JPH0886802A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動子の振動が重りで妨げられにくく、か
つ、振動子で重りを支持する強度が強い、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含む。振動子１２は、たとえば短冊状の振動体
１４を含み、振動体１４の両主面には、圧電素子１６ａ
〜１６ｄが形成される。振動子１２の長手方向における
一端側は、支持部材２４で支持される。振動子１２の長
手方向における他端側のノード部分の近傍には、取付部
材２６が形成され、取付部材２６には、重り２８が取り
付けられる。

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に関し、
特に、長さ方向に振動し２以上のノード部分を有する振
動子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４は従来の加速度センサの一例を示す
斜視図であり、図５はその側面図である。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、たとえば短冊状の振動体３を含む。振動体３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４ａおよび４ｂが対向するように形成され
る。同様に、振動体３の長手方向における中央から他端
側の部分の両主面にも、２つの圧電素子４ｃおよび４ｄ
が対向するように形成される。これらの圧電素子４ａ〜
４ｄ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。逆
に、圧電素子４ｃおよび４ｄの圧電体層は、それぞれ、
振動体３側から外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の長手方向における一端側のノード
部分および端部から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
を支持するためのものである。

【０００４】また、振動子２の長手方向における他端側
には、細い接続部材６を介して、取付部材７が形成され
る。この場合、接続部材６および取付部材７は、振動体
３の長手方向における他端側の端部から延びて振動体３
と一体的に形成される。そして、取付部材７の両主面に
は、溶接あるいははんだ付けによって、重り８が取り付
けられる。この重り８は、加速度による振動子２の撓み
を大きくするためのものである。

【０００５】この加速度センサ１では、支持部材５を固
定することによって振動子２の一端側を支持するととも
に、４つの圧電素子４ａ〜４ｂに同位相の駆動信号を印
加すれば、振動体２が長さ方向に振動する。この場合、
圧電素子４ａおよび４ｂと、圧電素子４ｃおよび４ｄ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３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３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３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３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３の長手方向に
おける中央から一端側の部分の伸縮量と、振動体３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３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３
は、圧電素子４ａおよび４ｂ間の中央部分と圧電素子４
ｃおよび４ｄ間の中央部分とをノード部分として振動す
る。また、振動体３は、その長手方向における両端部分
を腹として振動する。

【０００６】そして、振動子２の振動体３にその主面に
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〜４ｄとともに撓み、その撓み
に応じた電圧が圧電素子４ａ〜４ｄに発生する。そのた
め、圧電素子４ａ〜４ｄ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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この加速度センサ１で
は、振動子２の振動が重り８で妨げられにくくするため
に、振動子２と重り８との間の接続部分６が細く形成さ
れ、振動子２の振動が、接続部分６で吸収されることに
よって重り８にほとんど伝わらないようにしている。

【０００８】ところが、そのように接続部分６を細く形
成すると、振動子２で重り８を支持する強度が弱くな
り、加速度センサ１に加速度が加わったときに、加速度
による重り８の変位が振動子２に伝わりにくくなり、加
速度を検出する感度が悪くなってしまう。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動子の振動が重りで妨げられにくく、かつ、振動子で重
りを支持する強度が強い、加速度センサを提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、長さ方向に
振動し２以上のノード部分を有する振動子を含む片持ち
梁構造の加速度センサであって、振動子のノード部分の
近傍に重りが取り付けられた、加速度センサである。

【００１１】なお、この発明にかかる加速度センサの振
動子は、たとえば、板状の振動体と、振動体の両主面に
形成される圧電素子とを含む。また、この発明にかかる
加速度センサは、たとえば、振動子の他のノード部分の
近傍に形成され、振動子を支持するための支持部材を有
する。

【００１２】

【作用】振動子のノード部分の近傍に重りが取り付けら
れているので、振動子で重りを支持する強度を強くして
も、振動子の振動が、重りにほとんど伝わらず重りで妨
げられにくくなる。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、振動子の振動が重り
で妨げられにくく、かつ、振動子で重りを支持する強度
が強い、加速度センサが得られる。そのため、この発明
にかかる加速度センサでは、加速度による重りの変位を
振動子に伝えやすくすることができ、加速度を検出する
感度を向上することができる。

【００１４】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。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
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。

【００１６】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。

【００１７】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１６ａ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２０
ｂ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。

【００１８】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１
８ｄ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１
８ｄは、電極２０ｃおよび２０ｄから電極２２ｃおよび
２２ｄに向けて、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。

【００１９】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、圧電素子１６ａおよび１６ｂ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、図２の
実線の矢印で示すように、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、図２に１点鎖線の矢印で示すように、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部分の伸縮量と、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１６ｃおよび１６ｄ間の中央部分とをノード部分
として振動する。また、振動体１４は、その長手方向に
おける両端部分を腹として振動する。

【００２０】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。この場合、２
つの支持部材２４は、振動体１４の長手方向における一
端側のノード部分および端部から幅方向に延びて振動体
１４と一体的に形成される。これらの支持部材２４は、
振動子１２の一端側の部分を支持するためのものであ
る。

【００２１】さらに、この振動子１２の長手方向におけ
る他端側には、たとえば突片状の２つの取付部材２６が
形成される。この場合、取付部材２６は、振動体１４の
長手方向における他端側のノード部分から幅方向に延び
て振動体１４と一体的に形成される。そして、これらの
取付部材２６の両主面には、溶接あるいははんだ付けに
よって、重り２８がそれぞれ取り付けられる。これらの
重り２８は、加速度による振動体１４の撓みを大きくす
るためのものである。

【００２２】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。

【００２３】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を加えると、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。

【００２４】また、この加速度センサ１０では、振動子
１２のノード部分の近傍の取付部材２６に重り２８が取
り付けられているので、振動子１２で重り２８を支持す
る強度を強くしても、振動子１２の振動が、重り２８に
ほとんど伝わらず重り２８で妨げられにくい。そのた
め、この加速度センサ１０では、加速度による重り２８
の変位を振動子１２に伝えやすくすることができ、加速
度を検出する感度を向上することができる。

【００２５】図３はこの発明の他の実施例を示す斜視図
である。図３に示す実施例では、図１および図２に示す
実施例と比べて、取付部材２６が棒状に形成され、取付
部材２６の先端の周囲に重り２８が取り付けられる。

【００２６】図３に示す実施例でも、図１および図２に
示す実施例と同様に、振動子１２のノード部分の近傍の
取付部材２６に重り２８が取り付けられているので、振
動子１２で重り２８を支持する強度を強くしても、振動
子１２の振動が、重り２８にほとんど伝わらず重り２８
で妨げられにくい。そのため、図３に示す加速度センサ
１０でも、加速度による重り２８の変位を振動子１２に
伝えやすくすることができ、加速度を検出する感度を向
上することができる。

【００２７】なお、上述の各実施例では、振動子が２つ
ノード部分を有し、一方のノード部分の近傍に重りが取
り付けられ、他方のノード部分の近傍が支持部材で支持
されているが、この発明では、振動子が３以上のノード
部分を有し、いずれかのノード部分の近傍に重りが取り
付けられ、他のノード部分の近傍が支持部材で支持され
てもよい。

【００２８】また、上述の各実施例では、圧電素子１６
ａおよび１６ｂに発生する電圧の差や圧電素子１６ｃお
よび１６ｄ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。

【００２９】さらに、上述の各実施例において、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。

【００３０】なお、上述の各実施例において、振動子を
長さ方向に振動しているのは、振動子を長さ方向に振動
していると、振動子に加速度を加えた場合に振動子が大
きく撓み、加速度を検出する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】この発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図４】従来の加速度センサの一例を示す斜視図であ
る。

【図５】図４に示す加速度センサの側面図である。

【符号の説明】

１０ 加速度センサ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ａ〜１６ｄ 圧電素子 １８ａ〜１８ｄ 圧電体層 ２０ａ〜２０ｄ，２２ａ〜２２ｄ 電極 ２４ 支持部材 ２６ 取付部材 ２８ 重り

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に振動し２以上のノード部分を
   有する振動子を含む片持ち梁構造の加速度センサであっ
   て、 前記振動子のノード部分の近傍に重りが取り付けられ
   た、加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記振動子は、 板状の振動体、および前記振動体の両主面に形成される
   圧電素子を含む、請求項１に記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 前記振動子の他のノード部分の近傍に形
   成され、前記振動子を支持するための支持部材を有す
   る、請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。