JPH08160069A - 加速度センサー - Google Patents

加速度センサー

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JPH08160069A
JPH08160069A JP32147694A JP32147694A JPH08160069A JP H08160069 A JPH08160069 A JP H08160069A JP 32147694 A JP32147694 A JP 32147694A JP 32147694 A JP32147694 A JP 32147694A JP H08160069 A JPH08160069 A JP H08160069A
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Hidenori Oikawa
秀紀 及川
Hiromi Kakinuma
博美 柿沼
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小形の圧電要素を用いた場合でも、高い感度
が得られ、しかも一定の特性を有する加速度センサーを
得る。 【構成】 加速度センサーは、板状の圧電体の両面に電
極を有し、撓みにより前記電極に起電力を生じる圧電要
素14と、対向するV字形の溝16、16を有し、この
溝16、16に圧電要素14の両端を嵌め込んで支持し
た支持部材12、12とを有する。支持部材12、12
は圧電要素14の長手方向に移動自在に支持され、且つ
互いに近接する方向に弾力が加えられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電要素等のセンサー
素子の両端を支持した加速度センサーに関し、特に衝撃
や振動を検知するセンサーに関する。
【0002】
【従来の技術】図7に従来におけるこの種の加速度セン
サーを示す。この加速度センサーは、両面をメタライズ
した矩形の圧電セラミック板を直接または金属板を介し
て貼り合わせた、いわゆる圧電バイモルフ等の圧電要素
4を使用し、この両端をハウジング1に固定し、その中
央部を振動できるようにしたものである。従来における
加速度センサーでは、ハウジング1への圧電要素4の両
端の固定は、圧電要素4の両端部を接着剤2でハウジン
グ1の内端部に固定することにより行われていた。
【0003】このような加速度センサーは、回路基板上
に搭載されて、固定した状態で使用されることが多く、
そのため、リード線を有しないチップ化が進んでいる。
例えば、チップ形の加速度センサーは、立方体形のハウ
ジング1の中に圧電要素4を封入し、この圧電要素4の
両側の電極に接続した端子電極8、8を、ハウジング1
の端面から底面にわたって導出したものである。
【0004】この加速度センサーは、電子機器の回路基
板等の上に搭載され、前記の端子電極8、8により回路
に接続される。この状態で、圧電要素1の厚み方向に加
速度が加わると、圧電要素1が撓み、その両側の電極に
電圧が発生する。そこで、この電圧により加速度を検知
する。
【0005】
【発明が解決しようとしている課題】このような加速度
センサーは小形化が要求されており、そのため使用する
圧電要素4も小形化されている。しかし、小形の圧電要
素4を使用すると、加速度によって発生する起電力も小
さくなり、感度が低くなってしまう。また、従来の加速
度センサーでは、圧電要素4の両端が接着剤2で固定さ
れているが、この接着剤2によって圧電要素4の両端を
支持する長さが変わると、加速度センサーとしての特性
に変動を生じる。例えば、接着剤2が圧電要素4の中央
側にはみ出すと、圧電要素4の中央部分の振動が接着剤
2で拘束され、圧電要素4が振動しにくくなるため、特
性が悪化する。換言すると、加速度センサーの特性のバ
ラツキを抑え、一定の品質の加速度センサーを得るため
には、接着剤2による圧電要素4の両端の支持寸法の精
度を高くしなければならず、製造工程において細心の注
意と手数を要することになる。
【0006】そこで本発明は、小形の圧電要素を用いた
場合でも、高い感度が得られ、しかも一定の特性を有す
る加速度センサーを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では前記の目的を
達成するため、一対の支持部材12、12の対向するV
字形の溝16、16に圧電要素14の両端を嵌め込んで
支持することにより、圧電要素14の両端の両角部を支
持することとし、これにより加速度で圧電要素14を撓
みやすくし、且つ一定の振動モードを得ることとした。
【0008】より具体的に説明すると、本発明による加
速度センサーは、板状の圧電体の両面に電極を有し、撓
みにより前記電極に起電力を生じる圧電要素14と、こ
の圧電要素14の両端を支持する支持部材12、12と
を有するものにおいて、前記支持部材12、12が対向
するV字形の溝16、16を有し、この溝16、16に
圧電要素14の両端が嵌め込まれて支持されていること
を特徴とする。
【0009】さらに、前記支持部材12、12は圧電要
素14の長手方向に移動自在に支持され、且つ互いに近
接する方向に弾力が加えられている。この支持部材12
に弾力を加える手段としては、支持部材12と別体の弾
性部材13であてもよく、また支持部材12と一体のバ
ネ性を有する突起21、22、23であってもよい。
【0010】
【作用】本発明による加速度センサーでは、一対の支持
部材12、12の対向するV字形の溝16、16に圧電
要素14の両端を嵌め込んで支持しているため、圧電要
素14は、必ずその両端の両角部で支持部材12、12
に支持される。このため、圧電要素14は、その両端で
のみ支持部材12、12に支持されるので、加速度によ
り圧電要素14が撓みやすくなり、より高い起電力が得
られる。しかも、圧電要素14が支持部材12、12で
支持される部位が一定であるので、製造条件に係わら
ず、常に一定の振動モードが得られ、特性のバラツキが
生じない。
【0011】さらに、前記支持部材12、12を圧電要
素14の長手方向に移動自在に支持すると共に、互いに
近接する方向に弾力を加えたものでは、圧電要素14が
撓むことによりその両端の相対的な距離が変動しても、
支持部材12、12がこれに追従する。従って、圧電要
素14の両端が確実に支持され、安定した特性が得られ
る。
【0012】
【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
について具体的且つ詳細に説明する。図1に本発明の実
施例による加速度センサーの構造を示す。この加速度セ
ンターは、直方体形の箱形のハウジング11と、このハ
ウジング11の中に収納された一対の支持部材12、1
2と、この支持部材12、12に両端が支持された圧電
要素14と、前記支持部材12、12に弾力を与える弾
性部材13、13とを有している。
【0013】ハウジング11は、樹脂等からなる直方体
の箱形のもので、その両端面から底面にわたって端子電
極18が設けられている。支持部材12、12は、前記
ハウジング11の中の両端部に各々収納され、その縦方
向に平面V字形の溝16、16を有している。支持部材
12、12は、このV字形の溝16、16が互いに対向
する方向に向けてハウジング11に収納され、且つ支持
部材12、12のハウジング11の長手方向への移動は
自由となっている。V字形の溝16、16の底部は、平
坦な面を有する支持台部19、19となっている。
【0014】圧電要素14は、両面をメタライズした矩
形の圧電セラミック板を直接または金属板を介して貼り
合わせた、いわゆる圧電バイモルフが一般に使用され
る。この圧電要素14の両端部に硬質樹脂等のコーティ
ング15が施され、この圧電要素14の両端部が前記支
持部材12、12の対向するV字形の溝16、16に嵌
め込まれ、且つその両端底面部が支持台部19、19の
上に載せられている。これにより、圧電要素14は、そ
の両端部の角部と底面部とが支持部材12、12に支持
されている。この圧電要素14の両面の電極は横向き、
つまりハウジング11の内側面に向けてあるが、この電
極にリード線17、17が接続され、このリード線1
7、17は、前記ハウジング11の端子電極18、18
に各々接続されている。
【0015】弾性部材13、13はゴムや発泡樹脂或は
バネ等からなるもので、ハウジング11の内端面と支持
部材12、12との間に挿入され、支持部材12、12
にそれらを互いに近づける方向に弾力を与えている。こ
の弾性部材13、13は固めのものを使用するのがよ
い。
【0016】このような加速度センサーでは、ハウジン
グ11が加速度を受けると、圧電要素14が撓み、この
撓みにより圧電要素14の両面の電極に起電力が生じ、
この起電力が端子電極18、18における電位差として
検出される。このとき、圧電要素14はその両端部の角
部と底面部とでのみ支持部材12、12に支持されてい
るので、圧電要素14の両端寄りの部分が拘束されてお
らず、支持部材12、12は圧電要素14の撓みに抵抗
を与えない。また、圧電要素14の撓みにより、その両
端の距離が変動すると、弾性部材12、12の弾力によ
り支持部材12、12が前記圧電要素14の両端の動き
に追随し、僅かであるが圧電要素14の長手方向に変動
する。この点でも圧電要素14はより自由に撓みやすく
なる。
【0017】例えば、図8(a)はこの実施例による加
速度センサーの圧電要素14の振動モードを示してお
り、この図のように、圧電要素14はその支点となる両
端にわたってその全体が撓んで振動する。図8(b)は
前述の図7に示した加速度センサーにおける圧電要素1
4の振動モードを示しているが、この従来例では圧電要
素14の両端が接着剤2、2に埋め込まれた状態で拘束
されているので、同端部の撓みが抑えられ、ごく中央部
でのみ撓むようになっている。このため、圧電要素14
全体の撓み量が小さく、感度が悪い。
【0018】なお、図1に示した本発明の実施例による
加速度センサーと図7に示した従来例の加速度センサー
において、同じ寸法の圧電要素14、4を各々使用した
場合、前者の方が後者に比べて共振周波数が低くなる。
或る例では、後者の共振周波数が46KHzであるのに
対し、それと同じ寸法の圧電要素14を使用した前者の
ものでは20KHzとなったことが確認されている。こ
のことは、本発明による加速度センサーにおいては、よ
り小形の圧電要素14を使用しても、従来の加速度セン
サーと同等の共振周波数が得られることを意味する。
【0019】次に、図2の実施例について説明すると、
この実施例では支持部材12の背面、つまりV字形の溝
16の反対側の面の上下側から、突起21、21が一体
に突設され、この突起21、21がハウジング11の内
端面に当っている。この突起21、21はバネ性を有
し、その弾力で支持部材12、12を互いに近接する方
向に押している。従って、この場合も前記図1の実施例
における弾性部材13、13を設けたのと同様にして、
支持部材12、12が圧電要素14の撓みに追随し、そ
の長手方向に変動する。
【0020】なお、図2ではバネ性を有する突起21、
21が支持部材12の上下側から突設されているが、図
3で示すように、突起22を両側から突設してもよい。
さらに図示してないが、図3で示すような突起22が中
央で一体に連なっていてもよい。
【0022】次に、図4及び図5に示す実施例について
説明すると、この実施例では支持部材12の両側からそ
の背面に向けて腕状の突起23、23を突設し、その先
端部をハウジング11の内端面に当てると共に、その中
間部をハウジング11の内端面に近い内側面に当ててい
る。そのため、支持部材12、12は、圧電要素14の
長手方向にだけではなく、その幅方向にも突起23、2
3の弾力に抗して遊動することが可能である。
【0023】次に、図6に示す実施例について説明する
と、この実施例では圧電要素14の両側面にある電極2
4、24を互いに絶縁した状態で各々別の端面側に導出
させ、この両端を各々導電性の支持部材12、12で支
持している。さらに、この支持部材12、12は、ハウ
ジング11の両端下部に各々設けられた端子電極18、
18に接触し、導通している。このような支持部材1
2、12の形状は基本的に図1に示したものと同様であ
るが、導電性樹脂や軽金属等の導電体からなる点で図1
の実施例と異なる。弾性部材13、13は必ずしも導電
体である必要はないが、電極24、24と端子電極1
8、18との導通を確実にするため、導電体を用いても
よい。この場合は、導電性樹脂等で弾性のあるものから
なる弾性部材13、13を使用する。
【0024】なお、前述の実施例は、何れも圧電要素1
4の電極を横向きに対向させているが、圧電要素14の
電極を縦向きに対向する場合もある。この場合、支持部
材12、12のV字形の溝16、16は、横向きに設け
ることは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、圧
電要素14がその両端でのみ支持部材12、12に支持
されるので、加速度により圧電要素14が撓みやすくな
り、より高い起電力が得られる。しかも、圧電要素14
が支持部材12、12で支持される部位が一定であるの
で、製造条件に係わらず、常に一定の振動モードが得ら
れ、特性のバラツキが生じない。
【0026】さらに、前記支持部材12、12を圧電要
素14の長手方向に移動自在に支持すると共に、互いに
近接する方向に弾力が加えたものでは、圧電要素14が
撓むことによりその両端の相対的な距離が変動しても、
圧電要素14の両端を確実に支持するため、安定した特
性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による加速度センサーの横断平
面図と縦断側面図である。
【図2】本発明の他の実施例による加速度センサーの横
断平面図と縦断側面図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例による加速度センサ
ーの要部斜視図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例による加速度センサ
ーの横断平面図と縦断側面図である。
【図5】同実施例による加速度センサーの要部斜視図で
ある。
【図6】本発明のさらに他の実施例による加速度センサ
ーの横断平面図と縦断側面図である。
【図7】加速度センサーの従来例の横断平面図である。
【図8】前記実施例による加速度センサーと従来例であ
る加速度センサーとの圧電要素の振動モードを示す概念
図である。
【符号の説明】
14 圧電要素 12 支持部材 16 支持部材のV字形の溝 13 弾性部材 21 支持部材の突起 22 支持部材の突起 23 支持部材の突起

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板状の圧電体の両面に電極を有し、撓み
    により前記電極に起電力を生じる圧電要素(14)と、
    この圧電要素(14)の両端を支持する支持部材(1
    2)、(12)とを有する加速度センサーにおいて、前
    記支持部材(12)、(12)が対向するV字形の溝
    (16)、(16)を有し、この溝(16)、(16)
    に圧電要素(14)の両端が嵌め込まれて支持されてい
    ることを特徴とする加速度センサー。
  2. 【請求項2】 支持部材(12)、(12)が圧電要素
    (14)の長手方向に移動自在に支持され、且つ互いに
    近接する方向に弾力が加えられていることを特徴とする
    請求項2に記載の加速度センサー。
  3. 【請求項3】 前記弾力は支持部材(12)と別体の弾
    性部材(13)により加えられている請求項2に記載の
    加速度センサー。
  4. 【請求項4】 前記弾力は支持部材(12)と一体のバ
    ネ性を有する突起(21)、(22)、(23)により
    加えられている請求項2に記載の加速度センサー。
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