JPH06324073A - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JPH06324073A
JPH06324073A JP2245494A JP2245494A JPH06324073A JP H06324073 A JPH06324073 A JP H06324073A JP 2245494 A JP2245494 A JP 2245494A JP 2245494 A JP2245494 A JP 2245494A JP H06324073 A JPH06324073 A JP H06324073A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
ceramic plates
detection element
acceleration sensor
acceleration
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Jiyun Tahoda
純 多保田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小型化及び検出感度の向上を実現できる加速度
センサを提供する。 【構成】信号電極4,6及び中間電極5が形成された圧
電セラミック板2,3を備え、これら圧電セラミック板
2,3の中間電極5同士を対面接合して一体化したバイ
モルフ型検出素子1の長手方向に沿う両端縁を固定した
構造の加速度センサであって、圧電セラミック板2,3
のそれぞれは長手方向に沿う少なくとも中央部分2a,
3aが各々の板厚方向に沿いつつ互いに逆となる向き
X,Yに従って分極処理されたものであり、一方の信号
電極4は一方の圧電セラミック板2の中央部分2aから
端部分2bの一方側にかけて形成され、また、他方の信
号電極6は他方の圧電セラミック板3の中央部分3aか
ら端部分3bの他方側にかけて形成されたものであり、
さらにまた、中間電極5は各圧電セラミック板2,3の
中央部分2a,3aにのみ形成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに係り、詳
しくは、これを構成する際に用いられるバイモルフ型検
出素子の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、加速度センサのうちには圧電
性素子を組み込んで構成されたものがあり、この種の圧
電性素子としては、図3で示すような両持ち梁構造とい
われるバイモルフ型検出素子(以下、検出素子という)
10を利用するのが一般的となっている。すなわち、こ
の検出素子10は、共に短冊形状とされたうえで主表面
上に信号電極11,12及び中間電極13がそれぞれ形
成された一対の圧電セラミック板14,15を備え、か
つ、中間電極13同士の対面接合によって両圧電セラミ
ック板14,15が一体化されたものであり、圧電セラ
ミック板14,15のそれぞれは各々の板厚方向に沿い
つつ他方側とは互いに逆となる向き(図では、矢印X,
Yで示す)に従って分極処理されている。
【0003】そして、この検出素子10の長手方向に沿
う両端縁は側面視「コ」字形状となった一対の挟持部品
16,17によって固定支持されており、各圧電セラミ
ック板14,15の一方側主表面上に形成された信号電
極11,12のそれぞれは挟持部品16,17及びこれ
らの上下位置に取り付けられたケース部品(図示してい
ない)の異なる端面ごとに形成された外部電極18,1
9の各々に対して導通接続されている。なお、挟持部品
16,17が上記形状とされているのは、これら及びケ
ース部品に対して加速度Gが作用した際、この加速度G
の作用に伴う慣性力によって変形する検出素子10の撓
み代を確保するためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、加速
度センサに対してはより一層の小型化が要望されてお
り、これに組み込まれる検出素子自体の小型化をも図る
必要が高まっている。しかしながら、前記従来構成とさ
れた検出素子10をただ単に小型化しただけでは、加速
度Gの作用時における電荷の発生量が小さくなる結果、
検出感度の大幅な低下を招くという不都合が生じること
になっていた。
【0005】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、小型化及び検出感度の向上を一括
的に実現することができる加速度センサの提供を目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る加速度セン
サは、共に短冊形状とされたうえで主表面上に信号電極
及び中間電極がそれぞれ形成された一対の圧電セラミッ
ク板を備え、かつ、これら圧電セラミック板の中間電極
同士を対面接合して一体化した検出素子の長手方向に沿
う両端縁を固定支持してなるものであって、圧電セラミ
ック板のそれぞれは長手方向に沿う少なくとも中央部分
が各々の板厚方向に沿いつつ互いに逆となる向きに従っ
て分極処理されたものであり、一方の信号電極は一方の
圧電セラミック板の中央部分から端部分の一方側にかけ
て形成され、また、他方の信号電極は他方の圧電セラミ
ック板の中央部分から端部分の他方側にかけて形成され
たものであり、さらにまた、中間電極は各圧電セラミッ
ク板の中央部分のみに形成されたものであることを特徴
としている。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0008】図1は本実施例に係る加速度センサを構成
する際に用いられる検出素子のみを取り出して示す外観
斜視図、図2は加速度の作用時における検出素子の変形
状態を模式的に示す説明図であり、これらの図における
符号1は両持ち梁構造とされた検出素子である。なお、
これらの図1及び図2において従来例を示す図3と互い
に同一となる部品には、同一符号を付している。
【0009】本実施例に係る検出素子1は共にほぼ同一
の大きさを有する短冊形状として成形された一対の圧電
セラミック板2,3を備えており、これら圧電セラミッ
ク板2,3それぞれの長手方向領域は予め設定された境
界線L(後述する)を介したうえで3つの部分、すなわ
ち、中央部分2a,2b及び端部分3a,3bに区分さ
れている。そして、長手方向に沿う所定位置ごとに設定
された一対の境界線Lによって挟まれた圧電セラミック
板2,3それぞれの中央部分2a,3aは各々の板厚方
向に沿いつつ互いに逆となる向き(図では、矢印X,Y
で示す)に従って分極処理される一方、各境界線Lの外
側に位置する端部分2b,3bのそれぞれは分極処理さ
れないままとなっている。なお、この際、従来例と同
様、これらの端部分2b,3bを含む圧電セラミック板
2,3の全体が各々の板厚方向に沿いつつ互いに逆とな
る向きX,Yに従って分極処理されていてもよいことは
勿論であり、本発明においては、各圧電セラミック板
2,3の長手方向に沿う少なくとも中央部分2a,3a
に対する分極処理が行われていなければならないのであ
る。
【0010】また、一方の圧電セラミック板2における
主表面のそれぞれ上には信号電極4及び中間電極5が形
成される一方、他方の圧電セラミック板3における主表
面のそれぞれ上には中間電極5及び信号電極6が形成さ
れており、一方の信号電極4は圧電セラミック板2の中
央部分2aから端部分2bの一方側(図では、左側)に
かけて形成されている。そして、このとき、中間電極5
のそれぞれは圧電セラミック板2,3の中央部分2a,
3aにのみ形成されている一方、他方の信号電極6は圧
電セラミック板3の中央部分3aから端部分3bの他方
側(図では、右側)にまでかけわたされた状態で形成さ
れたものとなっている。
【0011】さらにまた、この検出素子1は、互いの中
間電極5同士を対面接合して両圧電セラミック板2,3
を一体化することによって構成されたものとなってお
り、従来例における検出素子10と同様、この検出素子
1の長手方向に沿う両端縁は側面視「コ」字形状として
形成された一対の挟持部品16,17それぞれの内向き
突出端部によって固定支持されている。なお、検出素子
1を構成する圧電セラミック板2,3における信号電極
4,6のそれぞれは、挟持部品16,17及びこれらの
上下位置に取り付けられるケース部品(図示していな
い)の異なる端面ごとに形成された外部電極18,19
の各々に対して導通接続されることになる。
【0012】ところで、本実施例においては、圧電セラ
ミック板2,3それぞれの長手方向領域における中央部
分2a,2bと端部分3a,3bとが境界線Lを介した
うえで区分されているとしたが、これらの境界線Lは圧
電セラミック板2,3に対する分極処理の実施範囲及び
中間電極5の形成範囲を定めるために設定されているの
である。しかしながら、以上説明したような構成を採用
したことにより、これら境界線Lは加速度Gの作用に伴
って発生した応力が「引っ張り」及び「圧縮」とに区分
けされる変化の境界をも示していることになる。以下、
本実施例構造の検出素子1を組み込んで構成された加速
度センサに対して加速度Gが作用した場合における検出
素子1の作用及び動作を図2に基づいて説明する。
【0013】まず、加速度センサの全体に対して加速度
Gが作用すると、検出素子1を固定支持している挟持部
品16,17及びケース部品に対しては加速度Gが直接
的に作用することになり、これらの挟持部品16,17
及びケース部品は共に加速度Gの作用方向に沿って移動
しようとする。ところが、この際においても、検出素子
1に対しては加速度Gが直接的に作用することはないか
ら、検出素子1は加速度Gの作用する以前における状態
をそのまま維持し続けようとし、この検出素子1には加
速度Gの作用に伴って発生した慣性力が作用することに
なる。そこで、検出素子1を構成する圧電セラミック板
2,3それぞれの端部分2b,3bはこれらを固定支持
する挟持部品16,17と共に移動しようとし、また、
各々の中央部分2a,3aは当初位置をそのまま維持し
ようとする結果、この検出素子1は加速度Gの作用側に
向かって撓んだ湾曲形状(図では、上向きの凸形状)を
有するように変形することになる。
【0014】そのため、図2で示すように、撓み方向外
側(図では、上側)に位置する圧電セラミック板2の中
央部分2aには引っ張り応力Ptが、また、その端部分
2bには圧縮応力Pcが現れる一方、撓み方向内側(図
では、下側)に位置する圧電セラミック板3の中央部分
3aには圧縮応力Pcが、また、その端部分3bには引
っ張り応力Ptがそれぞれ現れることになる。すなわ
ち、本実施例に係る検出素子1においては、圧電セラミ
ック板2,3それぞれの長手方向領域に沿って現れる応
力が境界線Lを境界として「引っ張り」から「圧縮」へ
と、また、「圧縮」から「引っ張り」へと変化すること
になる。なお、このような応力変化を示す境界線Lは、
例えば、数値解析手法の一つである有限要素法を利用し
た実験によって知ることが可能である。
【0015】そして、このような変形が生じた場合、検
出素子1を構成して撓み方向外側に位置する圧電セラミ
ック板2上には中央部分2aと端部分2bの一方側とを
覆う信号電極4が形成されているのであるから、その中
央部分2aにおける外側主表面には分極の向きXと引っ
張り応力Ptとの関係に基づいて正(+)の電荷が大き
く発生し、また、その端部分2bにおける外側主表面に
は分極の向きX及び圧縮応力Pcの関係から負(−)の
電荷が発生する。しかしながら、この端部分2bには、
圧電セラミック板2を挟む形での電極が形成されておら
ず発生した電荷が出力として取り出されることはないか
ら、上記正の電荷が負の電荷によって打ち消されること
は起こらない。
【0016】また、同時に、撓み方向内側に位置する圧
電セラミック板3上には中央部分3aと端部分2bの他
方側とを覆う信号電極6が形成されているのであるか
ら、その中央部分3aにおける外側主表面には分極の向
きYと圧縮応力Pcとの関係から負の電荷が大きく発生
する一方、その端部分3bにおける外側主表面には分極
の向きY及び引っ張り応力Ptの関係から正の電荷が発
生する。ところが、この端部分2bにおいても、発生し
た電荷が出力としては取り出されないため、上記負の電
荷が正の電荷によって打ち消されることは起こり得な
い。
【0017】したがって、上記構成とされた検出素子1
によれば、これが従来例である検出素子10と同様の両
持ち梁構造を有しているにも拘わらず加速度Gの作用時
における電荷の発生量が増大する結果、その小型化を行
っても検出感度の低下は起こらないことになる。なお、
加速度Gが作用した際における圧電セラミック板2,3
それぞれの内側主表面には各々の外側主表面と異なる正
もしくは負の電荷が発生するが、これらの電荷は中間電
極5を通じて互いに打ち消されてしまうことになる。す
なわち、以上説明した本実施例に係る検出素子1では、
これを構成する圧電セラミック板2,3の中間電極5と
対向していない端部分2b,3bの一方側もしくは他方
側のいずれかにおいて電荷が発生しないことになる結
果、その分だけは信号電極4,6を通じて引き出される
電荷の発生量が低減されず、信号が大きく現れるのであ
る。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加速
度センサの検出素子によれば、これが両持ち梁構造であ
るにも拘わらず加速度の作用時における電荷の発生量が
増えることになり、その小型化を行っても検出感度の低
下は起こらないことになる。したがって、小型化及び検
出感度の向上を一括的に実現することができるという効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る加速度センサの検出素子を示す
外観斜視図である。
【図2】加速度作用時における検出素子の変形状態を模
式的に示す説明図である。
【図3】従来例に係る検出素子を示す外観斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 検出素子(バイモルフ型検出素子) 2 圧電セラミック板 2a 中央部分 2b 端部分 3 圧電セラミック板 3a 中央部分 3b 端部分 4 信号電極 5 中間電極 6 信号電極 L 境界線 G 加速度 X 分極の向き Y 分極の向き

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共に短冊形状とされたうえで主表面上に
    信号電極(4,6)及び中間電極(5)がそれぞれ形成
    された一対の圧電セラミック板(2,3)を備え、か
    つ、これら圧電セラミック板(2,3)の中間電極
    (5)同士を対面接合して一体化したバイモルフ型検出
    素子(1)の長手方向に沿う両端縁を固定支持してなる
    構造の加速度センサであって、 圧電セラミック板(2,3)のそれぞれは、長手方向に
    沿う少なくとも中央部分(2a,3a)が各々の板厚方
    向に沿いつつ互いに逆となる向き(X,Y)に従って分
    極処理されたものであり、 一方の信号電極(4)は一方の圧電セラミック板(2)
    の中央部分(2a)から端部分(2b)の一方側にかけ
    て形成され、また、他方の信号電極(6)は他方の圧電
    セラミック板(3)の中央部分(3a)から端部分(3
    b)の他方側にかけて形成されたものであり、 さらにまた、中間電極(5)は各圧電セラミック板
    (2,3)の中央部分(2a,3a)にのみ形成された
    ものであることを特徴とする加速度センサ。
JP06022454A 1993-03-19 1994-02-21 加速度センサ Expired - Lifetime JP3114480B2 (ja)

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DE69403252T DE69403252T2 (de) 1993-03-19 1994-03-17 Beschleunigungsmessaufnehmer
SG1996003655A SG52374A1 (en) 1993-03-19 1994-03-17 Acceleration sensor
DE69414739T DE69414739T2 (de) 1993-03-19 1994-03-17 Beschleunigungsmessaufnehmer
EP94104238A EP0616222B1 (en) 1993-03-19 1994-03-17 Acceleration sensor
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US08/210,370 US5490422A (en) 1993-03-19 1994-03-18 Acceleration sensor
US08/210,004 US5515725A (en) 1993-03-19 1994-03-18 Piezoelectric bimorph type acceleration sensor

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19950355C2 (de) * 1998-10-19 2003-02-20 Murata Manufacturing Co Beschleunigungssensor und Beschleunigungserfassungsgerät
DE19735155B4 (de) * 1996-08-13 2004-05-06 Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo Beschleunigungssensor
US9404938B2 (en) 2010-12-24 2016-08-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Acceleration sensor

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