JPH04235353A - 加速度センサ - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関を備えた自動
車等の走行加速度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。

【０００２】

【従来の技術】図７〜図１６は従来の加速度センサの構
成を示している。図７は従来の加速度センサの平面図、
図８は図７のＶＩ−ＶＩ線に沿った正面断面図、図９は
図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った側面断面図、図１０は
従来例における主要部の平面図、図１１は従来例の主要
部の正面断面図、図１２は従来例におけるセンサ出力用
圧電セラミック素子の平面図、図１３は従来例における
焦電キャンセル用圧電セラミック素子の平面図、図１４
は従来例における振動板の平面図、図１５は同振動板の
断面図、図１６は要部の回路図である。

【０００３】これらの図において、１は基台であり、そ
の表面中央部に位置決め穴２を有する環状突起３が形成
されている。４は振動板であり、その中央部が基台１の
環状突起３に溶接等の手段により固定されている。５は
振動板４の上面に固定されたセンサ出力用の圧電セラミ
ック素子であり、この圧電セラミック素子５は、図１０
に示すように、中心部に丸穴６を有するドーナツ状に形
成され、表面がセンサ出力用のプラス電極７と圧電セラ
ミック素子駆動用のプラス電極８とに２分割されている
。

【０００４】圧電セラミック素子５は、その裏面全体の
マイナス電極９が、振動板４の中央部に形成された環状
ビード１０の外周に丸穴６を嵌め込んだ状態で、振動板
４の表面に導通接着されている。１１は焦電キャンセル
用の圧電セラミック素子であり、図１１に示すように、
圧電セラミック素子５のプラス電極７と同じ面積で、同
様に中心部に丸穴１２を有しており、表面のプラス電極
１３と、裏面のマイナス電極１４とを有している。圧電
セラミック素子１１は、表面のプラス電極１３側を振動
板４の裏面に、その中央部に形成された環状ビード１５
の外周に丸穴１２を嵌め込んだ状態で導通接着されてい
る。

【０００５】振動板４は、図１２および図１３に示すよ
うに、金属円板の中心部に基台１の位置決め穴２と同径
の位置決め穴１６を有し、その回りに同心円状に環状ビ
ード１０および１５が、それぞれ表面および裏面に径を
順次大きくして形成されている。圧電セラミック素子５
のプラス電極７と圧電セラミック素子１１のマイナス電
極１４は、それぞれリードフレーム１８、１９に半田２
０、２１により接続され、絶縁埋め込みリードピン２２
および回路基板２３を介してセンサ出力用リードピン２
４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用圧電セラミック素子５
のプラス電極７に発生した電荷をキャンセルする役目を
果たすものである。

【０００６】２５は圧電セラミック素子駆動用のリード
ピンであり、リードフレーム２６を介して圧電セラミッ
ク素子５のプラス電極８に半田２７により接続されてい
る。２８は回路基板２３の電源供給用リードピン、２９
はグランド用リードピンであり、それぞれ回路基板２３
に接続されている。３０、３１は回路基板２３を支持す
るための絶縁埋め込みリードピンである。回路基板２３
には、インピーダンス変換回路や出力増幅回路、濾波回
路等が設けられている。リードピンのうち２２、２４、
２５、２８、３０、３１は、基台１に封着ガラス３２等
の手段により絶縁ハーメチック固定され、グランド用リ
ードピン２９だけがロウ付け等の手段により導通接続さ
れている。３３は基台１の位置決め穴２を封着するため
の封着ガラスである。電源の供給は、電源供給用リード
ピン２８およびグランド用リードピン２９を通じて行わ
れる。３４はキャップであり、その周縁のフランジ３５
が基台１に全周にわたって抵抗溶接または冷間圧接等手
段によって固定されている。これにより、圧電セラミッ
ク素子５、１１および回路基板２３を内蔵する空間部３
６が密閉されている。このような構成からなる加速度セ
ンサは、基台１に形成された取付穴３７を介してボルト
３８およびワッシャ３９により自動車の車体等に取り付
けて使用される。

【０００７】次に上記従来例の動作について説明する。 自動車等の走行により発生した加速度は、基台１を介し
て振動板４に伝えられ、振動板４に撓みを与える。振動
板４の撓みは、圧電セラミック素子５および１１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および１１に電荷が発生する。この電荷は、回路基板
２３のインピーダンス変換回路で電圧に変換され、必要
な帯域および最適な出力レベルになるように濾波回路お
よび増幅回路を通って出力され、センサ出力が得られる
。また、圧電セラミック素子は、温度変化に対しても同
様に電荷を発生する焦電現象を有するので、これを減少
するために、この加速度センサは圧電セラミック素子５
および１１を互いに逆極性同士で接続してあり、発生電
荷がキャンセルされるようになっている。

【０００８】また、自動車等に使用される加速度センサ
は、特に高い精度および品質が要求されるので、確実に
動作するかどうかをコントローラ側でチェックできるよ
うに、圧電セラミック素子５のプラス電極がセンサ出力
用の電極７と素子駆動用の電極８とに２分割されており
、コントローラ側の発振回路から駆動用電極に適当な信
号を入力することにより、センサ出力用電極７にそれに
対応した駆動出力が現れ、センサの故障診断ができるよ
うになっている。

【０００９】このように、上記従来の加速度センサでも
、自動車等における加速度の測定または検出を行うこと
ができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の加速度センサでは振動板４の両面に接着された圧電セ
ラミック素子５、１１はそれぞれ寸法、電極の形状が異
なるため、別々の製造ロットにて製造され、特性の違い
が生じるため、焦電現象による異常電荷が発生するが、
そのすべてをキャンセルしにくい。また、素子駆動用の
電極７が振動板４の上面に固定した圧電セラミック素子
５の片面のみに設けられているので、加速度センサの故
障診断を行う際に、圧電セラミック素子５、１１と振動
板４とから構成される振動子ユニット部を駆動する力が
小さく、したがってセンサ出力が小さいため、故障診断
の精度が低いという問題があった。

【００１１】本発明はこのような従来の問題を解決する
ものであり、焦電現象による異常電荷をキャンセルでき
、故障診断の精度が高い優れた加速度センサを提供する
ことを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基台と、この基台に中央部が固定されたデ
ィスク状の振動板と、この振動板の表裏両面にそれぞれ
の正負電極を互いに対向させて導通接着される表面の電
極が２分割された２枚の圧電セラミック素子と、これら
圧電セラミック素子の各電極にそれぞれ接続されたリー
ド端子と、このリード端子を通じて出力される信号の増
幅、濾波を行う回路基板と、これら圧電セラミック素子
および上記回路基板とを外部からシールドする金属ケー
スとを備えたものである。

【００１３】

【作用】したがって本発明によれば、振動板の表裏２枚
の圧電セラミック素子に電圧を加えることで、振動板と
圧電セラミック素子からなる振動子ユニット部を駆動し
てセンサ出力を取り出し加速度センサの故障診断を行う
ため、センサ出力が大きくなり、故障診断の精度が高く
なるという効果を有する。

【００１４】

【実施例】本発明の加速度センサ全体の構造について従
来例と異なる点のみ図面を用いて説明する。図１（ａ）
、図１（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施例における加
速度センサに用いた圧電セラミック素子の表面図、裏面
図である。図１（ａ）、図１（ｂ）において、４１はデ
ィスク状の圧電セラミック素子であり、０．１〜０．５
ｍｍ厚で、中央部に丸穴４１ａが設けられている。４２
、４３はプラス側の銀電極、４４、４５はマイナス側の
銀電極であり、マイナス側を示すため、銀電極４５の一
部を切り欠いている。

【００１５】図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ金属製の振
動板の平面図、側面断面図である。図２において、４６
はディスク状の金属製の振動板であり、中央部に凸部４
６ａが設けられるとともに、丸穴４６ｂが設けられてい
る。図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ振動子ユニット部を
示す平面図、正面断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に
おいて、振動板４６の凸部４６ａが図中下方向に位置す
るように、環状突起４７に溶接固定される。以下、振動
板４６の溶接固定された側を下面、その反対側を上面と
する。この環状突起４７は、図１１に示す環状突起３と
同様のものである。振動板４６の上面には、圧電セラミ
ック素子４１の銀電極４４、４５（マイナス側）を、振
動板４６の下面には、圧電セラミック素子４１の銀電極
４２、４３（プラス側）を、それぞれ振動板４６に対向
させて導通接着している。つまり、２枚の圧電セラミッ
ク素子４１の対向する銀電極の極性が互いに逆極性とな
るように振動板４６に導通接着するものである。４８、
４９はリード端子であり、リード端子４８は上面側の圧
電セラミック素子４１の銀電極４２と下面側の圧電セラ
ミック素子４１の銀電極４４を電気的に接続し、リード
端子４９は上面側の圧電セラミック素子４１の銀電極４
３と下面側の圧電セラミック素子４１の銀電極４５を電
気的に接続する。５０、５１はリードであり、リード５
０はリード端子４８に半田等で接続され、センサの故障
診断を行う駆動入力ピンとなる。これは従来例で示した
リードピン２５と同様である。リード５１はリード端子
４９に半田等で接続され、基板５２にも接続され、圧電
セラミック素子４１に誘起される電荷を基板５２に設け
た回路によって、インピーダンス変換、濾波、増幅、温
特補正を加えて加速度を電気信号として出力する。

【００１６】次に上記実施例の動作について説明する。 加速度が印加されて電気信号の出力を行う動作は従来例
と同様であるが、加速度センサの故障診断について大き
く異なっている。図４に本発明の加速度センサの要部の
回路図を示す。リード５０に外部から正弦波または矩形
波等の電気入力を加えると、上面側、下面側の２枚の圧
電セラミック素子４１は一般的な圧電ブザーと同様にア
クチュエータとして動作する。つまり、銀電極４２、４
４の部分は機械的に伸縮し、しかも極性が逆であるから
、一方が伸びると他方が縮むという動作を行う。この動
作により、２枚の圧電セラミック素子４１全体を動かし
、結果的に振動板４６を含めて撓み、振動を与えること
になる。すると、銀電極４３、４５はセンサ出力電極で
あるから、撓みにより発生した電荷を基板５２に対して
出力する。つまり、圧電セラミック素子４１に電気入力
を与え、振動板４６、圧電セラミック素子４１からなる
振動子ユニット部が振動して現れる出力を確認すること
で、加速度センサ自体の故障診断が行われる。

【００１７】このように、本実施例によれば、２枚の圧
電セラミック素子４１の両面の銀電極をともに同心円状
に２分割し、両面に圧電セラミック素子４１の駆動用の
電極を設けた、振動板４６の両面に接着したことにより
、振動ユニット部を駆動する力が大きくなり、これによ
り故障診断のためのセンサ出力が大きく得られるので、
故障診断の精度を向上させることができるという効果を
有する。

【００１８】また、振動板４６の両面に接着する圧電セ
ラミック素子４１は両面のものとも同一であるので、同
一の製造ロットで生産でき、生産の効率化が図れるとと
もに、特性の揃った圧電セラミック素子を用いることが
できるので、温度変化（焦電）による異常出力を低減す
ることができるという効果も有する。

【００１９】さらに、加速度センサの出力の極性を変更
する場合は、圧電セラミック素子４１を振動板に接着す
る表裏の方向を逆にするだけでよく、電気回路を変更す
る必要がない。

【００２０】図５（ａ）、（ｂ）、図６はそれぞれ他の
実施例の要部を示す平面図、正面断面図、回路図である
。５３はリード端子であり、その両面に圧電セラミック
素子４１が接着された振動板５４の中央部に設けた切起
し部５４ａに半田等で接続され、かつリード５７により
基板５６に接続されている。基板５６では、圧電セラミ
ック素子４１の出力に、インピーダンス変換、濾波、増
幅、温度特性補正を加える。この実施例は、環状突起５
５を加速度センサ本体のケース（図示せず）から電気的
に絶縁する場合を示しているものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記実施例からも明らかなよう
に、２枚の圧電セラミック素子の両面の電極をともに同
心円状に２分割し、両面に圧電セラミック素子の駆動用
の電極を設けたことで、振動ユニット部を駆動する力が
大きくなり、これにより故障診断のためのセンサ出力が
大きく得られるので、故障診断の精度を向上させること
ができるという効果を有する。

【００２２】また、振動板の両面に接着する圧電セラミ
ック素子は両面とも同一のものであるので、同一の製造
ロットで生産でき、生産の効率化が図れるとともに、特
性の揃った圧電セラミック素子を用いることができるの
で、温度変化（焦電）による異常出力を低減することが
できるという効果も有する。

【００２３】さらに、加速度センサの出力の極性を変更
する場合は、圧電セラミック素子を振動板に接着する表
裏の方向を逆にするだけでよく、電気回路を変更する必
要がない。

【図面の簡単な説明】 【図１】（ａ）　　本発明の一実施例における加速度セ
ンサに用いた圧電セラミック素子の表面図（ｂ）　　同
圧電セラミック素子の裏面図 【図２】（ａ）　　同実施例の振動板の平面図（ｂ）　
　同振動板の側面断面図 【図３】（ａ）　　同実施例の振動子ユニット部を示す
平面図 （ｂ）　　同振動子ユニット部を示す正面断面図【図４
】同実施例の要部を示す回路図 【図５】（ａ）　　他の実施例の要部を示す平面図（ｂ
）　　他の実施例の要部を示す正面断面図【図６】他の
実施例の要部を示す回路図【図７】従来の加速度センサ
の平面図 【図８】図７のＶＩ−ＶＩ線に沿った正面断面図【図９
】図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った側面断面図　　　　
　　　【図１０】従来例における主要部の平面図【図１
１】従来例の主要部の正面断面図【図１２】従来例にお
けるセンサ出力用圧電セラミック素子の平面図 【図１３】従来例における焦電キャンセル用圧電セラミ
ック素子の平面図 【図１４】従来例における振動板の平面図【図１５】従
来例における振動板の断面図【図１６】従来例の要部の
回路図 【符号の説明】 ４１　　圧電セラミック素子 ４２、４３、４４、４５　　銀電極 ４６　　振動板 ４７　　環状突起 ４８、４９　　リード端子 ５０、５１　　リード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基台と、この基台に中央部が固定され
   たディスク状の振動板と、この振動板の表裏両面にそれ
   ぞれの正負電極を互いに対向させて導通接着される表面
   の電極が同心円状に２分割された２枚の圧電セラミック
   素子と、これら圧電セラミック素子の各電極にそれぞれ
   接続されたリード端子と、このリード端子を通じて出力
   される信号の増幅、濾波を行う回路基板と、これら圧電
   セラミック素子および上記回路基板とを外部からシール
   ドする金属ケースとを備えた加速度センサ。
2. 【請求項２】　　２枚の圧電セラミック素子の材質、寸
   法、表裏の電極の分割形状を同一とすることを特徴とす
   る請求項１記載の加速度センサ。