JPH0293370A

JPH0293370A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH0293370A
Application number: JP24451988A
Authority: JP
Inventors: Shogo Asano; 浅野　勝吾; Juhei Takahashi; 寿平高橋; Okinori Sakurada; 桜田　興宣
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JP2524518B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内燃機関で走る車の加速度等を測定または検
出するための加速度センサに関するものである。

（従来の技術）従来、この種の加速度センサは、圧電セラミックを使用
しており、かつ加速度検出で必要な周波数が低い（０，
２〜２００Ｈｚ）ため、インピーダンス変換回路を備え
ている。

次に、上記従来例の動作について説明する。第７図にお
いて、７１は圧電セラミックで、片持梁にカットされて
いる。７２はインピーダンス変換回路であり、圧電セラ
ミック７１のインピーダンスを小さい抵抗値に変換して
いる０片持梁になっている圧電セラミック７１を固定し
ている筐体に加速度が加わると、圧電セラミック７１の
片持梁はたわみ、加速度に比例した電圧を発生する。こ
の発生電圧をそのまま送ると、圧電セラミックのインピ
ーダンスが大きいため、誘導ノイズを受けたり、受は回
路の入力インピーダンスが小さいと損失が大きくなり、
結果的に出力電圧が小さくなって使いものにならなくな
る。これを改善するため、インピーダンス変換回路を圧
電セラミック７１０近くに置き、つまり加速度センサの
中に入れ、低い出力インピーダンスにして発生電圧をセ
ンサの外へ送っている。インピーダンス変換回路の入力
抵抗は少なくとも１０ＭΩ以上にする必要があり、その
ため、電界効果トランジスタ（Ｆ　Ｅ　Ｔ）を使用して
おり、ＦＥＴを使う故にラッチアップ現象をなくするた
めにＦＥＴの入力に純抵抗Ｒを付ける必要があり、この
純抵抗Ｒにより低周波側のカットオフ周波数が決定され
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の圧電型加速度センサでは、特
に１七以下の超低周波領域の加速度を測定する場合１周
囲温度の影響を受け、周囲温度に比例した電荷が発生し
くこれを焦電現象という）、ノイズとなっていた。そし
て、この焦電現象を補償する手段を従来のセンサでは欠
いていた。

また、圧電素子部に劣化、オープン、ショートなどの故
障を生じた場合、それらを検出する手段を有していなか
った。

（課題を解決するための手段）本発明は上記２つの問題を解決するため、まず、圧電デ
ィスク中心固定型構造を採用し、振動板の表裏面にそれ
ぞれセンサ出力用と焦電キャンセル用の２枚の圧電素子
を貼り付け、リード線で接続することによって、周囲温
度変化に対する焦電現象が特性に与える影響をキャンセ
ルするようにした。いうまでもなく、焦電キャンセル用
圧電素子に発生する温度の変化により増減する電荷は、
センサ出力用圧電素子に温度の変化により増減する電荷
と同程度のものとする。

次に、センサ出力用の圧電素子の電極を２つに分割して
、その一方を駆動用電極とし、電気信号を印加して他方
の圧電素子電極からの出力値をチエツクすることによっ
て、センサフェイルを検出するようにしている。

（作　用）上記の如く本発明によれば、一方の圧電素子のセンサ出
力に混じている焦電現象が他方の圧電素子の出力によっ
てキャンセルされるから、正確な加速度の検出、測定が
でき、また、センサ出力用の圧電素子の電極を２分し、
一方のｙｊＡ動用電極に電気信号を印加してやれば、他
方の電極に生じる出力値によってセンサが正常に作用し
ているかどうかを検出することができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について説明する。

第１図ないし第６図において、基台１の片面中央部に形
成された位置決め孔２５を有する突起部１′に、振動板
４が中央部で溶接などの手段によって固定され、振動板
４の上面に１表面の生電極がセンサ出力生電極１４と圧
電素子駆動用生電極１５とに２分割され、裏面にも一電
極２が形成された圧電セラミック素子５が、振動板４の
中央部に形成されたビード１０の外周に導通接着固定さ
れている。また、振動板４の下面には、上記上面圧電セ
ラミック素子５のセンサ出力の生電極１４と同じ面積の
一電極３を貼合せ面と反対の側に有する焦電キャンセル
用圧電セラミック素子６が振動板４に形成されたビード
１０′の外周に導通接着されているとともに、上記セン
サ出力生電極１４と焦電キャンセル素子６の一電極３と
がリードフレーム７′にて３０および３１の箇所で半田
接続され、絶縁埋込みリードピン９と回路基板１１を介
して出力リードピン１２へと接続されている。これは周
囲温度の影響を受けて、焦電現象によってセンサ出力生
電極１４に発生した電荷を焦電キャンセル用圧電セラミ
ック素子の一電極３に発生した電荷でキャンセルする役
目を果たすものである。また、圧電セラミック素子６の
接着面には生電極８が形成されており、振動板４と導通
接着されている。

振動板４には同心円状にビードｔｏ、　ｔｏ’が形成さ
れており、剛性向上と接着剤流れ防＋ｈの役目を果たし
ている。振動板４′（第６図）のように外周部を絞り、
出力アップを図った形状のものでもよｔ曳。

１３は素子駆動用リードピンであり、リードフレーム７
″を介して圧電セラミック素子５に形成された圧電素子
駆動用＋電極１５に半田２９で半田付は接続されている
。１６は回路基板１１の電源供給り一ドピン、１７はグ
ラウンド用リードピンであり、それぞれ回路基板１１に
接続されている。１８．１９は回路基板１１を支持する
ための絶縁埋込みリードピンである。

以上のリードピン９　、１２．１３．１６．１８．１９
は基台１に封着ガラス２３などによって絶縁ハーメチッ
ク固定されており、グラウンド用リードピン１７だけが
ロウ付けなどの手段によって導通接続されている。

２４は突起部１′にあいた位置決め孔２５を封着するた
めの封着ガラスである。

２０はキャップであり、キャップ固定部２１で基台１に
全周抵抗溶接または全周冷間圧接などの手段によって固
定されている。従って、圧電セラミック素子５，６およ
び回路基板１１を内蔵する空間部２２は密封されている
。

回路基板１１の回路部は、インピーダンス変換。

出力の増幅、ろ波を目的とするものである。

このような構成を有する加速度センサは、基台１に形成
されたネジ孔２６を介してボルト２７．ワッシャ２８を
介して自動車に取付けられるものである。

加速度の検出径路は下記の通りである。

自動車に発生した加速度は、基台１を介して振動板４に
伝播されて振動板４にたわみを与える。

振動板４のたわみは圧電セラミック素子に引張力と圧縮
力とを交互に与えるため、圧電セラミック素子５，６に
電荷が発生する。この電荷は回路基板１１に形成された
インピーダンス変換回路で電圧に変換され、必要な帯域
、最適な出方レベルにされてろ波回路、増幅回路を通っ
てセンサ出力が得られることになる。

また、圧電セラミックは温度変化に対しても同様に電荷
を発生する（焦電現象）が、圧電セラミック素子５．６
は逆極性にしてあり、発生電荷がキャンセルされ、上記
の焦電現象の影響が少なくなる。

なお、これらの加速度センサは自動車用を目的としてい
るため、信頼性の要求が厳しい。そのため、故障してい
るかどうかをコントローラ側でチエツクできるようにす
るため、圧電セラミック素子５の電極が分割されており
、コントローラ側の発振回路から圧電素子駆動用十電極
１５に適当な信号を駆動入力として入れてやれば、セン
サ出力子電極１４にそれに対応した駆動電力が現われ、
センサの故障診断が可能となる。

回路部は電源供給リートピン１６およびグラウンド用リ
ードピン１７がら電源が供給され、駆動されることとな
る。

（発明の効果）本発明の主たる効果は２つあり、その１つは振動板の表
裏両面に正負電極を背中合わせに２枚の圧電セラミック
素子を接着し、温度変化に基づき２枚の圧電セラミック
素子に生じる電荷を互いにキャンセルし、いわゆる焦電
効果によるノイズを無くすることができることであり、
その２つ目はセンサ用圧電セラミック素子を振動電極と
センサ出力電極とに分割し、駆動電極に適当な駆動信号
を入れ、センサ出力電極に生じる出力の状態によってセ
ンサが正しく動作しているがどうかをチエツクすること
ができることである。

以上のほか、実施例について見れば、次のような効果を
有している。

回路部を内蔵し、信号線の取出しを、基台にハーメチッ
ク植設されたリード線を介して行ない、キャップを全周
抵抗溶接などの手段によって固定することによって、ト
ランスデユーサおよび回路部を完全密封構造とし、信頼
性の向上が図られる。

回路部をトランスデユーサの上部に配置することによっ
て、回路基板と外部リードピンとの接続作業が容易とな
るとともに、全体の小型化が図れる。

振動板形状として、中央部の表裏にそれぞれ同心円状に
ビードを形成することによって、振動板の剛性向上と圧
電セラミック接着時の接着剤流れ防止が図れる。

振動板外周部に絞り加工を施して付加マスをっけ、セン
サ出力の増加が図られ、Ｓ／Ｎを向上することができる
。

出力、駆動素子の分割を同心円状に形成するとともに、
駆ｌ！Ｉ］′Ｉ４ｉ極を外側に、出力電極を内側に配置
することによって、外部励振時のセンサ出力と電気駆動
時の駆動出力の両方が大きくとれる。

圧電セラミック電極からの信号引出し法として、プレス
成形されたリードフレームを用いることによって、接続
作業の大幅な安定化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例を、第７図は従来
の加速度計の構成の一部を示し、第１図（ａ）は加速度
センサ上面断面図、第１図（ｂ）は回正面断面図、第１
図（ｃ）は同側面断面図、第２図（ａ）は第１図の一部
詳細を示す上面図、第２図（ｂ）は第１図の一部詳細を
示す正面断面図、第３図、第４図は本発明で使用する圧
電セラミック素子を示し、それぞれの（、）は上面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図、第５図（ａ）、第６
図（ａ）は本発明で使用する振動板の上面図、第５図（
ｂ）、第６図（ｂ）は同上振動板の側面断面図である。１・・・基台、　　１′・・・突起部、　２・・・圧電
セラミック素子５の一電極、　３・・・焦電キャンセル
用圧電素子６の一電極、　４・・・振動板、　５・・・
圧電セラミック素子、　６・・・圧電セラミック素子（
焦電キャンセル用）、７．７’、７″・・・リードフレ
ーム、　　８・・・圧電セラミック素子６の十市極、　
　９・・リードピン、　１０．１０’・・・ビード、　
１１・・・回路基板、　１２・・・出力リードピン、　
ｉ３・・・素子駆動用リードピン、　１４・・・センサ
出力＋電極、　１５・・・圧電素子駆動用＋電極、　１
６・・・電源供給リードピン、　１７・・・グラウンド
用リードピン、　１８．１９・・・絶縁埋込みリードピ
ン、２０・・・キャップ、　２１・・・キャップ固定部
、　２２・・・空間部、　２３．２４・・・封着ガラス
、　２５・・・位置決め孔、２６・・・ネジ孔、２７・
・ボルト、　２８・・・ワッシャ、２９，３０゜３１・
・・半田。特許出願人　松下電器産業株式会社第２図７．７−７″　リードフレーム回瓜シ苓りズ　　　Ｉ３　　免り馳中力田リードじン１
４　　センプ出力÷″４町極５−　ｈｔ＊”ｒ、Ｌｙｔ
ＩＪ？＋ＹＩｉ　ｔ−＞　　　　　２９．３０．３１　
・−￥　ｅ第図第（ａ）（ｂ）図ＩＱ’ −，，１３９− 第図第図（ａ）（ｂ）ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

　（１）片面中央部に環状突起を有する基台と、中央部
が上記突起に固定された振動板と、上記振動板の表裏両
面に正負電極を背中合わせにして接着された２枚の圧電
セラミック素子を有し、その一方の圧電セラミック素子
の出力により他方の圧電セラミック素子に生じる焦電現
象をキャンセルすることを特徴とする加速度センサ。
　（２）１枚の圧電セラミック素子を駆動素子と出力素
子とに分割し、駆動素子に駆動電極を、出力素子に出力
電極を設けたことを特徴とする加速度センサ。