固定支持することにより、固定条件の解伝が図られてい
るものがある。このような圧電型加速度センサの信号は
、別途用意された電荷増幅器あるいは電圧増幅器を通し
て、所定の出力信号にして取り出される。
発明が解決しようとする問題点
上記の様な従来の加速度センサでは、強誘電体である圧
電材料をトランスジューサ材料として用いるため、加速
度のような機械力を検出すると同時に、該材料が外界に
よって温度変化を受ければやはり電荷を発生する。この
パイロ電気の発生は次式によって与えられる。
電材料をトランスジューサ材料として用いるため、加速
度のような機械力を検出すると同時に、該材料が外界に
よって温度変化を受ければやはり電荷を発生する。この
パイロ電気の発生は次式によって与えられる。
ｄＱ／ｄ ｔ ＝ｋ −ｄＴ／ｄ ｔ （１）
ここでＱは電荷、Ｔは温度、ｔは時間、モしてｋは比例
定数をあられす。即ち、この電荷の発生は検出すべき加
速度によって発生した電荷と区別することが不可能であ
り、加速度の計測に大きな誤差をもたらす。圧電材料を
２枚貼り合わせた構造の加速度センサは直列及び並列結
合により、理論的には該発生電荷を打ち消しあうことが
できるが、従来の加速度センサではこのことが殆ど考慮
されていす、過酷な温度条件下ではこのパイロ電気の発
生が生じ、このため高精度の加速度センサを供給できな
かった。 □ そこで、本発明は前述の温度変化を考慮し、パイロ電気
の発生により生じる出力を低減し、過酷な温度条件下で
も加速度検出感度の優れた高精度加速度センサを供給し
ようとするものである。
ここでＱは電荷、Ｔは温度、ｔは時間、モしてｋは比例
定数をあられす。即ち、この電荷の発生は検出すべき加
速度によって発生した電荷と区別することが不可能であ
り、加速度の計測に大きな誤差をもたらす。圧電材料を
２枚貼り合わせた構造の加速度センサは直列及び並列結
合により、理論的には該発生電荷を打ち消しあうことが
できるが、従来の加速度センサではこのことが殆ど考慮
されていす、過酷な温度条件下ではこのパイロ電気の発
生が生じ、このため高精度の加速度センサを供給できな
かった。 □ そこで、本発明は前述の温度変化を考慮し、パイロ電気
の発生により生じる出力を低減し、過酷な温度条件下で
も加速度検出感度の優れた高精度加速度センサを供給し
ようとするものである。
問題点を解決するための手段
圧電振動子或は該圧電振動子を内部に造りこんだ圧電材
料板を有する加速度センサにおいて、トランスジューサ
部である圧電素子の周囲に、より熱伝導の良好な材料で
取り囲んだ層を設け、その周囲を前記材料より熱伝導の
悪い材料で取り囲んだ層を設けるとともに、前記熱伝導
の良好な材料をセンサ取り付け面にまで露出せしめる。
料板を有する加速度センサにおいて、トランスジューサ
部である圧電素子の周囲に、より熱伝導の良好な材料で
取り囲んだ層を設け、その周囲を前記材料より熱伝導の
悪い材料で取り囲んだ層を設けるとともに、前記熱伝導
の良好な材料をセンサ取り付け面にまで露出せしめる。
作 用
上記（１）式から明らかなように、温度の時間変化を低
減できればパイロ電気による起電力の発生が低減できる
。このため、トランスジューサ部の圧電材料の温度変化
を極力低減する方法としてトランスジューサ支持部を含
むこの周囲部に、より熱伝導の良好な材料で取り囲んだ
層を設け、この部分の場所による温度勾配を低減し、ト
ランスジューサ部の温度の場所的な不均一を除去する。
減できればパイロ電気による起電力の発生が低減できる
。このため、トランスジューサ部の圧電材料の温度変化
を極力低減する方法としてトランスジューサ支持部を含
むこの周囲部に、より熱伝導の良好な材料で取り囲んだ
層を設け、この部分の場所による温度勾配を低減し、ト
ランスジューサ部の温度の場所的な不均一を除去する。
さらに、この効果を強力なものにするため、この部分か
らセンサ取り付け面に該熱伝導の良好な材料を露出させ
、熱容量の大きな取り付け本体と熱的に結合する。これ
によってトランスジューサ周囲部の熱による変動を低減
できる。また、この熱伝導の良好な材料で取り囲んだ層
の周囲部をより熱伝導の悪い材料で取り囲んだ層を設け
ることにより、外部に温度変化が生じてもこの層によっ
て熱勾配を太き（し外的な温度変化を低減する。以上の
構造を取ることによってトランスジューサ部の熱的変化
（ｄＴ／ｄｔ）が低減できパイロ効果による出力を著し
く低減するものである。これによって加速度のみを精度
よく検出しうる加速度センサが得られる。
らセンサ取り付け面に該熱伝導の良好な材料を露出させ
、熱容量の大きな取り付け本体と熱的に結合する。これ
によってトランスジューサ周囲部の熱による変動を低減
できる。また、この熱伝導の良好な材料で取り囲んだ層
の周囲部をより熱伝導の悪い材料で取り囲んだ層を設け
ることにより、外部に温度変化が生じてもこの層によっ
て熱勾配を太き（し外的な温度変化を低減する。以上の
構造を取ることによってトランスジューサ部の熱的変化
（ｄＴ／ｄｔ）が低減できパイロ効果による出力を著し
く低減するものである。これによって加速度のみを精度
よく検出しうる加速度センサが得られる。
実施例
第１図は本特許の一実施例を示す図である。（ａ）に斜
視図、（ｂ）に圧電素子１の断面図、（Ｃ）に本発明の
加速度センサの上面からみた断面図、（ｄ）にその側面
からみた断面図、そして（ｅ）に底面図を示す。
視図、（ｂ）に圧電素子１の断面図、（Ｃ）に本発明の
加速度センサの上面からみた断面図、（ｄ）にその側面
からみた断面図、そして（ｅ）に底面図を示す。
１は板状圧電素子であり、その厚み方向に互いに反対方
向に分極軸を有する２枚の板状圧電素子１ａ、１ｂとこ
れらを貼り合わせる接着層１ｃからなる。この接着層１
ｃは圧電素子１ａ、１ｂを電気的に導通させるもので電
極としての機能も有する。該板状圧電素子の中央部に図
のように圧電素子板が左右対称になるように、レーザ加
工によって”コ″の字状のスリット（切り抜き〉２を形
成し、スリット２で囲まれた部分は片持ち梁構造の屈曲
振動モード娠動子３となる。屈曲振動子３の上下面およ
び貼り合わせ面には電極４ａ、４ｂを有し、上下面の電
極が出力取り出し電極となる。
向に分極軸を有する２枚の板状圧電素子１ａ、１ｂとこ
れらを貼り合わせる接着層１ｃからなる。この接着層１
ｃは圧電素子１ａ、１ｂを電気的に導通させるもので電
極としての機能も有する。該板状圧電素子の中央部に図
のように圧電素子板が左右対称になるように、レーザ加
工によって”コ″の字状のスリット（切り抜き〉２を形
成し、スリット２で囲まれた部分は片持ち梁構造の屈曲
振動モード娠動子３となる。屈曲振動子３の上下面およ
び貼り合わせ面には電極４ａ、４ｂを有し、上下面の電
極が出力取り出し電極となる。
該圧電振動子３の上下部分に空間ができるように、圧電
素子と熱膨張係数のほぼ等しい４２％Ｎｉ−Ｆｅの枠５
ａおよび５ｂで該板状圧電素子の周辺を上下から挟み込
み圧電素子の中心面に対して対称になるように圧電素子
を固定する。さらにこれらを熱伝導率の大きい（約４０
０Ｗ／ｍ−Ｋ）上下および左右に対称な箱型鋼ケース６
の中に固定する。この銅ケースはセンサ取り付け部側に
６ａのように延長されセンサ取り付け面に露出させる。
素子と熱膨張係数のほぼ等しい４２％Ｎｉ−Ｆｅの枠５
ａおよび５ｂで該板状圧電素子の周辺を上下から挟み込
み圧電素子の中心面に対して対称になるように圧電素子
を固定する。さらにこれらを熱伝導率の大きい（約４０
０Ｗ／ｍ−Ｋ）上下および左右に対称な箱型鋼ケース６
の中に固定する。この銅ケースはセンサ取り付け部側に
６ａのように延長されセンサ取り付け面に露出させる。
さらに、この外側を第一図のようにより熱伝導率の小さ
い（約０２２Ｗ／ｍ−Ｋ）プラスチック７で覆い、さら
にその外側に表面光沢を有するニッケル薄膜８を無電解
メツキによって形成させる。９はセンサの取り付け穴で
あり、１０はインピーダンス変換等を含む電子回路であ
り、１１はセンサ信号の取り出し端子である。
い（約０２２Ｗ／ｍ−Ｋ）プラスチック７で覆い、さら
にその外側に表面光沢を有するニッケル薄膜８を無電解
メツキによって形成させる。９はセンサの取り付け穴で
あり、１０はインピーダンス変換等を含む電子回路であ
り、１１はセンサ信号の取り出し端子である。
このセンサの電気回路を第２図に示す。同図（ａ）に示
すように圧電素子を直列型に結線したセンサの等価回路
が同図（ｂ）である。上述の屈曲モードの片持ち梁構造
の圧電振動子が加速度をうけた場合に生じる振動によっ
て生じる出力電圧は図の点線で囲まれた等価回路の２つ
の電極間に得られ、さらにインピーダンス変換、増幅さ
れ出力信号となる。この際、等価回路から明らかなよう
にパイロ電気は相殺される。
すように圧電素子を直列型に結線したセンサの等価回路
が同図（ｂ）である。上述の屈曲モードの片持ち梁構造
の圧電振動子が加速度をうけた場合に生じる振動によっ
て生じる出力電圧は図の点線で囲まれた等価回路の２つ
の電極間に得られ、さらにインピーダンス変換、増幅さ
れ出力信号となる。この際、等価回路から明らかなよう
にパイロ電気は相殺される。
第３図には上記とは別の電気回路を示す。同図（ａ）に
示すように、分極方向を厚み方向に同方向とし、上下面
を短絡してひとつの電極とし、一方接着面を別の電極と
したいわゆる並列型に結線したものである。等価回路は
同図（ｂ）である。この回路によってもパイロ電気は相
殺でき、上記の直列型と同様に加速度のみを検出できる
。
示すように、分極方向を厚み方向に同方向とし、上下面
を短絡してひとつの電極とし、一方接着面を別の電極と
したいわゆる並列型に結線したものである。等価回路は
同図（ｂ）である。この回路によってもパイロ電気は相
殺でき、上記の直列型と同様に加速度のみを検出できる
。
実施例においては取り付け面に平行な方向の加速度を検
出する加速度センサの構造について述べたが、片持ち梁
の面を取り付け面に平行にするように取り付ければ取り
付け面の法線方向の加速度が計測できる。また用いた材
料も特に限定されるようなものはなく、熱伝導率の小さ
いものでは各種セラミックス、木材等がよ（用いられ、
一方熱伝導率の大きいものでは鉄、アルミニウム、銀お
よび金等の金属が適している。
出する加速度センサの構造について述べたが、片持ち梁
の面を取り付け面に平行にするように取り付ければ取り
付け面の法線方向の加速度が計測できる。また用いた材
料も特に限定されるようなものはなく、熱伝導率の小さ
いものでは各種セラミックス、木材等がよ（用いられ、
一方熱伝導率の大きいものでは鉄、アルミニウム、銀お
よび金等の金属が適している。
また、これらの熱伝導率の大きい層都小さい層を多層に
するとより焦電効果を受けにくくなる。
するとより焦電効果を受けにくくなる。
発明の効果
本発明によれば、加速度センサのトランスジューサ部で
ある圧電振動子部の温度の時間変化を、センサ外部から
の熱輻射をセンサ表面層で反射すると同時に外部から伝
達される熱伝達を熱伝導の悪い物質により低減し、さら
に圧電素子部周辺を熱伝導の良好な物質で覆うことによ
って、さらにはこの物質とセンサを取り付ける熱容量の
大きい物体とトランスジューサ部周辺を熱的に結合する
ことにより、圧電振動子部の温度の時間変化を極力低減
することが可能となり、（１）式で表される各圧電素子
に生じるパイロ電気による影響を低減できると同時に、
これを電気回路によって相殺すれば、加速度のみを精度
良く計測できるセンサが実現できる。
ある圧電振動子部の温度の時間変化を、センサ外部から
の熱輻射をセンサ表面層で反射すると同時に外部から伝
達される熱伝達を熱伝導の悪い物質により低減し、さら
に圧電素子部周辺を熱伝導の良好な物質で覆うことによ
って、さらにはこの物質とセンサを取り付ける熱容量の
大きい物体とトランスジューサ部周辺を熱的に結合する
ことにより、圧電振動子部の温度の時間変化を極力低減
することが可能となり、（１）式で表される各圧電素子
に生じるパイロ電気による影響を低減できると同時に、
これを電気回路によって相殺すれば、加速度のみを精度
良く計測できるセンサが実現できる。
第１図は本発明の一実施例における加速度センサを示し
、（ａ）はその要部の斜視図、（ｂ）は圧電素子部分の
断面図、（Ｃ）は上面からみた断面図、ω）は側面から
みた断面図、（ｅ）は底面図、第２図（ａ）及び（ｂ）
は、各々第１図の実施例の加速度センサを駆動するため
の電気回路の一例を示す回路図及びその等価回路図、第
３図（ａ）及び（ｂ）は、各々第１図の実施例の加速度
センサを駆動するための電気回路の他の例を示す回路図
及びその等価回路図である。 １・・・・板状圧電素子、１ａ、１ｂ・・・・板状圧電
素子、ＩＣ・・・・接着層、２・・・・スリット（切り
抜き）、３・・・・屈曲振動モード振動子、４・・・・
電極、５ａ、５ｂ・・・・４２％Ｎｉ−Ｆｅ製の枠、６
・・・・箱型鋼ケース、７・・・・プラスチック、８・
・・・ニッケル薄膜、９・・・・センサ取り付け穴、１
０・・・・電気回路、１１・・・・センサ信号の取り出
し端子。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名ＩＰ、 Ｉ
Ｐ’−−一定電５気源 Ｑ、Ｃ’ −素子、容、量 Ｒ，ｌ？’−一一素子内部才氏抗 Ｒ″−−−ダトｇ１３７でし２几 第 ２１１１ （の） （ｂン ＩＰ、 ＩＰ’一定電流電源 Ｃ，Ｃ・−素子ｇ！ ｆｆ、／ｅ’−−素子内部払才九 Ｒ″−外部抵抗 第３図 ｃ山） Ｌ−−−−−Ｊ
、（ａ）はその要部の斜視図、（ｂ）は圧電素子部分の
断面図、（Ｃ）は上面からみた断面図、ω）は側面から
みた断面図、（ｅ）は底面図、第２図（ａ）及び（ｂ）
は、各々第１図の実施例の加速度センサを駆動するため
の電気回路の一例を示す回路図及びその等価回路図、第
３図（ａ）及び（ｂ）は、各々第１図の実施例の加速度
センサを駆動するための電気回路の他の例を示す回路図
及びその等価回路図である。 １・・・・板状圧電素子、１ａ、１ｂ・・・・板状圧電
素子、ＩＣ・・・・接着層、２・・・・スリット（切り
抜き）、３・・・・屈曲振動モード振動子、４・・・・
電極、５ａ、５ｂ・・・・４２％Ｎｉ−Ｆｅ製の枠、６
・・・・箱型鋼ケース、７・・・・プラスチック、８・
・・・ニッケル薄膜、９・・・・センサ取り付け穴、１
０・・・・電気回路、１１・・・・センサ信号の取り出
し端子。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名ＩＰ、 Ｉ
Ｐ’−−一定電５気源 Ｑ、Ｃ’ −素子、容、量 Ｒ，ｌ？’−一一素子内部才氏抗 Ｒ″−−−ダトｇ１３７でし２几 第 ２１１１ （の） （ｂン ＩＰ、 ＩＰ’一定電流電源 Ｃ，Ｃ・−素子ｇ！ ｆｆ、／ｅ’−−素子内部払才九 Ｒ″−外部抵抗 第３図 ｃ山） Ｌ−−−−−Ｊ
Claims (2)
- （１）圧電振動子或は該圧電振動子を内部に造りこんだ
圧電材料板を有する加速度センサにおいて、トランスジ
ューサ部である圧電素子の周囲に、より熱伝導率の大き
い材料で取り囲んだ層を設け、その周囲を前記材料より
熱伝導率の小さい材料で取り囲んだ層を少なくとも一層
以上設けたるとともに、前記熱伝導の良好な材料をセン
サ取り付け面にまで露出せしめたことを特徴とする加速
度センサ。 - （２）熱伝導度の良好な材料が、鉄、銅、銀、金、アル
ミニウム等の金属材料であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30902087A JPH01148970A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30902087A JPH01148970A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01148970A true JPH01148970A (ja) | 1989-06-12 |
Family
ID=17987914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30902087A Pending JPH01148970A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01148970A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5003824A (en) * | 1989-12-26 | 1991-04-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Vibration/acceleration sensor |
| JP2009241670A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Daifuku Co Ltd | 作業用台車 |
| JP2009241669A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Daifuku Co Ltd | 作業用台車 |
| JP2015014530A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | ジェイ・アール・シー特機株式会社 | 振動センサ |
-
1987
- 1987-12-07 JP JP30902087A patent/JPH01148970A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5003824A (en) * | 1989-12-26 | 1991-04-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Vibration/acceleration sensor |
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