JPH08146033A

JPH08146033A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH08146033A
Application number: JP6307028A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kaneko; 子貴之金; Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-06-07
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JP3166522B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加速度の検出感度のよい、加速度センサを提
供する。【構成】加速度センサ１０は、長さ方向に振動する振
動子１２を含む。振動子１２は、たとえば短冊状の振動
体１４を含む。振動体１４の両主面には、２つの圧電素
子１６ａおよび１６ｂが対向するように形成される。振
動子１２は、圧電素子１６ａおよび１６ｂに同位相の駆
動信号を印加すれば、長さ方向に振動する。振動体１４
の長手方向の一端部から所定の長さ離れた部分の略中央
部には、円形の孔１４ａが形成される。孔１４ａは、加
速度によって振動体１４を撓みやすくするためのもので
ある。振動子１２の長手方向における一端側には、２つ
の支持部材２４が形成される。２つの支持部材２４は、
振動体１４の幅方向外側に延びて、振動体１４と一体的
に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は加速度センサであっ
て、特に、バイモルフ構造の振動体を含む片持ち梁構造
の加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６はこの発明の背景となる従来の加速
度センサの一例を示す斜視図である。この加速度センサ
１は、長さ方向に振動する振動子２を含む。振動子２
は、その主面に直交する方向に加速度を受けた際に撓む
ように形成される。振動子２は、たとえば短冊状の振動
体３を含む。振動体３の両主面には、２つの圧電素子４
ａおよび４ｂが対向するように形成される。これらの圧
電素子４ａおよび４ｂは、それぞれ圧電体層を含み、圧
電体層の両主面には、電極がそれぞれ形成される。そし
て、圧電体層の一方の主面上の電極が振動体３の主面に
接着される。また、圧電素子４ａおよび４ｂの圧電体層
は、それぞれ、外側から振動体３側に厚み方向に分極さ
れている。

【０００３】振動子２の長手方向における一端側には、
２つの支持部材５が形成される。この場合、２つの支持
部材５は、振動体３の一端部近傍から、それぞれ振動体
３の幅方向に延びて、振動体３と一体的に形成される。
これらの支持部材５は、振動子２の一端側を片持ち支持
するためのものである。

【０００４】この加速度センサ１は、支持部材５を固定
することによって振動子２の一端側が支持される。そし
て、加速度センサ１の２つの圧電素子４ａおよび４ｂに
同位相の駆動信号を印加すると、振動子２が、長さ方向
に振動する。この場合、圧電素子４ａおよび４ｂ間の中
央部分が、長さ方向に振動する振動子２のノード部分と
なる。

【０００５】そして、振動子２の主面に直交する方向に
加速度を加えると、その加速度に応じて振動体３が圧電
素子４ａおよび４ｂとともに撓み、その撓みに応じた電
圧が圧電素子４ａおよび４ｂに発生する。そのため、圧
電素子４ａおよび４ｂに発生する電圧のいずれかを測定
することによって、加速度を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動体
３の両面に圧電素子４ａおよび４ｂを形成したいわゆる
バイモルフ構造においては、振動体３と圧電素子４ａお
よび４ｂとの３層構造になるため撓みにくく、加速度セ
ンサの出力感度が小さいという問題があった。

【０００７】それゆえに、この発明の主たる目的は、加
速度の検出感度のよい、加速度センサを提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる加速度
センサは、板状の振動体と、振動体の両面に対向して形
成される圧電素子と、振動体の一端部近傍を支持するた
めの支持手段とを含む加速度センサであって、支持手段
によって支持された振動体の一端部近傍に孔が形成され
る、加速度センサである。また、孔は、振動体の一端部
近傍に複数形成されてもよい。さらに、孔は、振動体の
ノード部分に形成されることが好ましい。また、圧電素
子は振動体の両面に対向して複数形成され、振動体は、
その長さ方向の中央部の両側で伸びと縮みとが逆となる
ような長さ振動をすることが好ましい。

【０００９】

【作用】振動体の一端部近傍に孔が形成されているの
で、加速度によって振動体が撓みやすくなる。そのた
め、加速度の検出感度がよくなる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、振動体の一端部近傍
に形成された孔によって、振動体が撓みやすくなるた
め、加速度の検出感度のよい加速度センサを得ることが
できる。また、圧電素子を振動体の両面に対向して複数
形成し、振動体をその長さ方向の中央部の両側で伸びと
縮みとが逆となるような長さ振動をさせることによっ
て、振動体の全長がほとんど変化しなくなり、振動体を
どの部分で支持してもほとんど振動漏れが発生せず支持
が容易で、より加速度の検出感度のよい加速度センサを
得ることができる。

【００１１】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を示す分解斜視
図であり、図２は、その側面図である。この加速度セン
サ１０は、長さ方向に振動する振動子１２を含む。

【００１３】振動子１２は、たとえば短冊状の振動体１
４を含む。振動体１４は、たとえば、ニッケル、鉄、ク
ロム、チタン、あるいはそれらの合金たとえばエリン
バ、鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料で形成され
る。なお、振動体１４は、たとえば石英、ガラス、水
晶、セラミックなどのように一般的に機械的な振動を生
じる金属以外の材料で形成されてもよい。

【００１４】振動体１４の両主面には、２つの圧電素子
１６ａおよび１６ｂが対向するように形成される。一方
の圧電素子１６ａは、たとえばセラミックからなる圧電
体層１８ａを含み、圧電体層１８ａの両主面には、電極
２０ａおよび２２ａがそれぞれ形成される。そして、電
極２０ａが振動体１４の一方の主面にたとえば接着剤で
接着される。同様に、他方の圧電素子１６ｂは、たとえ
ばセラミックからなる圧電体層１８ｂを含み、圧電体層
１８ｂの両主面には、電極２０ｂおよび２２ｂがそれぞ
れ形成される。そして、電極２０ｂが振動体１４の他方
の主面にたとえば接着剤で接着される。また、これらの
圧電素子１６ａおよび１６ｂの圧電体層１８ａおよび１
８ｂは、電極２２ａおよび２２ｂから電極２０ａおよび
２０ｂに向かって、すなわち外側から振動体１４側に向
かって厚み方向に分極されている。

【００１５】この振動子１２は、圧電素子１６ａおよび
１６ｂに同位相の駆動信号を印加すれば、長さ方向に振
動する。この場合、振動子１２は、圧電素子１６ａおよ
び１６ｂ間の中央部分をノード部分として振動する。ま
た、振動子１２は、その長手方向における両端部分を腹
として振動する。

【００１６】図３（Ａ）は、この実施例の振動体１４の
要部図解図である。振動体１４の長手方向の一端部から
所定の長さ離れた部分の略中央部には、たとえば円形の
孔１４ａが形成される。孔１４ａは、振動体１４にエッ
チングやプレスにより形成される。また、孔１４ａの直
径は、この実施例では、振動体１４の幅長の半分ほどに
形成される。この孔１４ａは、加速度によって振動体１
４を撓みやすくするためのものである。

【００１７】この振動子１２の長手方向における一端側
には、２つの支持部材２４が形成される。支持部材２４
は、それぞれ平面コ字形状を有する。そして、支持部材
２４のコ字形状の一端部は、振動体１４の長手方向の一
端部に接続され、支持部材２４のコ字形状の他端部は、
振動体１４の長手方向の一端部から所定の長さ離れた部
分に接続される。したがって、２つの支持部材２４の他
端部は、孔１４ａの両側方にそれぞれ接続されることと
なる。２つの支持部材２４は、振動体１４の幅方向外側
に延びて、振動体１４と一体的に形成される。

【００１８】この加速度センサ１０では、２つの支持部
材２４を固定することによって振動子１２の一端側を支
持するとともに、２つの圧電素子１６ａおよび１６ｂに
同位相の駆動信号を印加すれば、振動子１２は、図２の
実線の矢印および１点鎖線の矢印で示すように、長さ方
向に振動する。

【００１９】そして、振動子１２の振動体１４にその主
面に直交する方向に加速度が加わると、その加速度に応
じて振動体１４が圧電素子１６ａおよび１６ｂとともに
撓み、その撓みに応じた電圧が圧電素子１６ａおよび１
６ｂに発生する。そのため、圧電素子１６ａおよび１６
ｂに発生する電圧のいずれかを測定することによって、
加速度を検出することができる。

【００２０】また、この加速度センサ１０では、振動体
１４の長手方向の一端部から所定の長さ離れ、支持部材
２４によって支持された部分の略中央部に孔１４ａが形
成されている。この孔１４ａの形成された部分は、振動
体１４の主面と直交する方向への撓みの節となる部分で
ある。この部分に孔１４ａを形成することによって、振
動体１４は、加速度によって撓みやすくなる。そのた
め、この加速度センサ１０は、加速度の検出感度がよ
い。

【００２１】図４は、この発明の他の実施例を示す分解
斜視図であり、図５は、その側面図である。図４に示す
加速度センサ１０は、長さ方向に振動する振動子１２を
含む。

【００２２】振動子１２は、たとえば短冊状の振動体１
４を含む。振動体１４は、たとえば、ニッケル、鉄、ク
ロム、チタン、あるいはそれらの合金たとえばエリン
バ、鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料で形成され
る。なお、振動体１４は、たとえば石英、ガラス、水
晶、セラミックなどのように一般的に機械的な振動を生
じる金属以外の材料で形成されてもよい。

【００２３】振動体１４の長手方向における中央から一
端側の部分の両主面には、２つの圧電素子１６ａおよび
１６ｂが対向するように形成される。一方の圧電素子１
６ａは、たとえばセラミックからなる圧電体層１８ａを
含み、圧電体層１８ａの両主面には、電極２０ａおよび
２２ａがそれぞれ形成される。そして、電極２０ａが振
動体１４の一方の主面にたとえば接着剤で接着される。
同様に、他方の圧電素子１６ｂは、たとえばセラミック
からなる圧電体層１８ｂを含み、圧電体層１８ｂの両主
面には、電極２０ｂおよび２２ｂがそれぞれ形成され
る。そして、電極２０ｂが振動体１４の他方の主面にた
とえば接着剤で接着される。また、これらの圧電素子１
６ａおよび１６ｂの圧電体層１８ａおよび１８ｂは、電
極２２ａおよび２２ｂから電極２０ａおよび２０ｂに向
かって、すなわち外側から振動体１４側に向かって厚み
方向に分極されている。

【００２４】さらに、振動体１４の長手方向における中
央から他端側の部分の両主面には、２つの圧電素子１６
ｃおよび１６ｄが対向するように形成される。一方の圧
電素子１６ｃは、たとえばセラミックからなる圧電体層
１８ｃを含み、圧電体層１８ｃの両主面には、電極２０
ｃおよび２２ｃがそれぞれ形成される。そして、電極２
０ｃが振動体１４の一方の主面にたとえば接着剤で接着
される。同様に、他方の圧電素子１６ｄは、たとえばセ
ラミックからなる圧電体層１８ｄを含み、圧電体層１８
ｄの両主面には、電極２０ｄおよび２２ｄがそれぞれ形
成される。そして、電極２０ｄが振動体１４の他方の主
面にたとえば接着剤で接着される。また、これらの圧電
素子１６ｃおよび１６ｄの圧電体層１８ｃおよび１８ｄ
は、電極２０ｃおよび２０ｄから電極２２ｃおよび２２
ｄに向かって、すなわち振動体１４側から外側に向かっ
て厚み方向に分極されている。

【００２５】この振動子１２は、圧電素子１６ａ〜１６
ｄに同位相の駆動信号を印加すれば、長さ方向に振動す
る。この場合、振動子１２は、圧電素子１６ａおよび１
６ｂと、圧電素子１６ｃおよび１６ｄとは、互いに逆方
向に分極されているので、互いに逆方向に変位する。そ
のため、振動体１４の長手方向における中央から一端側
の部分が伸びるときには、振動体１４の長手方向におけ
る中央から他端側の部分が縮む。逆に、振動体１４の長
手方向における中央から一端側の部分が縮むときには、
振動体１４の長手方向における中央から他端側の部分が
伸びる。また、この場合、振動体１４の長手方向におけ
る中央から一端側の伸縮量と、振動体１４の長手方向に
おける中央から他端側の部分の伸縮量とが相殺されるの
で、振動体１４の長手方向における両端間の距離がほと
んど変化しない。さらに、この場合、振動体１４は、圧
電素子１６ａおよび１６ｂ間の中央部分と、圧電素子１
６ｃおよび１６ｄ間の中央部分とをノード部分として振
動する。

【００２６】また、この振動子１２の振動体１４の長手
方向の一端部側のノード部分には、たとえば円形の孔１
４ａが形成される。この孔１４ａは、振動体１４にエッ
チングやプレスにより形成される。また、この孔１４ａ
の直径は、この実施例では、振動体１４の幅長の半分ほ
どに形成される。この孔１４ａは、加速度によって振動
体１４を撓みやすくするためのものである。

【００２７】この振動子１２の長手方向における一端側
には、２つの支持部材２４が形成される。支持部材２４
は、それぞれ平面コ字形状を有する。そして、支持部材
２４のコ字形状の一端部は、振動体１４の長手方向の一
端部に接続され、支持部材２４のコ字形状の他端部は、
振動体１４の長手方向の一端部側のノード部分に接続さ
れる。したがって、２つの支持部材２４の他端部は、孔
１４ａの両側方にそれぞれ接続されることとなる。２つ
の支持部材２４は、振動体１４の幅方向外側に延びて、
振動体１４と一体的に形成される。

【００２８】この加速度センサ１０では、２つの支持部
材２４を固定することによって振動子１２の一端側を支
持するとともに、４つの圧電素子１６ａ〜１６ｄに同位
相の駆動信号を印加すれば、振動子１２は、図５の実線
の矢印および一点鎖線の矢印で示すように、長さ方向に
振動する。この場合、振動子１２の全長はほとんど変化
しないため、振動子１２のいずれの部分で支持したとし
ても、振動が漏れることはなく、きわめて検出効率が高
くなる。

【００２９】そして、振動子１２の振動体１４の主面に
直交する方向に加速度が加わると、その加速度に応じて
振動体１４が圧電素子１６ａ〜１６ｄとともに撓み、そ
の撓みに応じた電圧が圧電素子１６ａ〜１６ｄに発生す
る。そのため、圧電素子１６ａ〜１６ｄに発生する電圧
のいずれかを測定することによって加速度を検出するこ
とができる。

【００３０】また、この加速度センサ１０では、振動体
１４の一端側のノード部分に孔１４ａが形成されている
ので、加速度による振動体の撓みが大きくなるととも
に、振動体１４の長手方向の振動のバランスがくずれ
ず、振動体１４の長手方向の振動が安定する。そのた
め、図４に示す実施例の加速度センサ１０も、加速度の
検出感度がよい。

【００３１】なお、孔１４ａの形状は、円形の孔に限ら
ず、図３（Ｂ）に示すように、たとえば、正方形、長方
形、三角形などの他の形状であってもよい。

【００３２】また、図３（Ｃ）に示すように、孔を振動
体１４の長手方向に２つ並べて形成してもよい。さら
に、図３（Ｄ）に示すように、孔を振動体１４の長手方
向に３つ並べて形成してもよい。これらの場合には、振
動体１４の撓みをより大きくすることができる。

【００３３】さらに、圧電素子１６ａおよび１６ｂに発
生する電圧の差を検出することによっても、加速度を検
出することができる。

【００３４】また、図４に示す実施例において、１以上
の圧電素子の圧電体層の分極方向を逆にするとともに、
分極方向を逆にした圧電素子に印加する駆動信号の位相
を逆にしてもよい。

【００３５】なお、上述の実施例において、振動子をそ
の長さ方向に振動させているのは、振動子を長さ方向に
振動させていると、振動子に加速度を加えた場合に振動
子が大きく撓み、加速度の検出感度がよくなるからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す分解斜視図である。

【図２】図１に示す実施例の側面図である。

【図３】（Ａ）は、図１に示す実施例の振動体を示す要
部図解図である。（Ｂ）〜（Ｄ）は、その変形例を示す
要部図解図である。

【図４】この発明の他の実施例を示す分解斜視図であ
る。

【図５】図４に示す実施例の側面図である。

【図６】この発明の背景となる従来の加速度センサの一
例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０加速度センサ１２振動子１４振動体１４ａ孔１６ａ，１６ｂ圧電素子１８ａ，１８ｂ圧電体層２０ａ，２０ｂ電極２２ａ，２２ｂ電極２４支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の振動体、前記振動体の両面に対向して形成される圧電素子、およ
び前記振動体の一端部近傍を支持するための支持手段を
含む加速度センサであって、前記支持手段によって支持された前記振動体の一端部近
傍に孔が形成される、加速度センサ。
【請求項２】前記孔は前記振動体の前記一端部近傍に
複数形成される、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】前記孔は前記振動体のノード部分に形成
される、請求項１または請求項２に記載の加速度セン
サ。
【請求項４】前記圧電素子は前記振動体の両面に対向
して複数形成され、前記振動体は、その長さ方向の中央
部の両側で伸びと縮みとが逆となるような長さ振動をす
る、請求項１ないし請求項３に記載の加速度センサ。