JPH11133051A - Annular shearing type piezoelectric element and accelerometer using the same - Google Patents

Annular shearing type piezoelectric element and accelerometer using the same

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JPH11133051A
JPH11133051A JP9295287A JP29528797A JPH11133051A JP H11133051 A JPH11133051 A JP H11133051A JP 9295287 A JP9295287 A JP 9295287A JP 29528797 A JP29528797 A JP 29528797A JP H11133051 A JPH11133051 A JP H11133051A
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JP
Japan
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piezoelectric element
common electrode
type piezoelectric
electrode
voltage
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JP9295287A
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Japanese (ja)
Inventor
Kimio Yamada
季美男 山田
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Rion Co Ltd
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Rion Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously detect accelerations in multiple directions even in the case of using a single annular shearing type piezoelectric element. SOLUTION: An accelerometer comprises an annular shearing type piezoelectric element 1 having a pair of electrodes 1a, 1b equally provided to have a relation of a symmetry with respect to a plane of an outer periphery, a common electrode 1c provided on an inner periphery to generate a voltage corresponding to a shearing force operated between the inner periphery and the outer periphery between the electrodes 1a, 1b and the electrode 1c, a pendulum 4 engaged with the element 1 to give the shearing force, a piezoelectric element holding member 3 for holding the element 1, and a calculator 6 for calculating a difference or a sum of the voltages generated between the electrodes 1a, 1b and the electrode 1c, thereby detecting an acceleration operating the pendulum 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内周面と外周面の
間に作用する剪断力に相当する電圧を発生する環状剪断
形圧電素子及びこれを用いた加速度計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an annular shear type piezoelectric element for generating a voltage corresponding to a shear force acting between an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, and an accelerometer using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、多方向の加速度計としては、実公
平7−938号公報に記載のものが知られている。これ
は、単一受感軸を有する3つの圧電式加速度計を互いに
受感軸が直交するようにして、1つのケースに組み込ん
だものである。しかし、このような構成の3方向加速度
計においては、受感部が3個必要となること、また、こ
れらをケースに組み付けるために、ケースに穴部を形成
する必要があること等、工程が複雑になるという問題点
がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a multidirectional accelerometer disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 7-938 is known. In this case, three piezoelectric accelerometers having a single sensitive axis are incorporated in one case such that the sensitive axes are orthogonal to each other. However, in the three-directional accelerometer having such a configuration, three sensing parts are required, and in order to assemble them into the case, it is necessary to form a hole in the case. There is a problem that it becomes complicated.

【0003】この問題を解決するために、特開平7−5
5832号公報に記載されている圧電式多方向加速度計
が提案されている。この圧電式多方向加速度計は、支持
柱の周囲に6枚の板状の剪断形圧電素子を固着し、加速
度によって4つの質量体に生じるそれぞれの力をこれら
の剪断形圧電素子で受け、力−電気変換によって3方向
の加速度を同時に検出するものである。
In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 7-5
A piezoelectric multidirectional accelerometer described in Japanese Patent No. 5832 has been proposed. In this piezoelectric multidirectional accelerometer, six plate-shaped shear-type piezoelectric elements are fixed around a support column, and respective forces generated in four mass bodies by acceleration are received by these shear-type piezoelectric elements. -Simultaneous detection of acceleration in three directions by electrical conversion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平7−5
5832号公報に記載されている3方向加速度計におい
ては、剪断形圧電素子が合計6枚、質量体が4個必要と
なること、これらを支持柱に組み付けるための支持柱へ
の加工が必要になること等、部品点数および組立工数の
点で、未だ十分な簡易化は図れていない。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-5 / 1995
In the three-directional accelerometer described in Japanese Patent No. 5832, a total of six shear-type piezoelectric elements and four mass bodies are required, and processing to support columns for assembling these to the support columns is required. For example, sufficient simplification has not yet been achieved in terms of the number of parts and the number of assembly steps.

【0005】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、単一の環状剪断形圧電素子を用いながらも多方
向の加速度、力等を同時に検出できる環状剪断形圧電素
子及びこれを用いた加速度計を提供しようとするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a multi-directional acceleration and acceleration system using a single annular shear type piezoelectric element. An object of the present invention is to provide an annular shear type piezoelectric element capable of simultaneously detecting a force or the like and an accelerometer using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく請
求項1に係る発明は、外周面に面対称の関係になるよう
に電極を等分にN対(Nは1以上の整数)設けると共
に、内周面に共通電極を設け、前記内周面と前記外周面
の間に作用する剪断力に相当する電圧が前記電極と前記
共通電極の間に発生するものである。
According to a first aspect of the present invention, there are provided N pairs of electrodes (N is an integer of 1 or more) so as to have a plane-symmetric relationship with the outer peripheral surface. In addition, a common electrode is provided on the inner peripheral surface, and a voltage corresponding to a shearing force acting between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is generated between the electrode and the common electrode.

【0007】請求項2に係る発明は、内周面に面対称の
関係になるように電極を等分にN対(Nは1以上の整
数)設けると共に、外周面に共通電極を設け、前記内周
面と前記外周面の間に作用する剪断力に相当する電圧が
前記電極と前記共通電極の間に発生するものである。
According to a second aspect of the present invention, N pairs of electrodes (N is an integer of 1 or more) are equally provided on the inner peripheral surface so as to have a plane-symmetric relationship, and a common electrode is provided on the outer peripheral surface. A voltage corresponding to a shearing force acting between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is generated between the electrode and the common electrode.

【0008】請求項3に係る発明は、一対の電極と共通
電極を有する請求項1又は2記載の環状剪断形圧電素子
と、この環状剪断形圧電素子に嵌合して剪断力を与える
振り子と、前記環状剪断形圧電素子を保持する圧電素子
保持部材と、前記一対の電極と前記共通電極との間に発
生する夫々の電圧を互いに差演算又は和演算する演算部
を備え、前記振り子に作用する加速度を検出するもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an annular shearing type piezoelectric element having a pair of electrodes and a common electrode, and a pendulum which is fitted to the annular shearing type piezoelectric element to apply a shearing force. A piezoelectric element holding member for holding the annular shear type piezoelectric element, and a calculation unit for calculating a difference or a sum of respective voltages generated between the pair of electrodes and the common electrode, and acting on the pendulum. This is to detect the acceleration that occurs.

【0009】請求項4に係る発明は、二対の電極と共通
電極を有する請求項1又は2記載の環状剪断形圧電素子
と、この環状剪断形圧電素子に嵌合して剪断力を与える
振り子と、前記環状剪断形圧電素子を保持する圧電素子
保持部材と、前記二対の電極と前記共通電極との間に発
生する夫々の電圧を互いに差演算又は和演算する演算部
を備え、前記振り子に作用する加速度を検出するもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an annular shearing type piezoelectric element having two pairs of electrodes and a common electrode, and a pendulum fitted to the annular shearing type piezoelectric element to apply a shearing force. A piezoelectric element holding member that holds the annular shear-type piezoelectric element; and a computing unit that computes a difference or a sum of respective voltages generated between the two pairs of electrodes and the common electrode, wherein the pendulum includes This is to detect the acceleration acting on.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。ここで、図1は請求項1に係
る環状剪断形圧電素子(N=1の場合)の斜視図(a)
及び平面図(b)、図2は請求項3に係る加速度計のセ
ンサ部の断面図、図3は請求項3に係る加速度計の構成
説明図、図4は同じく作用説明図、図5は請求項1に係
る環状剪断形圧電素子(N=2の場合)の斜視図(a)
及び平面図(b)、図6は請求項4に係る加速度計のセ
ンサ部の断面図、図7は請求項4に係る加速度計の構成
説明図、図8は同じく作用説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a perspective view of an annular shearing type piezoelectric element according to claim 1 (when N = 1) (a).
FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor unit of the accelerometer according to claim 3, FIG. 3 is a configuration explanatory view of the accelerometer according to claim 3, FIG. A perspective view of an annular shear type piezoelectric element according to claim 1 (when N = 2).
FIG. 6 is a cross-sectional view of the sensor unit of the accelerometer according to claim 4, FIG. 7 is an explanatory diagram of a configuration of the accelerometer according to claim 4, and FIG.

【0011】図1に示すように、請求項1に係る発明に
おいて、N=1とした場合の環状剪断形圧電素子1は、
断面が矩形の環状形状に形成され、高さ(厚み)方向に
分極したものである。環状剪断形圧電素子1は、外周面
に面対称の関係になるように2等分して形成した一対の
電極1a,1bを設けると共に、内周面の全周にわたっ
て形成した共通電極1cを設けている。
As shown in FIG. 1, in the invention according to the first aspect, the annular shear-type piezoelectric element 1 when N = 1 is provided.
The cross section is formed in a rectangular annular shape and polarized in the height (thickness) direction. The annular shearing type piezoelectric element 1 is provided with a pair of electrodes 1a and 1b that are formed into two equal parts on the outer peripheral surface so as to be in plane symmetry, and a common electrode 1c that is formed over the entire inner peripheral surface. ing.

【0012】環状剪断形圧電素子1を用いた2方向加速
度計は、環状剪断形圧電素子1を配設したセンサ部と、
センサ部の出力電圧を演算処理する演算部から成る。図
2に示すように、センサ部2は、環状剪断形圧電素子1
と、一対の電極1a,1bを設けた環状剪断形圧電素子
1の外周面を保持する圧電素子保持部材3と、共通電極
1cを設けた環状剪断形圧電素子1の内周面を形成する
孔部1dに嵌合する振り子4と、圧電素子保持部材3の
外周面を保持してセンサ部2全体を覆うケース5から成
る。
A two-directional accelerometer using the annular shear type piezoelectric element 1 includes a sensor unit provided with the annular shear type piezoelectric element 1,
It is composed of a calculation unit for calculating the output voltage of the sensor unit. As shown in FIG. 2, the sensor unit 2 includes an annular shear piezoelectric element 1.
A piezoelectric element holding member 3 for holding an outer peripheral surface of the annular shear type piezoelectric element 1 provided with a pair of electrodes 1a and 1b, and a hole for forming an inner peripheral surface of the annular shear type piezoelectric element 1 provided with a common electrode 1c. It comprises a pendulum 4 fitted to the portion 1d, and a case 5 for holding the outer peripheral surface of the piezoelectric element holding member 3 and covering the entire sensor portion 2.

【0013】圧電素子保持部材3は、セラミック等の絶
縁部材で成り、断面が矩形の環状形状に形成されてい
る。これは、内周面を形成する孔部に環状剪断形圧電素
子1を接着剤等で固定することにより、環状剪断形圧電
素子1をケース5に絶縁した状態で固定するためのもの
である。この内径は、環状剪断形圧電素子1の外径より
僅かに大きめに形成してある。そして、圧電素子保持部
材3は、ケース5の底面に、接着固定されている。
The piezoelectric element holding member 3 is made of an insulating member such as a ceramic and has a rectangular cross section in a rectangular shape. This is for fixing the annular shearing type piezoelectric element 1 to the case 5 in an insulated state by fixing the annular shearing type piezoelectric element 1 to the hole forming the inner peripheral surface with an adhesive or the like. This inner diameter is formed slightly larger than the outer diameter of the annular shear type piezoelectric element 1. The piezoelectric element holding member 3 is bonded and fixed to the bottom of the case 5.

【0014】振り子4は、これに作用する加速度に応じ
て発生する力を環状剪断形圧電素子1に与えるためのも
のであり、金属部材より円柱状に成る。また、環状剪断
形圧電素子1から所定距離離れたところを振り子4の質
量中心とするため、振り子4は大径部4aと小径部4b
とから成る。小径部4bの外径は、環状剪断形圧電素子
1の内径よりも僅かに小さくなっている。振り子4は、
小径部4bを環状剪断形圧電素子4の孔部1dに挿入し
た状態で、接着剤等で固定されている。
The pendulum 4 is for applying a force generated in accordance with the acceleration acting on the piezoelectric element 1 to the annular shearing type piezoelectric element 1, and is formed in a cylindrical shape from a metal member. In addition, the pendulum 4 has a large-diameter portion 4a and a small-diameter portion 4b because the center of mass of the pendulum 4 is set at a predetermined distance from the annular shear-type piezoelectric element 1.
Consisting of The outer diameter of the small diameter portion 4b is slightly smaller than the inner diameter of the annular shear type piezoelectric element 1. Pendulum 4
The small-diameter portion 4b is fixed with an adhesive or the like in a state where the small-diameter portion 4b is inserted into the hole 1d of the annular shearing type piezoelectric element 4.

【0015】ケース5は、測定対象物に固定されるもの
である。また、ケース5は、金属部材により、両端を閉
塞した円筒形状に形成されている。
The case 5 is fixed to the object to be measured. The case 5 is formed by a metal member into a cylindrical shape with both ends closed.

【0016】図3に示すように、センサ部2の出力電圧
を演算処理する演算部6は、差演算部7及び和演算部8
から成る。差演算部7は、電極1aと共通電極1cの間
に発生する電圧(Va)と、電極1bと共通電極1cの
間に発生する電圧(Vb)との差(Va−Vb)を演算
して出力する。この差電圧(Va−Vb)が、X方向の
加速度に対応した信号になる。
As shown in FIG. 3, a calculating section 6 for calculating the output voltage of the sensor section 2 includes a difference calculating section 7 and a sum calculating section 8.
Consists of The difference calculator 7 calculates a difference (Va−Vb) between a voltage (Va) generated between the electrode 1a and the common electrode 1c and a voltage (Vb) generated between the electrode 1b and the common electrode 1c. Output. This difference voltage (Va-Vb) becomes a signal corresponding to the acceleration in the X direction.

【0017】和演算部8は、電極1aと共通電極1cの
間に発生する電圧(Va)と、電極1bと共通電極1c
の間に発生する電圧(Vb)との和(Va+Vb)を演
算して出力する。この和電圧(Va+Vb)が、Z方向
の加速度に対応した信号になる。
The sum calculation unit 8 calculates a voltage (Va) generated between the electrode 1a and the common electrode 1c and a voltage (Va) generated between the electrode 1b and the common electrode 1c.
And the sum (Va + Vb) with the voltage (Vb) generated during the calculation is output. This sum voltage (Va + Vb) becomes a signal corresponding to the acceleration in the Z direction.

【0018】以下に、環状剪断形圧電素子1を用いた2
方向加速度計の作用について、図3及び図4により説明
する。なお、図4においては、圧電素子保持部材3、ケ
ース5及び演算部6の記載を省略している。
The following describes a method using the annular shear type piezoelectric element 1.
The operation of the directional accelerometer will be described with reference to FIGS. 4, illustration of the piezoelectric element holding member 3, the case 5, and the calculation unit 6 is omitted.

【0019】図4に示すように、一対の電極1a,1b
を電極1aと電極1bに分割する面(以下、YZ平面と
呼ぶ)に垂直な方向(以下、X方向と呼ぶ)の加速度が
振り子4に作用する場合を想定する。
As shown in FIG. 4, a pair of electrodes 1a, 1b
It is assumed that acceleration in a direction (hereinafter, referred to as X direction) perpendicular to a plane (hereinafter, referred to as YZ plane) that divides the pendulum into the electrodes 1a and 1b acts on the pendulum 4.

【0020】X方向の加速度が振り子4に作用すると、
電極1aと共通電極1cの間に発生する電圧(Va)
と、電極1bと共通電極1cの間に発生する電圧(V
b)は、互いに逆極性であって、同一電圧である。従っ
て、差演算部7の出力電圧は、電極1aと共通電極1c
の間に発生する電圧(Va)の2倍となる。
When the acceleration in the X direction acts on the pendulum 4,
Voltage (Va) generated between electrode 1a and common electrode 1c
And a voltage (V) generated between the electrode 1b and the common electrode 1c.
b) have opposite polarities and the same voltage. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 7 is equal to the electrode 1a and the common electrode 1c.
Is twice as high as the voltage (Va) generated during the period.

【0021】また、和演算部8の出力電圧は、電極1a
と共通電極1cの間に発生する電圧(Va)と、電極1
bと共通電極1cの間に発生する電圧(Vb)との和を
演算するので、0〔V〕となる。よって、差演算部7
は、X方向の加速度に対応した電圧を出力することにな
る。
The output voltage of the sum calculation unit 8 is equal to the voltage of the electrode 1a.
(Va) generated between the electrode 1 and the common electrode 1c.
Since the sum of b and the voltage (Vb) generated between the common electrode 1c is calculated, the sum is 0 [V]. Therefore, the difference calculation unit 7
Outputs a voltage corresponding to the acceleration in the X direction.

【0022】次に、振り子4の中心軸方向(以下、Z方
向と呼ぶ)の加速度が振り子4に作用する場合を想定す
る。Z方向の加速度が振り子4に作用すると、電極1a
と共通電極1cの間に発生する電圧(Va)と、電極1
bと共通電極1cの間に発生する電圧(Vb)は、互い
に同一極性であって、同一電圧である。従って、差演算
部7の出力電圧は、0〔V〕となる。
Next, it is assumed that the acceleration in the direction of the central axis of the pendulum 4 (hereinafter referred to as the Z direction) acts on the pendulum 4. When acceleration in the Z direction acts on the pendulum 4, the electrode 1a
(Va) generated between the electrode 1 and the common electrode 1c.
The voltage (Vb) generated between b and the common electrode 1c has the same polarity and the same voltage. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 7 is 0 [V].

【0023】また、和演算部8の出力電圧は、電極1a
と共通電極1cの間に発生する電圧(Va)の2倍とな
る。よって、和演算部8は、Z方向の加速度に対応した
電圧を出力することになる。
The output voltage of the sum calculation unit 8 is equal to the voltage of the electrode 1a.
And the voltage (Va) generated between the common electrode 1c and the common electrode 1c. Therefore, the sum calculation unit 8 outputs a voltage corresponding to the acceleration in the Z direction.

【0024】最後に、X方向とZ方向の両方向に直交す
るY方向の加速度が振り子4に作用する場合を想定す
る。Y方向の加速度が振り子4に作用すると、電極1a
と共通電極1cの間に発生する電圧(Va)は、電極1
aと共通電極1cで挟まれた環状剪断形圧電素子1内で
打ち消し合って(平均化されて)、0〔V〕となる。
Finally, it is assumed that the acceleration in the Y direction orthogonal to both the X direction and the Z direction acts on the pendulum 4. When acceleration in the Y direction acts on the pendulum 4, the electrode 1a
(Va) generated between the first electrode and the common electrode 1c
A and 0 (V) cancel each other out (averaged) in the annular shearing type piezoelectric element 1 sandwiched by the common electrode 1c and a.

【0025】同様に、電極1bと共通電極1cの間に発
生する電圧(Vb)も、電極1bと共通電極1cで挟ま
れた環状剪断形圧電素子1内で打ち消し合って(平均化
されて)、0〔V〕となる。従って、差演算部7の出力
電圧と和演算部8の出力電圧は、ともに0〔V〕とな
り、Y方向の加速度は検出しない。
Similarly, the voltage (Vb) generated between the electrode 1b and the common electrode 1c also cancels out (averages) in the annular shear type piezoelectric element 1 sandwiched between the electrode 1b and the common electrode 1c. , 0 [V]. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 7 and the output voltage of the sum calculation unit 8 both become 0 [V], and the acceleration in the Y direction is not detected.

【0026】図5に示すように、請求項1に係る発明に
おいて、N=2とした場合の環状剪断形圧電素子11
は、図1に示す環状剪断形圧電素子1と同様に、断面が
矩形の環状形状に形成され、高さ(厚み)方向に分極し
たものである。環状剪断形圧電素子11は、外周面に面
対称の関係になるように4等分して形成した二対の電極
11a,11cと電極11b,11dを設けると共に、
内周面の全周にわたって形成した共通電極11eを設け
ている。
As shown in FIG. 5, in the invention according to the first aspect, the annular shearing type piezoelectric element 11 when N = 2 is set.
Has a rectangular cross-sectional shape and is polarized in the height (thickness) direction, similarly to the annular shearing type piezoelectric element 1 shown in FIG. The annular shearing type piezoelectric element 11 is provided with two pairs of electrodes 11a, 11c and electrodes 11b, 11d formed into four equal parts so as to have a plane-symmetric relationship with the outer peripheral surface.
A common electrode 11e formed over the entire inner peripheral surface is provided.

【0027】環状剪断形圧電素子11を用いた3方向加
速度計は、環状剪断形圧電素子11を配設したセンサ部
と、センサ部の出力電圧を演算処理する演算部から成
る。図6に示すように、センサ部12は、環状剪断形圧
電素子11と、二対の電極1a,1b,11c,11d
を設けた環状剪断形圧電素子11の外周面を保持する圧
電素子保持部材13と、共通電極11eを設けた環状剪
断形圧電素子11の内周面を形成する孔部11fに嵌合
する振り子14と、圧電素子保持部材13の外周面を保
持してセンサ部12全体を覆うケース15から成る。
The three-directional accelerometer using the annular shear type piezoelectric element 11 includes a sensor unit provided with the annular shear type piezoelectric element 11, and an arithmetic unit for performing arithmetic processing on the output voltage of the sensor unit. As shown in FIG. 6, the sensor section 12 includes an annular shearing type piezoelectric element 11 and two pairs of electrodes 1a, 1b, 11c, 11d.
Element holding member 13 for holding the outer peripheral surface of annular shear type piezoelectric element 11 provided with a pendulum, and pendulum 14 fitted into hole 11f forming the inner peripheral surface of annular shear type piezoelectric element 11 provided with common electrode 11e. And a case 15 that holds the outer peripheral surface of the piezoelectric element holding member 13 and covers the entire sensor section 12.

【0028】3方向加速度計のセンサ部12は、外周面
に面対称の関係になるように4等分して形成した二対の
電極11a,11b,11c,11dを設けた環状剪断
形圧電素子11以外は、2方向加速度計のセンサ部2と
同様な構成なので、圧電素子保持部材13、振り子14
及びケース15の説明は省略する。
The sensor section 12 of the three-way accelerometer has an annular shearing type piezoelectric element provided with two pairs of electrodes 11a, 11b, 11c and 11d formed into four equal parts on the outer peripheral surface so as to have a plane-symmetric relationship. 11 is the same as that of the sensor unit 2 of the two-directional accelerometer, so that the piezoelectric element holding member 13 and the pendulum 14
The description of the case 15 is omitted.

【0029】図7に示すように、センサ部12の出力電
圧を演算処理する演算部16は、2個の差演算部17,
18と和演算部19から成る。一方の差演算部17は、
電極11aと共通電極11eの間に発生する電圧(V
a)と、電極11cと共通電極1eの間に発生する電圧
(Vc)との差(Va−Vc)を演算して出力する。こ
の差電圧(Va−Vc)が、X方向の加速度に対応した
信号になる。
As shown in FIG. 7, an arithmetic unit 16 for calculating the output voltage of the sensor unit 12 includes two difference arithmetic units 17,
18 and a sum operation unit 19. One difference calculation unit 17 is:
The voltage (V) generated between the electrode 11a and the common electrode 11e
a) and the difference (Va−Vc) between the voltage (Vc) generated between the electrode 11c and the common electrode 1e is calculated and output. This difference voltage (Va-Vc) becomes a signal corresponding to the acceleration in the X direction.

【0030】他方の差演算部18は、電極11bと共通
電極11eの間に発生する電圧(Vb)と、電極11d
と共通電極1eの間に発生する電圧(Vd)との差(V
b−Vd)を演算して出力する。この差電圧(Vb−V
d)が、Y方向の加速度に対応した信号になる。
The other difference calculating section 18 calculates a voltage (Vb) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e,
(Vd) between the voltage (Vd) generated between the common electrode 1e and the common electrode 1e.
b−Vd) is calculated and output. This difference voltage (Vb-V
d) becomes a signal corresponding to the acceleration in the Y direction.

【0031】和演算部19は、電極1bと共通電極1e
の間に発生する電圧(Vb)と、電極1dと共通電極1
eの間に発生する電圧(Vd)との和(Vb+Vd)を
演算して出力する。この和電圧(Vb+Vd)が、Z方
向の加速度に対応した信号になる。
The sum calculation unit 19 includes an electrode 1b and a common electrode 1e.
Between the electrode 1d and the common electrode 1
The sum (Vb + Vd) with the voltage (Vd) generated during e is calculated and output. This sum voltage (Vb + Vd) becomes a signal corresponding to the acceleration in the Z direction.

【0032】以下に、環状剪断形圧電素子11を用いた
3方向加速度計の作用について、図7及び図8により説
明する。なお、図8においては、圧電素子保持部材1
3、ケース15及び演算部16の記載を省略している。
The operation of the three-directional accelerometer using the annular shear type piezoelectric element 11 will be described below with reference to FIGS. In FIG. 8, the piezoelectric element holding member 1
3, the description of the case 15, and the calculation unit 16 is omitted.

【0033】図8に示すように、一対の電極11b,1
1dを夫々2等分に分割する面(以下、YZ平面と呼
ぶ)に垂直な方向(以下、X方向と呼ぶ)の加速度が振
り子4に作用する場合を想定する。
As shown in FIG. 8, a pair of electrodes 11b, 1
It is assumed that acceleration in a direction (hereinafter, referred to as an X direction) perpendicular to a plane (hereinafter, referred to as a YZ plane) that divides 1d into two equally acts on the pendulum 4.

【0034】X方向の加速度が振り子14に作用する
と、電極11aと共通電極11eの間に発生する電圧
(Va)と、電極11cと共通電極11eの間に発生す
る電圧(Vc)は,互いに同一極性であって、同一電圧
である。従って、差演算部17の出力電圧は、電極11
aと共通電極11eの間に発生する電圧(Va)の2倍
となる。
When the acceleration in the X direction acts on the pendulum 14, the voltage (Va) generated between the electrode 11a and the common electrode 11e is the same as the voltage (Vc) generated between the electrode 11c and the common electrode 11e. Polarity and the same voltage. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 17 is
a and twice the voltage (Va) generated between the common electrode 11e.

【0035】また、電極11bと共通電極11eの間に
発生する電圧(Vb)は、0〔V〕になる。これは、電
極11bと共通電極11eの間に挟まれた部分におい
て、発生電圧を0〔V〕にするように剪断力が作用する
からである。
The voltage (Vb) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e is 0 [V]. This is because a shear force acts on the portion sandwiched between the electrode 11b and the common electrode 11e so that the generated voltage becomes 0 [V].

【0036】同様の理由で、電極11dと共通電極11
eの間に発生する電圧(Vd)も、0〔V〕になる。従
って、差演算部18の出力電圧と和演算部19の出力電
圧は、ともに0〔V〕となる。よって、差演算部17の
出力電圧は、X方向の加速度に対応した信号である。
For the same reason, the electrode 11d and the common electrode 11
The voltage (Vd) generated during e also becomes 0 [V]. Therefore, both the output voltage of the difference calculation unit 18 and the output voltage of the sum calculation unit 19 become 0 [V]. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 17 is a signal corresponding to the acceleration in the X direction.

【0037】次に、振り子14の中心軸方向(以下、Z
方向と呼ぶ)の加速度が振り子14に作用する場合を想
定する。Z方向の加速度が振り子14に作用すると、電
極11aと共通電極11eの間に発生する電圧(Va)
と、電極11cと共通電極11eの間に発生する電圧
(Vc)は、互いに同一極性であって、同一電圧であ
る。従って、差演算部17の出力は、0〔V〕となる。
Next, the direction of the center axis of the pendulum 14 (hereinafter, Z
It is assumed that acceleration of the pendulum 14 acts on the pendulum 14. When the acceleration in the Z direction acts on the pendulum 14, the voltage (Va) generated between the electrode 11a and the common electrode 11e
And a voltage (Vc) generated between the electrode 11c and the common electrode 11e have the same polarity and the same voltage. Therefore, the output of the difference calculation unit 17 is 0 [V].

【0038】また、電極11bと共通電極11eの間に
発生する電圧(Vb)と、電極11dと共通電極11e
の間に発生する電圧(Vd)は、互いに同一極性であっ
て、同一電圧である。従って、差演算部18の出力電圧
は、0〔V〕となり、和演算部19の出力電圧は、電極
11bと共通電極11eの間に発生する電圧(Vb)の
2倍となる。よって、和演算部19の出力電圧は、Z方
向の加速度に対応した信号である。
The voltage (Vb) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e, and the voltage (Vb) between the electrode 11d and the common electrode 11e
Are generated with the same polarity and the same voltage. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 18 is 0 [V], and the output voltage of the sum calculation unit 19 is twice the voltage (Vb) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e. Therefore, the output voltage of the sum calculation unit 19 is a signal corresponding to the acceleration in the Z direction.

【0039】最後に、X方向とZ方向の両方向に直交す
るY方向の加速度が振り子14に作用する場合を想定す
る。Y方向の加速度が振り子14に作用すると、電極1
1bと共通電極11eの間に発生する電圧(Vb)と、
電極11dと共通電極11eの間に発生する電圧(V
d)は、互いに逆極性であって、同一電圧である。従っ
て、差演算部18の出力電圧は、電極11bと共通電極
11eの間に発生する電圧(Vb)の2倍となり、和演
算部19の出力電圧は、0〔V〕になる。
Finally, it is assumed that the acceleration in the Y direction orthogonal to both the X direction and the Z direction acts on the pendulum 14. When acceleration in the Y direction acts on the pendulum 14, the electrode 1
1b and the voltage (Vb) generated between the common electrode 11e;
The voltage (V) generated between the electrode 11d and the common electrode 11e
d) have opposite polarities and the same voltage. Accordingly, the output voltage of the difference calculation unit 18 is twice the voltage (Vb) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e, and the output voltage of the sum calculation unit 19 is 0 [V].

【0040】また、電極11aと共通電極11eの間に
発生する電圧(Va)は、0〔V〕になる。これは、電
極11aと共通電極11eに挟まれた部分において、発
生電圧を0〔V〕にするように剪断力が作用するからで
ある。
The voltage (Va) generated between the electrode 11a and the common electrode 11e is 0 [V]. This is because a shearing force acts on the portion between the electrode 11a and the common electrode 11e so that the generated voltage becomes 0 [V].

【0041】同様の理由で、電極11cと共通電極11
eの間に発生する電圧(Vc)も、0〔V〕になる。従
って、差演算部17の出力電圧は、0〔V〕となる。よ
って、差演算部18の出力電圧は、Y方向の加速度に対
応した信号である。
For the same reason, the electrode 11c and the common electrode 11
The voltage (Vc) generated during e also becomes 0 [V]. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 17 is 0 [V]. Therefore, the output voltage of the difference calculation unit 18 is a signal corresponding to the acceleration in the Y direction.

【0042】上述の発明の実施の形態においては、環状
剪断形圧電素子1,11の外周面に面対称の関係になる
ように一対の電極1a,1b又は二対の電極11a,1
1b,11c,11dを等分に設けると共に、内周面に
共通電極1c,11eを設け、内周面と外周面の間に作
用する剪断力に相当する電圧が電極と共通電極の間に発
生する場合について説明した。
In the embodiment of the present invention described above, the pair of electrodes 1a, 1b or the two pairs of electrodes 11a, 1b are arranged so that the outer peripheral surfaces of the annular shear type piezoelectric elements 1, 11 have a plane-symmetric relationship.
1b, 11c, and 11d are provided equally, and common electrodes 1c and 11e are provided on the inner peripheral surface. A voltage corresponding to the shearing force acting between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is generated between the electrodes and the common electrode. The case where it does is explained.

【0043】しかし、請求項2に係る発明のように、内
周面に面対称の関係になるように一対の電極又は二対の
電極を等分に設けると共に、外周面に共通電極を設け、
内周面と外周面の間に作用する剪断力に相当する電圧が
電極と共通電極の間に発生する環状剪断形圧電素子でも
よい。
However, as in the invention according to claim 2, a pair of electrodes or two pairs of electrodes are equally provided on the inner peripheral surface so as to have a plane-symmetric relationship, and a common electrode is provided on the outer peripheral surface.
An annular shear-type piezoelectric element in which a voltage corresponding to a shear force acting between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface is generated between the electrode and the common electrode may be used.

【0044】また、上述の発明の実施の形態において
は、環状剪断形圧電素子1,11の外周側をケース5,
15に固定し、内周側に振り子4,14を固定した場合
について説明した。
In the embodiment of the invention described above, the outer peripheral side of the annular shear type piezoelectric elements 1 and 11 is
15 has been described, and the pendulums 4 and 14 have been fixed to the inner peripheral side.

【0045】しかし、ケース5,15に加速度が作用し
たとき、環状剪断形圧電素子1,11の内周面と外周面
の間において、これらの面に平行な剪断力が作用すれば
よいのであるから、環状剪断形圧電素子1,11の内周
側をケースに固定し、外周側に振り子4,14を固定し
た構成としてもよい。
However, when acceleration is applied to the cases 5 and 15, a shearing force parallel to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the annular shear type piezoelectric elements 1 and 11 only has to act on these surfaces. Therefore, the inner peripheral side of the annular shear type piezoelectric elements 1 and 11 may be fixed to the case, and the pendulums 4 and 14 may be fixed to the outer peripheral side.

【0046】更に、請求項4に係る加速度計についての
発明の実施の形態において、和演算部19が、電極11
bと共通電極11eの間に発生する電圧(Vb)と電極
11dと共通電極11eの間に発生する電圧(Vd)と
の和(Vb+Vd)を演算して出力する構成を説明し
た。
Further, in the embodiment of the invention relating to the accelerometer according to the fourth aspect, the sum calculating section 19 includes the electrode 11
The configuration for calculating and outputting the sum (Vb + Vd) of the voltage (Vb) generated between b and the common electrode 11e and the voltage (Vd) generated between the electrode 11d and the common electrode 11e has been described.

【0047】しかし、和演算部19については、電極1
1aと共通電極11eの間に発生する電圧(Va)と電
極11cと共通電極11eの間に発生する電圧(Vc)
との和(Va+Vc)を演算して出力する構成としても
よい。
However, regarding the sum operation unit 19, the electrode 1
Voltage (Va) generated between 1a and common electrode 11e and voltage (Vc) generated between electrode 11c and common electrode 11e.
The sum (Va + Vc) may be calculated and output.

【0048】また、電極11aと共通電極11eの間に
発生する電圧(Va)と、電極11bと共通電極11e
の間に発生する電圧(Vb)と、電極11cと共通電極
11eの間に発生する電圧(Vc)と、電極11dと共
通電極11eの間に発生する電圧(Vd)の総和(Va
+Vb+Vc+Vd)を演算して出力する構成としても
よい。
The voltage (Va) generated between the electrode 11a and the common electrode 11e, and the voltage (Va) generated between the electrode 11b and the common electrode 11e.
, A voltage (Vc) generated between the electrode 11c and the common electrode 11e, and a sum (Va) of a voltage (Vd) generated between the electrode 11d and the common electrode 11e.
+ Vb + Vc + Vd) may be calculated and output.

【0049】更に、上述の発明の実施の形態において
は、環状剪断形圧電素子1,11を多方向加速度計に適
用した場合について説明した。しかし、環状剪断形圧電
素子1,11は、内周面と外周面との間に剪断力が加え
られると、これに応じた電圧が各電極と共通電極間に発
生するものであるから、その他の圧電式装置、例えば圧
電式の多方向の力検出装置等にも適用できる。また、電
極の対数については目的に応じて増加させても良い。
Further, in the embodiment of the present invention described above, the case where the annular shear type piezoelectric elements 1 and 11 are applied to a multidirectional accelerometer has been described. However, when a shearing force is applied between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, a voltage corresponding to this is generated between each electrode and the common electrode in the annular shearing type piezoelectric elements 1 and 11. , For example, a piezoelectric multi-directional force detector. Further, the number of pairs of electrodes may be increased according to the purpose.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように請求項1に係る発明
によれば、簡単な構造ながらも多方向の加速度又は力を
検出することができる環状剪断形圧電素子を実現でき
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to realize an annular shear type piezoelectric element capable of detecting acceleration or force in multiple directions with a simple structure.

【0051】請求項2に係る発明によれば、簡単な構造
ながらも多方向の加速度又は力を検出することができる
環状剪断形圧電素子を実現できる。
According to the second aspect of the present invention, it is possible to realize an annular shear type piezoelectric element capable of detecting accelerations or forces in multiple directions with a simple structure.

【0052】請求項3に係る発明によれば、圧電素子を
数多く使用することなく、互いに直交する2方向の加速
度を同時に検出することができる。
According to the third aspect of the present invention, accelerations in two directions orthogonal to each other can be simultaneously detected without using many piezoelectric elements.

【0053】請求項4に係る発明によれば、圧電素子を
数多く使用することなく、互いに直交する3方向の加速
度を同時に検出することができる。
According to the invention of claim 4, accelerations in three directions orthogonal to each other can be detected simultaneously without using many piezoelectric elements.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1に係る環状剪断形圧電素子(N=1と
した場合)の斜視図(a)及び平面図(b)
FIG. 1 is a perspective view (a) and a plan view (b) of an annular shearing type piezoelectric element (when N = 1) according to claim 1;

【図2】請求項3に係る加速度計のセンサ部の断面図FIG. 2 is a sectional view of a sensor section of the accelerometer according to claim 3;

【図3】請求項3に係る加速度計の構成説明図FIG. 3 is a configuration explanatory view of an accelerometer according to claim 3;

【図4】請求項3に係る加速度計の作用説明図FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the accelerometer according to claim 3;

【図5】請求項1に係る環状剪断形圧電素子(N=2と
した場合)の斜視図(a)及び平面図(b)
5A and 5B are a perspective view and a plan view, respectively, of an annular shearing type piezoelectric element according to claim 1 (when N = 2).

【図6】請求項4に係る加速度計のセンサ部の断面図FIG. 6 is a sectional view of a sensor section of the accelerometer according to claim 4.

【図7】請求項4に係る加速度計の構成説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a configuration of an accelerometer according to claim 4.

【図8】請求項4に係る加速度計の作用説明図FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the accelerometer according to claim 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11…環状剪断形圧電素子、1a,1b,11a,
11b,11c,11d…電極、1c,11e…共通電
極、2,12…センサ部、3,13…圧電素子保持部
材、4,14…振り子、5,15…ケース、6,16…
演算部、7,17,18…差演算部、8,19…和演算
部。
1,11 ... annular shear type piezoelectric element, 1a, 1b, 11a,
11b, 11c, 11d: electrodes, 1c, 11e: common electrodes, 2, 12: sensor unit, 3, 13: piezoelectric element holding member, 4, 14: pendulum, 5, 15: case, 6, 16 ...
Arithmetic units, 7, 17, 18 ... difference arithmetic units, 8, 19 ... sum arithmetic units.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外周面に面対称の関係になるように電極
を等分にN対(Nは1以上の整数)設けると共に、内周
面に共通電極を設け、前記内周面と前記外周面の間に作
用する剪断力に相当する電圧が前記電極と前記共通電極
の間に発生することを特徴とする環状剪断形圧電素子。
1. An N-number of electrodes (N is an integer of 1 or more) are equally provided so as to have a plane-symmetric relationship with an outer peripheral surface, and a common electrode is provided on an inner peripheral surface. An annular shear-type piezoelectric element, wherein a voltage corresponding to a shear force acting between surfaces is generated between the electrode and the common electrode.
【請求項2】 内周面に面対称の関係になるように電極
を等分にN対(Nは1以上の整数)設けると共に、外周
面に共通電極を設け、前記内周面と前記外周面の間に作
用する剪断力に相当する電圧が前記電極と前記共通電極
の間に発生することを特徴とする環状剪断形圧電素子。
2. An N-number of electrodes (N is an integer of 1 or more) are equally provided on the inner peripheral surface so as to have a plane-symmetric relationship with the inner peripheral surface, and a common electrode is provided on the outer peripheral surface. An annular shear-type piezoelectric element, wherein a voltage corresponding to a shear force acting between surfaces is generated between the electrode and the common electrode.
【請求項3】 一対の電極と共通電極を有する請求項1
又は2記載の環状剪断形圧電素子と、この環状剪断形圧
電素子に嵌合して剪断力を与える振り子と、前記環状剪
断形圧電素子を保持する圧電素子保持部材と、前記一対
の電極と前記共通電極との間に発生する夫々の電圧を互
いに差演算又は和演算する演算部を備え、前記振り子に
作用する加速度を検出することを特徴とする加速度計。
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a pair of electrodes and a common electrode.
Or the annular shear-type piezoelectric element according to 2, a pendulum fitted to the annular shear-type piezoelectric element to apply a shearing force, a piezoelectric element holding member for holding the annular shear-type piezoelectric element, the pair of electrodes, and An accelerometer, comprising: a calculation unit for calculating a difference or a sum of respective voltages generated between the common electrode and the common electrode, and detecting an acceleration acting on the pendulum.
【請求項4】 二対の電極と共通電極を有する請求項1
又は2記載の環状剪断形圧電素子と、この環状剪断形圧
電素子に嵌合して剪断力を与える振り子と、前記環状剪
断形圧電素子を保持する圧電素子保持部材と、前記二対
の電極と前記共通電極との間に発生する夫々の電圧を互
いに差演算又は和演算する演算部を備え、前記振り子に
作用する加速度を検出することを特徴とする加速度計。
4. The method according to claim 1, further comprising two pairs of electrodes and a common electrode.
Or the annular shear-type piezoelectric element according to 2, a pendulum that fits the annular shear-type piezoelectric element to apply a shearing force, a piezoelectric element holding member that holds the annular shear-type piezoelectric element, and the two pairs of electrodes. An accelerometer, comprising: a calculation unit for calculating a difference or a sum of respective voltages generated between the common electrode and the common electrode, and detecting an acceleration acting on the pendulum.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003248015A (en) * 2002-02-25 2003-09-05 Fujitsu Media Device Kk Accelerometer
JP2009540304A (en) * 2006-06-14 2009-11-19 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト Measurement of lateral force
JP2010256156A (en) * 2009-04-24 2010-11-11 Imp:Kk Strain sensor and rolling machine using the same
WO2013039125A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-21 日本電気株式会社 Piezoelectric vibration sensor
CN117129712A (en) * 2023-10-25 2023-11-28 山东利恩斯智能科技有限公司 Annular piezoelectric ceramic six-dimensional acceleration sensor and measuring method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003248015A (en) * 2002-02-25 2003-09-05 Fujitsu Media Device Kk Accelerometer
JP2009540304A (en) * 2006-06-14 2009-11-19 キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト Measurement of lateral force
JP2010256156A (en) * 2009-04-24 2010-11-11 Imp:Kk Strain sensor and rolling machine using the same
WO2013039125A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-21 日本電気株式会社 Piezoelectric vibration sensor
CN117129712A (en) * 2023-10-25 2023-11-28 山东利恩斯智能科技有限公司 Annular piezoelectric ceramic six-dimensional acceleration sensor and measuring method thereof

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