JPH0581717U - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つの加速度センサにより３次元の加速度を
検出できるようにする。 【構成】 弾性体５は３方以上の方向に延在する放射状
の撓み部６をもつ。各撓み部６の上には圧電素子１１が
設けられている。圧電素子１１からの出力電圧は図示し
ない検出回路の増幅器によって比較される。この比較に
より、弾性体５の撓み形状（Ｓ字状に撓んだのか、山状
に撓んだのか、あるいは谷状に撓んだのか）を知ること
ができ加速度の方向を検出できる。また、比較された出
力電圧の差の大きさから加速度の大きさを検出できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は、加速度センサの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の加速度センサの一例を、図１１および図１２に示す。図１１に示す加速 度センサは、圧電素子１が質量３に作用する加速度（図中上下方向に作用する） に伴い圧縮または引張りを受けることから、その出力電圧を取り出して加速度の 大きさを検出するものである。

【０００３】 また、図１２に示す加速度センサは、圧電素子１が質量３に作用する加速度（ 図中上下方向に作用する）により剪断力を受けるので、この剪断歪みに伴って生 じる出力電圧により加速度の大きさを検出する。

【０００４】 これらの加速度センサは、軸方向（図中上下方向；圧電素子１に対する圧縮ま たは引張りの方向）の加速度の大きさを検出するのみである。よって、図中左右 方向あるいは紙面に直交する方向の加速度をも同時に検出する場合には、複数の 加速度センサを組み合わせて使用しなければならなかった。なお、このように組 み合わせて使用することにより加速度の大きさのみならず方向も検出できる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記したように、１軸方向の加速度のみならず２軸あるいは３ 軸方向の加速度（２次元あるいは３次元の加速度）を検出するためには複数の加 速度センサを組み合わせねばならず、検出装置の形状寸法が大きくなるとともに 、装置の製作コストも高くなるという問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は前記の問題点を解決するもので、端部が支持された板状の弾性体と、 該弾性体の中央にアームを介して固定された質量と、該弾性体の撓みを検出する 複数の歪センサと、該歪センサからの出力信号をもとに前記質量に作用する加速 度の方向および大きさを検出する検出回路とを備えたことを特徴とする。

【０００７】 また、本考案に係る加速度センサは、前記弾性体は３方以上の方向に延在する 放射状の撓み部を有し、前記歪センサは圧電素子であって前記各撓み部に設けら れ、検出回路は各圧電素子からの出力電圧を比較する増幅器を有するものとする ことができる。

【０００８】

【作用】

前記構成を有する本考案によれば、板状の弾性体と平行な方向に加速度が作用 すると、質量には前記加速度に基づく力が作用し、アームと弾性体との接合部に は、アームの長さに比例するモーメントが発生して、弾性体は側方から見てＳ字 状に撓む。弾性体のＳ字の山と谷とに相当する部分に設けられたそれぞれの歪セ ンサからの出力信号をもとにすれば、加速度が弾性体の長手方向に沿うどちら向 きに作用しているかが検出できる。また出力信号の大きさから加速度の大きさを 検出できる。さらに、板状の弾性体と直交する方向に加速度が作用すると、弾性 体は山状に、あるいは谷状に撓む。山状であるか谷状であるかを歪センサからの 出力信号により知ることができるので、加速度の方向を検出できる。また出力信 号の大きさから加速度の大きさを検出できる。

【０００９】 弾性体が３方以上の方向に延在する放射状の撓み部をもつものとすれば、弾性 体に平行な方向に加速度が作用した場合に、この弾性体に平行な方向を２次元的 に検出できる。すなわち、３以上の撓み部に設けられた歪センサである圧電素子 からの出力電圧を、検出回路の増幅器により比較することで、板状の弾性体と平 行な面内のいずれの方向に加速度が作用したかを検出できる。また比較された出 力電圧の差の大きさにより、加速度の大きさが検出される。したがって、弾性体 に直角な方向の加速度も前記したように検出できることも加えると、合わせて３ 次元の加速度を検出できることになる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１〜図７に基づいて説明する。 図１および図２に示すように、板状の弾性体５は４方向に放射状に延在する撓 み部６を有する。各撓み部６の端部はリング状部分７により一体的に固定され、 ハウジング８に支持されている。各撓み部６の中央は一体的に固定され、上方に 延びるアーム９が固設され、アーム９の先端に質量１０が固定されている。

【００１１】 ４つの撓み部６の上には歪センサである圧電素子１１が設けられている。この 圧電素子１１は撓み部６の撓みを検出する。すなわち、撓み部６が山状に撓んだ 場合には、圧電素子１１は引張りを受け、谷状に撓んだ場合には圧電素子１１は 圧縮を受け、正負が逆の電圧を出力する。これらの出力は、リード線１２（図２ 中一点鎖線）により、ハウジング８の外に取り出され、図４または図７に示す検 出回路の増幅器１３に入力される。

【００１２】 なお、ハウジング８の上方は蓋１５により密閉され、塵埃の侵入などが防止さ れる。

【００１３】 次に、加速度の方向と弾性体５の撓み形状との関係を、図３，図５，および図 ６に示す。 図３に示すように、加速度が弾性体５と平行で図中右方向に作用した場合には 、質量１０には左方向に力が作用し、アーム９によってモーメントが発生し、弾 性体５は横Ｓ字状に撓み、Ｓ字状の右が山状、左が谷状となる。逆に、弾性体５ と平行で図中左方向に加速度が作用した場合には、図中弾性体５の左が山状、右 が谷状となる。このように、加速度が右方向に作用したか左方向に作用したかに よって弾性体５の撓み形状（Ｓ字形状）が異なる。そして、弾性体５がＳ字状に 撓むことで山状になった部分の圧電素子１１が出力する電圧と、谷状になった部 分の圧電素子１１が出力する電圧とは正負が逆であり、あるいは電圧の変化の方 向が逆であるので、これを増幅器１３により比較すれば、弾性体５の撓み形状（ Ｓ字形状）が判別される。これにより弾性体５に平行などちらの方向に加速度が 作用したかを検出できる。また、従来の加速度センサと同様に、既知の加速度に 対して増幅器１３の出力電圧値を較正しておくことにより、増幅器１３により比 較された出力電圧の差の大きさに基づいて、加速度の大きさを検出することがで きる。

【００１４】 次に、弾性体５の厚み方向で図中上方向に加速度が作用した場合には、図５に 示すように、質量１０には下方向の力が加わる。これにより弾性体５は全体が谷 状に撓む。このとき４つの圧電素子は全て圧縮を受け同じ符号の電圧を出力する 。

【００１５】 逆に下方向に加速度が作用した場合には、図６に示すように質量１０には上方 向に力が作用するので、４つの圧電素子は先ほどとは逆の符号の電圧を出力する 。

【００１６】 すなわち、図３に示すように、図中左右方向および紙面に直交する方向に加速 度が作用した場合、図５に示すように、図中上方向に加速度が作用した場合、お よび図６に示すように、図中下方向に加速度が作用した場合において、弾性体の 撓み形状は全て異なり、この撓み形状の相違から各圧電素子１１に加わる力が圧 縮力か引張り力かが異なってくるので、各圧電素子からの出力電圧を比較するこ とでいずれの方向の加速度かを検出できる。

【００１７】 次に、この検出をおこなうための検出回路を図７に示す。また、図７の検出回 路に使用される４つの増幅器１３の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの変化を図８に示す。

【００１８】 図８から明らかなように、弾性体５に平行でかつ直交する２つの方向の加速度 α，βおよびこれらと直交する方向の加速度γ（紙面直交方向下向きを正とする ）に対し、４つの出力電圧の正負の電圧が全て異なる。このようにして３次元の 加速度α，β，γの方向を検出できる。また増幅器１３で比較された各出力電圧 の差の大きさは、そのときに作用する加速度の大きさに対応するので、加速度の 大きさも検出できる。

【００１９】 以上の図８に示す結果は、弾性体５に平行な方向の加速度α，βおよび弾性体 ５に直交する方向の加速度γのいずれかの加速度が単独に作用した場合を示すも のであるが、実際にはこのように単独で作用することは稀であり、１つの加速度 がこれら３次元の成分を併せ持っている。したがって、前記３つの方向の加速度 α，β，γの大きさを成分とする合成ベクトルが実際の加速度を表わす。

【００２０】 以上のように、１枚の弾性体５を備える１つの加速度センサにより、３軸方向 の加速度α，β，γを検出でき、３次元の加速度を検出できることとなる。

【００２１】 なお、以上の実施例においては、弾性体５の４つの撓み部６の端部はリング状 部分７により固定されているが、図９に示すように、各端部を自由端としておい てもよい。

【００２２】 また、以上の実施例にあっては、弾性体５は互いに直交する放射状の４つの撓 み部６をもつものとして説明したが、図１０に示すように、３つの撓み部６をも つように構成してもよい。もちろん５つ以上の撓み部６をもつものとして構成す ることも可能である。

【００２３】 さらに、弾性体５を２つの撓み部６を有する１枚の細長い板状とすることも可 能である。この場合には弾性体５に平行な加速度は１次元的にしか検出できない が、弾性体５に直交する方向の加速度を検出でき、全体として２次元の加速度を 検出できる。

【００２４】 また、本実施例にあっては、弾性体５の端部は、図１に示すように、ハウジン グ８に凹設された溝部に挾持されて、その端部の回転が許容されないように固定 されているが、回転が許容されるよう単純に支持される構成とすることも可能で ある。このように支持することにより、弾性体の撓みをより大きくし、圧電素子 に加わる引張りあるいは圧縮をより大きなものとすることができる。

【００２５】 さらにまた、本実施例にあっては、歪センサとして圧電素子１１を使用したが 、必ずしも圧電素子１１に限らず、他の従来の歪センサを使用してもよい。

【００２６】 また、質量１０は弾性体５の上面側に設けられているが、弾性体５の裏面側に 設けてもよい。

【００２７】 さらに、本実施例にあっては、アーム９は直線状であるが、三次元曲線（例え ば螺旋状）等の他の適宜の形状としてよい。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の加速度センサによれば、端部が支持された板状 の弾性体の中央にアームを介して質量を固定することにより、弾性体に平行な方 向に加速度が作用すると弾性体はＳ字状に撓み、弾性体に直交する方向に加速度 が作用すると山状あるいは谷状に撓むので、これらの撓みを歪センサにより検出 することで少なくとも２次元の加速度を検出することができる。

【００２９】 さらに、板状の弾性体が３方以上の方向に延在する放射状の撓み部をもち、各 撓み部の上に歪センサを設けることで、３次元の加速度を検出できる等の優れた 効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例にかかる加速度センサの縦断
面図である。

【図２】図１の要部平面図である。

【図３】図１の加速度センサに図中横方向の加速度が加
わった際の撓みを示す図である。

【図４】図３の加速度の方向と大きさを検出するための
検出回路を示す図である。

【図５】図１の加速度センサに上方向に加速度が加わっ
た際の撓みを示す図である。

【図６】図１の加速度センサに下方向に加速度が加わっ
た際の撓みを示す図である。

【図７】図３，図５，図６の加速度の方向および大きさ
を検出するための検出回路を示す図である。

【図８】図７の検出回路の各増幅器からの出力を示す図
である。

【図９】他の実施例にかかる弾性体の平面図である。

【図１０】さらに他の実施例にかかる弾性体の平面図で
ある。

【図１１】第１従来例の加速度センサを示す縦断面図で
ある。

【図１２】第２従来例の加速度センサを示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

５ 弾性体 ６ 撓み部 ９ アーム １０ 質量 １１ 圧電素子（歪センサ） １２ リード線 １３ 増幅器

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部が支持された板状の弾性体と、 該弾性体の中央にアームを介して固定された質量と、 該弾性体の撓みを検出する複数の歪センサと、 該歪センサからの出力信号をもとに前記質量に作用する
   加速度の方向および大きさを検出する検出回路と、 を備えたことを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記弾性体は３方以上の方向に延在する
   放射状の撓み部を有し、前記歪センサは圧電素子であっ
   て前記各撓み部に設けられ、検出回路は各圧電素子から
   の出力電圧を比較する増幅器を有することを特徴とする
   請求項１に記載の加速度センサ。