JPH1151962A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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Publication number
JPH1151962A
JPH1151962A JP15407098A JP15407098A JPH1151962A JP H1151962 A JPH1151962 A JP H1151962A JP 15407098 A JP15407098 A JP 15407098A JP 15407098 A JP15407098 A JP 15407098A JP H1151962 A JPH1151962 A JP H1151962A
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JP
Japan
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electrode
electrodes
piezoelectric element
acceleration sensor
piezoelectric
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Application number
JP15407098A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Ootsuchi
哲郎 大土
Koji Kawakita
晃司 川北
Hiroshi Kagata
博司 加賀田
Katsu Takeda
克 武田
Katsunori Moritoki
克典 守時
Osamu Kawasaki
修 川▲さき▼
Junichi Kato
純一 加藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an acceleration sensor with high sensitivity without mounting a high resistance on a board, and without reducing the output voltage up to a low frequency region with regard to a given magnitude of acceleration. SOLUTION: An acceleration sensor is provided both with an piezoelectric element 100 having a piezoelectric body layer in which a plurality of piezoelectric bodies 4-1, 4-2, and 4-3 are laminated and electrodes 1a, 3a, 1b, and 3b that have been provided on the main opposed surfaces of the respective piezoelectric body layers 4-1, 4-2, and 4-3, and with a supporting body for supporting the piezoelectric element 100; and some of the piezoelectric bodies 4-1, 4-3 out of the piezoelectric body layers are polarized, and on both surfaces of the polarized piezoelectric bodies, electrodes 1a, 3a, 1b, 3b are provided, and the impedances formed by the polarized piezoelectric bodies and the electrodes on both surfaces thereof are electrically connected to each other in a parallel condition.

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、加速度の測定や振
動の検知等に使われる加速度センサに関する。
The present invention relates to an acceleration sensor used for measuring acceleration, detecting vibration, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型が進み、ノート型
パソコン等の携帯用電子機器が普及してきた。これらの
電子機器の衝撃に対する信頼性を確保・向上するため
に、小型で表面実装可能な高性能の加速度(衝撃)セン
サの需要が高まっている。例えば、高密度のハードディ
スクへの書き込み動作中に衝撃が加わると、ヘッドの位
置ずれが生じる。その結果、データの書き込みエラーや
ヘッドの破損を引き起こす可能性がある。そこで、ハー
ドディスクに加わった衝撃を検出し、書き込み動作を停
止したり、ヘッドを安全な位置に退避させる必要があ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have become smaller, and portable electronic devices such as notebook computers have become widespread. In order to secure and improve the reliability of these electronic devices against impact, there is an increasing demand for high-performance acceleration (shock) sensors that are compact and surface mountable. For example, if an impact is applied during a writing operation to a high-density hard disk, a head displacement occurs. As a result, there is a possibility that a data write error or damage to the head may occur. Therefore, it is necessary to detect the impact applied to the hard disk, stop the write operation, and retract the head to a safe position.

【0003】また、自動車の衝突時の衝撃から搭乗者を
保護するためのエアバック装置の衝撃検知用加速度セン
サやサスペンションコントロールのための加速度の検知
などの需要も高まっている。これらの加速度センサに対
しては、さらに小型、軽量化が要望されている。
[0003] In addition, there is an increasing demand for an acceleration sensor for detecting an impact of an airbag device for protecting an occupant from an impact at the time of a collision of an automobile, and for detecting an acceleration for controlling a suspension. For these acceleration sensors, further reduction in size and weight is required.

【0004】ところで、圧電セラミックスが加速度セン
サとして使用できるのは、加速度に比例する力が圧電セ
ラミックスに加わると圧電セラミックスの内部に歪みが
生じ、圧電セラミクスの両面に電荷が発生するからであ
る。図38は従来の圧電式の加速度センサの圧電素子5
00の構造を示す図であり、板状または円板上の圧電セ
ラミックス50と金属板が接着された構造をしており、
圧電セラミック50の上下両面には電極が形成されてお
り、一方の面の電極を2つに分け、自己診断時の駆動用
電極52と検出用電極51として用いる。この圧電素子
500が上下方向にたわみ振動すると電荷が出力電極に
発生する。
[0004] By the way, piezoelectric ceramics can be used as an acceleration sensor because when a force proportional to acceleration is applied to the piezoelectric ceramics, distortion occurs inside the piezoelectric ceramics and electric charges are generated on both sides of the piezoelectric ceramics. FIG. 38 shows a piezoelectric element 5 of a conventional piezoelectric acceleration sensor.
00 is a diagram showing a structure of a piezoelectric ceramic 50 on a plate or a disk and a metal plate are bonded,
Electrodes are formed on both upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic 50, and the electrode on one surface is divided into two and used as a drive electrode 52 and a detection electrode 51 at the time of self-diagnosis. When the piezoelectric element 500 flexes and vibrates in the vertical direction, electric charges are generated at the output electrode.

【0005】圧電型加速度センサの一般的な信号処理回
路を図39に示す。加速度を計測する加速度センサは電
界効果型トランジスタ(以下FET)を用いたソースフ
ォロワ回路を用いる。このソースフォロワ回路では、イ
ンピーダンス変換効率が大きく、回路の利得はほぼ0d
Bである。
FIG. 39 shows a general signal processing circuit of a piezoelectric acceleration sensor. An acceleration sensor for measuring acceleration uses a source follower circuit using a field effect transistor (hereinafter, FET). In this source follower circuit, the impedance conversion efficiency is large, and the gain of the circuit is almost 0d.
B.

【0006】図39の回路において、低周波側の出力周
波数範囲は、加速度センサの有する静電容量C11と加
速度センサと並列に接続された抵抗Rhからなるハイパ
スフィルタの時定数(1/ωs)より求まるカットオフ
周波数で決まる。そして、ハイパスフィルタのカットオ
フ周波数fhcは、 である。
In the circuit of FIG. 39, the output frequency range on the low frequency side is determined by the time constant (1 / ωs) of the high-pass filter including the capacitance C11 of the acceleration sensor and the resistor Rh connected in parallel with the acceleration sensor. It is determined by the calculated cutoff frequency. And the cutoff frequency fhc of the high-pass filter is It is.

【0007】一般に圧電型加速度センサの静電容量は形
状に依存するが、圧電セラミックを用いて作製された圧
電センサは数100pFである。また抵抗Rhは、その
抵抗Rhをゲート抵抗として汎用に用いられているチッ
プ抵抗を用いる場合、1M〜10MΩ程度である。した
がって、圧電セラミックを用いた圧電センサの場合、カ
ットオフ周波数は、数100Hz程度になる。
In general, the capacitance of a piezoelectric acceleration sensor depends on its shape, but a piezoelectric sensor manufactured using piezoelectric ceramic has a capacitance of several hundred pF. The resistance Rh is about 1 MΩ to about 10 MΩ when a general-purpose chip resistance is used as the gate of the resistance Rh. Therefore, in the case of a piezoelectric sensor using piezoelectric ceramic, the cutoff frequency is about several hundred Hz.

【0008】以上のように圧電型加速度センサの測定可
能な周波数の下限は、加速度センサの容量とこれと接続
される抵抗値によって決まり、それより低周波側では出
力が低下する。
As described above, the lower limit of the measurable frequency of the piezoelectric acceleration sensor is determined by the capacitance of the acceleration sensor and the resistance value connected thereto, and the output lowers on the lower frequency side.

【0009】次に、自己診断の原理を以下に説明する。
圧電素子には、発信器からの自己診断パルスが自己診断
の駆動用電極に印加される。圧電素子は、自己診断パル
スによって振動し、その振動によって、加速度センサが
振動する。そのとき、検出用電極にはその振動の大きさ
に応じた電荷が発生し、信号処理回路で電圧に変換され
る。自己診断パルスにより生じた振動を検出した結果の
電圧が、あらかじめ定めた値と異なる場合、加速度セン
サの異常と診断し、異常の際の処置をとるような信号処
理回路となっている。以上により、加速度センサの故障
を自己診断する機能を付加することができる。
Next, the principle of the self-diagnosis will be described below.
The self-diagnosis pulse from the transmitter is applied to the piezoelectric element to the self-diagnosis drive electrode. The piezoelectric element vibrates by the self-diagnosis pulse, and the vibration causes the acceleration sensor to vibrate. At that time, charges corresponding to the magnitude of the vibration are generated in the detection electrodes, and are converted into voltages by the signal processing circuit. If the voltage detected as a result of the vibration generated by the self-diagnosis pulse is different from a predetermined value, the signal processing circuit is configured to diagnose that the acceleration sensor is abnormal and take measures when the abnormality is abnormal. As described above, a function of performing a self-diagnosis of a failure of the acceleration sensor can be added.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電セラミ
ックを用いた加速度センサがエアバック等の安全装置や
悪路における乗り心地を改善するために用いられる場合
に要求される特性としては、出来るだけ低い周波数域ま
での加速度検出が可能であること、また、検出可能な範
囲でもその検出感度が優れていること、焦電効果が小さ
いこと、自己診断ができることである。
The characteristics required when an acceleration sensor using piezoelectric ceramics is used to improve the safety of a safety device such as an air bag or the like on a rough road are as low as possible. Acceleration can be detected up to the frequency range, the detection sensitivity is excellent even in the detectable range, the pyroelectric effect is small, and self-diagnosis can be performed.

【0011】できるだけ低い周波数の範囲まで加速度検
出出来るためには、上述したカットオフ周波数が小さい
ことが必要である。従って、加速度センサの容量とこれ
と接続される抵抗値を大きくする必要がある。
In order to be able to detect acceleration to the lowest possible frequency range, the above-mentioned cutoff frequency must be small. Therefore, it is necessary to increase the capacitance of the acceleration sensor and the resistance value connected thereto.

【0012】そこで、加速度センサと並列に接続する抵
抗Rhを大きくすることにより、カットオフ周波数fh
cを小さくし、低周波まで一定の出力を得るという方策
がある。しかしながら、10MΩを越える抵抗はかなり
高価であり、現実的でない。
Therefore, by increasing the resistance Rh connected in parallel with the acceleration sensor, the cutoff frequency fh
There is a measure to reduce c and obtain a constant output up to low frequencies. However, resistors exceeding 10 MΩ are quite expensive and impractical.

【0013】また、実装する基板の配線間の漏れ電流な
どにも特別の注意を払わなければ、実質的に高抵抗を得
られないという課題がある。抵抗体の基板への接続端子
などに漏れ電流防止のガードリングなどの部材を設けな
ければならい。湿度などの環境の変化に対して、基板の
配線間の漏れ電流が変化し、抵抗値が見かけ上小さくな
るなどの問題がある。
Another problem is that a high resistance cannot be substantially obtained unless special attention is paid to a leakage current between wirings of a board to be mounted. A member such as a guard ring for preventing leakage current must be provided at the connection terminal of the resistor to the substrate. There is a problem that the leakage current between the wirings of the substrate changes due to a change in environment such as humidity, and the resistance value is apparently reduced.

【0014】また、図39の信号処理回路は、集積回路
化することは容易であるが、Rhのように10MΩ以上
の高抵抗は、現在の半導体技術で集積回路の中に組み込
むことは非常に困難である。したがって、加速度センサ
と信号処理用集積回路の他に高抵抗を別に用意して実装
しなければならないが、そうすると実装部品の点数が多
くなり、また実装面積が広くなり、衝撃検知装置などの
小型化の妨げとなる。
Although the signal processing circuit shown in FIG. 39 can be easily integrated into an integrated circuit, a high resistance of 10 MΩ or more, such as Rh, can be very easily incorporated into an integrated circuit by current semiconductor technology. Have difficulty. Therefore, in addition to the acceleration sensor and the integrated circuit for signal processing, it is necessary to prepare and mount a high resistance separately, but this increases the number of mounted components, increases the mounting area, and reduces the size of impact detection devices and other devices. Hinders

【0015】他方、加速度センサの静電容量C11を大
きくするという方策がある。圧電加速度センサの静電容
量は材料が同一の場合、圧電体の厚さが薄いほど大き
く、面積が広いほど大きくなる。圧電体を薄くすればよ
いが、薄くなれば機械的強度が低下し割れやすくなり、
また工程上でも扱いにくくなるという問題がある。ま
た、面積を大きくすると小型化が難しくなる。さらに、
圧電体の形状は、測定周波数帯と密接に関係する共振周
波数を決定するため、圧電センサの形状を容易に変更す
ることはできないという課題を有している。従って、容
量を大きくするには別のやり方を考える必要がある。
On the other hand, there is a measure to increase the capacitance C11 of the acceleration sensor. When the material is the same, the capacitance of the piezoelectric acceleration sensor increases as the thickness of the piezoelectric body decreases, and increases as the area increases. It is sufficient to make the piezoelectric body thinner, but if it becomes thinner, the mechanical strength decreases and it becomes easier to crack,
There is also a problem that it becomes difficult to handle even in the process. In addition, when the area is increased, miniaturization becomes difficult. further,
Since the shape of the piezoelectric body determines the resonance frequency closely related to the measurement frequency band, there is a problem that the shape of the piezoelectric sensor cannot be easily changed. Therefore, it is necessary to consider another way to increase the capacity.

【0016】他方、所定の周波数範囲で検出できるとし
ても、その感度が高い必要がある。ところで、同一の圧
電セラミックを用いた場合、振動により発生する電荷の
量は一定であり、Q(電荷)=C(容量)V(感度)で
あるから、感度は容量が小さい方が高いことになる。
On the other hand, even if it can be detected in a predetermined frequency range, its sensitivity needs to be high. By the way, when the same piezoelectric ceramic is used, the amount of charge generated by vibration is constant, and Q (charge) = C (capacity) V (sensitivity). Become.

【0017】すなわち、加速度センサを、出来るだけ低
周波領域も検出できるとともに、感度を高くするために
は、容量を大きくする必要があるとともに適正な大きさ
が必要である。
That is, in order to enable the acceleration sensor to detect the low frequency region as much as possible and to increase the sensitivity, it is necessary to increase the capacity and to have an appropriate size.

【0018】また、感度に関しては、振動時の発生電荷
が小さいと、信号を増幅するために、2段のアンプを使
用することになり、回路が複雑になる。また、同時に、
ノイズに対して同様に増幅されることから、SN比が悪
くなり誤動作の防止のために、より回路が複雑になると
いう問題を有していた。
Regarding the sensitivity, if the charge generated during vibration is small, a two-stage amplifier must be used to amplify the signal, and the circuit becomes complicated. At the same time,
Since noise is similarly amplified, there is a problem that the signal-to-noise ratio deteriorates and the circuit becomes more complicated to prevent malfunction.

【0019】さらに、自己診断するために駆動用電極に
発信器により発振パルスを与え、低周波数で駆動して振
動を振動検出用電極で検出する場合には、上述した様に
振動検出用電極からの出力電圧は、振動検出用電極部の
圧電素子の容量が小さいために小さくなる。振動検出用
電極は圧電素子全面に設けられていないので、圧電素子
全体の容量よりさらに低くなる。また、振動検出用電極
に生じる電荷量も面積に応じて小さくなる。
Further, when an oscillation pulse is applied to the driving electrode by a transmitter for self-diagnosis and the vibration is detected by the vibration detecting electrode by driving at a low frequency, the vibration detecting electrode is used as described above. Is small because the capacitance of the piezoelectric element of the vibration detection electrode portion is small. Since the vibration detection electrode is not provided on the entire surface of the piezoelectric element, the capacitance is further lower than the capacitance of the entire piezoelectric element. Further, the amount of electric charge generated in the vibration detection electrode also decreases according to the area.

【0020】自己診断時の振動検出の低周波での出力電
圧が小さくなると、低周波での自己診断の精度が低下す
る。したがって、すべての周波数帯域における自己診断
を精度よく行うことができないという問題があった。
When the output voltage at the low frequency of the vibration detection at the time of the self-diagnosis decreases, the accuracy of the self-diagnosis at the low frequency decreases. Therefore, there is a problem that self-diagnosis cannot be performed accurately in all frequency bands.

【0021】また、自己診断電極の面積は、小さすぎる
と振動を関知できず、また、大きすぎると振動が大きく
なり、圧電体の破壊が起こるという問題を有していた。
しかしながら、自己診断電極の面積を小さくして、検出
用電極との間隔が大きくなると素子中に電極のない部分
が大きくなる。圧電体層の面に電極がある部分と内部部
分があると、収縮率の差により圧電素子にそりやうねり
が生じてしまい、安定してそりのない素子を得ることが
出来なかった。
Also, if the area of the self-diagnosis electrode is too small, vibration cannot be detected, and if it is too large, the vibration becomes large, and there is a problem that the piezoelectric body is destroyed.
However, when the area of the self-diagnosis electrode is reduced and the distance between the self-diagnosis electrode and the detection electrode is increased, a portion of the element having no electrode is increased. When there is an electrode portion and an internal portion on the surface of the piezoelectric layer, warpage or undulation occurs in the piezoelectric element due to a difference in shrinkage, and a stable warp-free element cannot be obtained.

【0022】本発明は、上記従来の各種課題に鑑みてな
されたものであり、高抵抗を基板に実装することなく、
低周波数域まで、一定の加速度の大きさに対して、出力
電圧が低下することなく高い感度を有し、また、平坦な
出力電圧の周波数特性を得ることができ、広い周波数範
囲で自己診断が精度よく行うことができ、また信号取り
出しの容易な小型の加速度センサを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned various conventional problems, and without mounting a high resistance on a substrate,
It has high sensitivity to the magnitude of acceleration up to the low frequency range without a drop in output voltage, and can obtain flat frequency characteristics of output voltage, enabling self-diagnosis over a wide frequency range. It is an object of the present invention to provide a small-sized acceleration sensor which can be accurately performed and can easily extract a signal.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】第1の本発明(請求項1
に対応)は、複数の圧電体が積層された圧電体層及び前
記各圧電体層の主たる対向する面に設けられた電極を有
する圧電素子と、前記圧電素子を支持する支持体とを備
え、前記圧電体層の内いくつかの圧電体は分極されてお
り、その分極された圧電体の両面には前記電極が設けら
れ、その分極された圧電体とその両面の電極により形成
されるインピーダンスが互いに電気的に並列接続状態と
なっていることを特徴とする加速度センサである。
Means for Solving the Problems The first invention (claim 1)
A) a piezoelectric element having a piezoelectric layer in which a plurality of piezoelectric bodies are stacked and electrodes provided on main opposing surfaces of each of the piezoelectric layers, and a support for supporting the piezoelectric element, Some of the piezoelectric layers in the piezoelectric layer are polarized, the electrodes are provided on both sides of the polarized piezoelectric body, and the impedance formed by the polarized piezoelectric body and the electrodes on both sides thereof is reduced. An acceleration sensor characterized by being electrically connected in parallel to each other.

【0024】第2の本発明(請求項2に対応)は、前記
各圧電体層は矩形状であり、その圧電体層の少なくとも
一方の表面に存在する電極は2つに分かれており、それ
ぞれの2つの電極は前記圧電素子の長辺に実質上沿って
設けられていることを特徴とする第1の本発明の加速度
センサである。
According to a second aspect of the present invention (corresponding to claim 2), each of the piezoelectric layers has a rectangular shape, and the electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two. The two electrodes described above are provided substantially along the long side of the piezoelectric element, in the acceleration sensor according to the first aspect of the present invention.

【0025】第3の本発明(請求項3に対応)は、前記
各圧電体層は矩形状であり、その圧電体層の少なくとも
一方の表面に存在する電極は2つに分かれており、それ
ぞれの2つの電極は前記圧電素子の短辺に実質上沿って
設けられていることを特徴とする第1の本発明の加速度
センサである。
According to a third aspect of the present invention (corresponding to claim 3), each of the piezoelectric layers has a rectangular shape, and the electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two. The two electrodes described above are provided substantially along the short side of the piezoelectric element, in the acceleration sensor according to the first aspect of the present invention.

【0026】第4の本発明(請求項4に対応)は、前記
各圧電体層は円板状であり、その圧電体層の少なくとも
一方の表面に存在する電極は2つに分かれており、それ
ぞれの2つの電極は同心円状に設けられていることを特
徴とする第1の本発明の加速度センサである。
According to a fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4), each of the piezoelectric layers has a disk shape, and the electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two, The acceleration sensor according to the first aspect of the present invention is characterized in that each of the two electrodes is provided concentrically.

【0027】第5の本発明(請求項5に対応)は、前記
圧電素子は、前記円板状の各圧電体層の中心を貫通する
貫通孔を有することを特徴とする第4の本発明の加速度
センサである。
According to a fifth aspect of the present invention (corresponding to claim 5), the piezoelectric element has a through-hole passing through the center of each of the disk-shaped piezoelectric layers. Acceleration sensor.

【0028】第6の本発明(請求項6に対応)は、前記
圧電素子は、前記矩形状の各圧電体層の長辺の実質上中
心で支持されていることを特徴とする第2又は3の本発
明の加速度センサである。
According to a sixth aspect of the present invention (corresponding to claim 6), the piezoelectric element is supported at substantially the center of a long side of each of the rectangular piezoelectric layers. 3 is an acceleration sensor according to the present invention.

【0029】第7の本発明(請求項7に対応)は、前記
圧電素子は、前記円板状の各圧電体層の実質上中心で支
持されていることを特徴とする第4又は5の本発明の加
速度センサである。
A seventh aspect of the present invention (corresponding to claim 7) is the fourth or fifth aspect, wherein the piezoelectric element is supported substantially at the center of each of the disk-shaped piezoelectric layers. 3 is an acceleration sensor according to the present invention.

【0030】第8の本発明(請求項8に対応)は、前記
電極と、外部にある別の電極との電気的接続は、前記支
持体を介して行われていることを特徴とする第1から7
のいずれかの本発明の加速度センサである。
An eighth aspect of the present invention (corresponding to claim 8) is characterized in that the electrical connection between the electrode and another external electrode is made via the support. 1 to 7
Or the acceleration sensor of the present invention.

【0031】第9の本発明(請求項9に対応)は、前記
2つの電極のうち、一つは自己診断時の駆動用電極、他
方は振動検出用電極であることを特徴とする第2〜8の
いずれかの本発明の加速度センサである。
According to a ninth aspect of the present invention (corresponding to claim 9), one of the two electrodes is a driving electrode at the time of self-diagnosis, and the other is a vibration detecting electrode. 8 is an acceleration sensor according to the present invention.

【0032】第10の本発明は(請求項10に対応)
は、前記圧電素子は矩形状であり、前記圧電体層の少な
くとも一方の表面に存在する電極は2つに分かれてお
り、前記支持体は前記各圧電体層の長辺の実質上中心で
支持し、前記2つに分かれた電極のうち一つは振動検出
用電極であり前記圧電素子の前記表面の中央に配置さ
れ、他方は自己診断時の駆動用電極であり前記圧電素子
の前記表面の長手方向の両端又はそれら両端の近傍にそ
れぞれ配置されるとともに互いに接続されていることを
特徴とする第1の本発明の加速度センサである。
A tenth aspect of the present invention (corresponding to claim 10)
The piezoelectric element has a rectangular shape, the electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two, and the support is supported substantially at the center of the long side of each piezoelectric layer. One of the two divided electrodes is a vibration detecting electrode and is disposed at the center of the surface of the piezoelectric element, and the other is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is a surface of the piezoelectric element. An acceleration sensor according to a first aspect of the present invention, which is arranged at or near both ends in the longitudinal direction and connected to each other.

【0033】第11の本発明(請求項11に対応)は、
(図24、図29対応) 前記駆動用電極は、前記圧電
素子の他の圧電体層の面Fの両端又はそれら両端の近傍
にもそれぞれ配置され、その面F上の駆動用電極はその
面Fにおいても互いに接続されていることを特徴とする
第10の本発明の加速度センサである。
[0033] The eleventh invention (corresponding to claim 11) provides:
24 and 29. The driving electrodes are arranged at both ends of the surface F of the other piezoelectric layer of the piezoelectric element or in the vicinity of the both ends, respectively. An acceleration sensor according to a tenth aspect of the present invention, wherein the acceleration sensors are connected to each other also at F.

【0034】第12の本発明(請求項12に対応)は、
(図31,33,35対応) 前記駆動用電極は、前記
圧電素子の他の圧電体層の面Fの両端又はそれら両端の
近傍にもそれぞれ配置され、その面F上の駆動用電極は
その面Fにおいては互いに接続されていないことを特徴
とする第10の本発明の加速度センサである。
The twelfth invention (corresponding to claim 12) provides:
(Corresponding to FIGS. 31, 33, and 35) The driving electrodes are disposed at or near both ends of the surface F of the other piezoelectric layer of the piezoelectric element. A tenth aspect of the acceleration sensor according to the present invention, wherein the acceleration sensors are not connected to each other on the surface F.

【0035】第13の本発明(請求項13に対応)は、
前記圧電層の同じ面上に配置された前記振動検出用電極
と前記駆動用電極との間に、それら電極に接続されない
ダミー部材が配置されていることを特徴とする第10の
本発明の加速度センサである。
According to a thirteenth aspect of the present invention (corresponding to claim 13),
The acceleration according to a tenth aspect of the present invention, wherein a dummy member that is not connected to the electrodes for vibration detection and the driving electrode disposed on the same surface of the piezoelectric layer is disposed between the electrodes. It is a sensor.

【0036】第14の本発明(請求項14に対応)は、
前記振動検出用電極と前記駆動用電極とは、外部にある
別の電極に、前記支持体を介して接続されていることを
特徴とする第10〜13のいずれかの本発明の加速度セ
ンサである。
The fourteenth invention (corresponding to claim 14) provides:
The acceleration sensor according to any one of claims 10 to 13, wherein the vibration detection electrode and the drive electrode are connected to another external electrode via the support. is there.

【0037】すなわち、本発明の加速度センサは、圧電
素子の厚み方向では素子の表面近傍での電荷の発生が大
きく、また、長手方向では中心保持近傍部分での電荷の
発生が大きいことを利用し、圧電素子に応力が加わった
とき、素子がたわみ、表面の変形と、中心保持された近
傍部分の変形が大きくなり、圧電効果により発生した電
荷を有効に利用するものである。
That is, the acceleration sensor of the present invention utilizes the fact that the generation of electric charges is large near the surface of the piezoelectric element in the thickness direction of the piezoelectric element, and the electric charge is large near the center holding portion in the longitudinal direction. When a stress is applied to the piezoelectric element, the element bends and deforms, and the deformation in the vicinity of the center and the vicinity of the center increases, so that the electric charge generated by the piezoelectric effect is effectively used.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図21を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0039】(実施の形態1)図1に本発明の実施の形
態である加速度センサに用いる圧電素子の外観図を示
す。圧電素子100は、層4−1、層4−2、層4−3
からなる3つの層を積層した構造で矩形状をしている。
いずれの層もジルコン酸チタン酸鉛を主成分とするシー
ト状のセラミクスからなる。層4−1、層4−3の厚さ
はいずれも50μmとし(10μmから80μm程度が好
適である)、層4−2は100μmとした。シート状の
セラミクスを積層して焼成するため、圧電セラミックス
の板を貼り合わせる場合に比べて、各層を薄くすること
ができ、各層の静電容量が大きくなる。層4−1の上面
には2つの電極1aと電極2aが分割して形成されてお
り、いずれも矩形の長手方向に平行して設けられてい
る。また図では示されないが層4−3の底面には電極3
b(共通電極の一部)が形成されている。電極1aと電
極2bは端面の一部(図1では左手前側)にも連続して
形成されている。電極はいずれも銀により形成し、厚さ
は1000A(オンク゛ストローム。以後同様)〜10000A
とした。
(Embodiment 1) FIG. 1 is an external view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric element 100 includes a layer 4-1, a layer 4-2, and a layer 4-3.
It has a rectangular shape with a structure in which three layers of are laminated.
Each of the layers is made of a sheet-like ceramic mainly composed of lead zirconate titanate. The thickness of each of the layers 4-1 and 4-3 was 50 μm (preferably about 10 μm to 80 μm), and the thickness of the layer 4-2 was 100 μm. Since the ceramics in a sheet form are stacked and fired, each layer can be made thinner and the capacitance of each layer can be increased as compared with a case where a piezoelectric ceramic plate is bonded. On the upper surface of the layer 4-1, two electrodes 1a and 2a are formed separately, and both are provided in parallel with the longitudinal direction of the rectangle. Although not shown in the figure, an electrode 3 is provided on the bottom of the layer 4-3.
b (a part of the common electrode) is formed. The electrode 1a and the electrode 2b are also formed continuously on a part of the end face (the left front side in FIG. 1). Each of the electrodes is made of silver and has a thickness of 1000A (an angstrom; hereinafter the same) to 10,000A.
And

【0040】図2は圧電素子100の電極1a部におけ
るXーX’での断面図である。また、図3は各層の電極
の平面図である。層4−2と層4−3の間に形成された
電極1bと電極2bは層4−1の表面に設けられた電極
1a、2aとほぼ同じ形状で同様に分割してあり、矩形
の長手方向に平行に設けられている。電極1aは層4−
2と層4−3の間に形成された電極1bと端面で接続さ
れている。図2には示されていないが、電極2aも電極
1と同様に内部電極2bと接続されている。同様に底面
の電極3bと、層4−1と層4−2の間に形成された電
極3a(共通電極の一部)とは、電極1とは反対側の端
面で接続されている。電極1a、2a、1b、2bは接
続するため一方の端(図では左側)まで形成されてい
る。電極1b、2bは電極3の接続部との短絡を防ぐた
め、図の右側では端からわずかに後退している。電極3
a、bも同様に接続のために図の右側は端まで形成し、
左側は縁から後退している。
FIG. 2 is a sectional view of the electrode 1a of the piezoelectric element 100 taken along line XX '. FIG. 3 is a plan view of the electrodes of each layer. The electrode 1b and the electrode 2b formed between the layer 4-2 and the layer 4-3 are similarly divided in the same shape as the electrodes 1a and 2a provided on the surface of the layer 4-1, and have a rectangular shape. It is provided parallel to the direction. The electrode 1a is a layer 4-
2 and an electrode 1b formed between the layer 4-3 and the end face. Although not shown in FIG. 2, the electrode 2a is connected to the internal electrode 2b similarly to the electrode 1. Similarly, the electrode 3b on the bottom surface and the electrode 3a (a part of the common electrode) formed between the layers 4-1 and 4-2 are connected at an end face opposite to the electrode 1. The electrodes 1a, 2a, 1b, 2b are formed up to one end (left side in the figure) for connection. The electrodes 1b and 2b are slightly receded from the ends on the right side of the figure to prevent a short circuit with the connection part of the electrode 3. Electrode 3
Similarly, a and b are formed to the end on the right side of the figure for connection,
The left side is receding from the edge.

【0041】層4−1と層4−3は分極されており、分
極の向きは互いに逆方向である。層4−2は分極されて
いない。
The layers 4-1 and 4-3 are polarized, and the directions of polarization are opposite to each other. Layer 4-2 is not polarized.

【0042】このように各電極を接続することにより、
層4−1とその両面の電極1a,3aにより形成される
インピーダンスと、層4−3とその両面の電極1b、3
bにより形成されるインピーダンスは電気的に並列に接
続されたことになる。よって、圧電素子全体の静電容量
は各層の静電容量をたしあわせた値となる。また各層は
重ね合わされているので、全体として所定の強度を保持
できれば十分であるため、各層それぞれは薄い層で形成
することができ、各層の静電容量を大きくすることがで
きる。しかもさらにそれぞれが加算された静電容量とな
るため、同じ厚さを有する1層で構成された圧電素子よ
り大きな静電容量を得ることができる。
By connecting the respective electrodes as described above,
The impedance formed by the layer 4-1 and the electrodes 1a, 3a on both surfaces thereof, and the impedance formed by the layer 4-3 and the electrodes 1b, 3a on both surfaces thereof
The impedance formed by b is electrically connected in parallel. Therefore, the capacitance of the entire piezoelectric element is a value obtained by adding the capacitance of each layer. Further, since the layers are superimposed, it is sufficient to maintain a predetermined strength as a whole. Therefore, each layer can be formed of a thin layer, and the capacitance of each layer can be increased. In addition, since the respective capacitances are added, a larger capacitance can be obtained than a single-layer piezoelectric element having the same thickness.

【0043】図4は、図1〜3に示した圧電素子を用い
た加速度センサの断面図である。圧電素子100は、支
持体7a、bにより長手方向の中央部を支持され、容器
12の内部に収納されている。容器12はアルミナによ
り形成した。容器12の外部には、外部電極9a,b、
cが設けられている。外部電極9a,b,cはNiの上
に半田層を形成して作成した。外部電極9a,b,cは
支持体7a,bを介してそれぞれ電極1a、2a、3b
と接続されており、加速度により生じた電荷を容器12
外部へ取り出すことができる。
FIG. 4 is a sectional view of an acceleration sensor using the piezoelectric element shown in FIGS. The piezoelectric element 100 is supported at its center in the longitudinal direction by the supports 7a and 7b, and is housed inside the container 12. The container 12 was formed of alumina. External electrodes 9a and 9b are provided outside the container 12.
c is provided. The external electrodes 9a, b, and c were formed by forming a solder layer on Ni. The external electrodes 9a, b, c are respectively connected to the electrodes 1a, 2a, 3b via the supports 7a, b.
And charge generated by the acceleration is transferred to the container 12.
Can be taken out.

【0044】図5は、支持体7aが圧電素子にとりつけ
られた状態(支持体7aはその取り付け端部のみを図示
している)を示す図である。支持体7aには圧電素子と
の接触面に図示したように導電層8a、bが設けてあ
る。導電層8a、bはそれぞれ圧電素子100の表面の
電極1a、2aと接触して接続される。さらに、導電層
8a,bは外部電極9a,bと電気的に接続されてお
り、外部へ電荷を取り出すことができる。導電層8と電
極1a、2aとは導電性接着剤を用いて接着してもよ
い。
FIG. 5 is a view showing a state in which the support 7a is attached to the piezoelectric element (the support 7a shows only the mounting end). The support 7a is provided with conductive layers 8a and 8b on the contact surface with the piezoelectric element as shown in the drawing. The conductive layers 8a and 8b are connected to the electrodes 1a and 2a on the surface of the piezoelectric element 100, respectively. Further, the conductive layers 8a and 8b are electrically connected to the external electrodes 9a and 9b, so that electric charges can be taken out. The conductive layer 8 and the electrodes 1a and 2a may be bonded using a conductive adhesive.

【0045】矩形状の圧電素子を用いることにより、加
速度センサを実装する基板と平行な方向の加速度を検知
する場合、圧電素子を実装基板にたてて略垂直に配置し
なければならない。すなわち圧電素子100の電極面が
実装基板に略垂直にならなければならない。矩形状の圧
電素子の場合、圧電素子をたてて実装しても、加速度セ
ンサの高さが高くならないため、小型の加速度センサが
実現できる。
When the acceleration in the direction parallel to the substrate on which the acceleration sensor is mounted is detected by using the rectangular piezoelectric element, the piezoelectric element must be disposed substantially vertically on the mounting substrate. That is, the electrode surface of the piezoelectric element 100 must be substantially perpendicular to the mounting substrate. In the case of a rectangular piezoelectric element, even if the piezoelectric element is mounted vertically, the height of the acceleration sensor does not increase, so that a small acceleration sensor can be realized.

【0046】図6は加速度センサの動作原理を示す図で
ある。加速度が上下方向に加わった場合、中央部が支持
された圧電素子100は図のようにたわみ振動をする。
このとき、3つの層のうち表面側の2つの層は一方は伸
び、一方は縮むように歪みが生じる。本実施の形態で
は、層4−1が伸び、層4−3が縮み、この歪みにより
電荷が生じるが、層4−1と層4−3では分極方向が逆
であるので、同じ極性の電荷を電極1a、b、電極2
a、bおよび電極3a、bに得ることができる。層4−
1および4−3に生じた電荷は加算されることになり、
大きな電荷量を得ることができる。
FIG. 6 is a diagram showing the operation principle of the acceleration sensor. When acceleration is applied in the up-down direction, the piezoelectric element 100 whose center is supported vibrates as shown in the figure.
At this time, the two layers on the surface side of the three layers are distorted such that one expands and one contracts. In the present embodiment, the layer 4-1 expands, the layer 4-3 contracts, and this strain generates charges. However, since the polarization directions of the layers 4-1 and 4-3 are opposite, charges of the same polarity are generated. To electrodes 1a and b, electrode 2
a, b and the electrodes 3a, b. Layer 4-
The charges generated in 1 and 4-3 will be added,
A large charge amount can be obtained.

【0047】このように圧電素子の表面と裏面は、歪み
が大きくなるが、本実施の形態では、そこに、分極され
た圧電体層が設けられているため、感度も高くすること
ができた。
As described above, the front and back surfaces of the piezoelectric element have large distortion. In the present embodiment, however, the sensitivity can be increased because the polarized piezoelectric layer is provided there. .

【0048】図7は加速度センサを用いた自己診断機能
を有する場合の加速度検出装置のブロック図である。
自己診断時には、電極2a、bを駆動用電極とし、電極
1a、bを振動検出用電極とする。外部電極9bは、自
己診断のための振動駆動用の駆動回路10aに接続され
ている。駆動回路10aからは駆動用の交流電圧が発生
し、外部電極9b、cを介して、圧電素子の駆動用電極
である電極2と電極3へ印加される。この交流電圧によ
り層4−1、層4−3の内部には電界が生じる。電界は
同じ方向に印加されるが、分極方向が異なるため、逆方
向の歪みが生じ、圧電素子全体がたわみ振動をする。こ
の振動により先に述べたように電荷が発生し、これを振
動検出用電極である電極1a、bと電極3a,bで検出
する。検出した電荷はインピーダンス変換回路10bに
接続された外部電極9a,cへ入力される。インピーダ
ンス変換回路10bは、一般にFETなどを用いて構成
される。このインピーダンス変換回路10bからの出力
電圧は、加速度検出回路、異常検出回路10cに入力さ
れ、ここで圧電素子に異常がないか判定される。一般
に、異常検出回路10cはハイパスフィルタ、ローパス
フィルタ、平滑回路、コンパレータなどで構成される。
異常診断は発振器10aより入力された交流電圧に対し
て、あらかじめ定めた値に合致する電圧がインピーダン
ス変換回路10cから出力されているかで判定する。圧
電素子に異常がある場合、異常検出回路は異常時の処理
を行うように指示を出す。
FIG. 7 is a block diagram of an acceleration detecting device having a self-diagnosis function using an acceleration sensor.
At the time of self-diagnosis, the electrodes 2a and 2b are used as driving electrodes, and the electrodes 1a and 1b are used as vibration detecting electrodes. The external electrode 9b is connected to a driving circuit 10a for driving a vibration for self-diagnosis. A drive AC voltage is generated from the drive circuit 10a and applied to the electrodes 2 and 3 as drive electrodes of the piezoelectric element via the external electrodes 9b and 9c. An electric field is generated inside the layers 4-1 and 4-3 by the AC voltage. Although the electric field is applied in the same direction, the polarization direction is different, so that distortion is generated in the opposite direction, and the entire piezoelectric element performs flexural vibration. As described above, electric charges are generated by the vibration, and the electric charges are detected by the electrodes 1a and 1b and the electrodes 3a and 3b which are the electrodes for detecting the vibration. The detected charges are input to external electrodes 9a and 9c connected to the impedance conversion circuit 10b. The impedance conversion circuit 10b is generally configured using an FET or the like. The output voltage from the impedance conversion circuit 10b is input to an acceleration detection circuit and an abnormality detection circuit 10c, where it is determined whether the piezoelectric element has an abnormality. In general, the abnormality detection circuit 10c includes a high-pass filter, a low-pass filter, a smoothing circuit, a comparator, and the like.
The abnormality diagnosis determines whether or not a voltage that matches a predetermined value is output from the impedance conversion circuit 10c with respect to the AC voltage input from the oscillator 10a. When there is an abnormality in the piezoelectric element, the abnormality detection circuit issues an instruction to perform a process at the time of abnormality.

【0049】駆動用電極部は積層されているため、各層
は薄く、電界が大きくなるため、小さな振幅の交流電圧
を発振回路から入力するのみで大きな振幅のたわみ振動
を得ることができ、自己診断の精度が向上した。
Since the driving electrode portions are stacked, each layer is thin and the electric field is large, so that a large amplitude flexural vibration can be obtained only by inputting a small amplitude AC voltage from the oscillation circuit, and the self-diagnosis can be performed. Accuracy has improved.

【0050】また、駆動電極は圧電素子の長手方向へ全
長にわたって形成されているため、圧電素子全体に歪み
を生じさせることができる。その結果効率よく振動を起
こすことができ、低電圧でありながら精度よく自己診断
を行うことができた。
Further, since the drive electrode is formed over the entire length in the longitudinal direction of the piezoelectric element, the entire piezoelectric element can be distorted. As a result, vibration could be generated efficiently, and self-diagnosis could be performed with high accuracy even at low voltage.

【0051】また、検出用電極部も積層されており、静
電容量を大きくとることができ、インピーダンス変換回
路に高抵抗を用いずとも低周波数領域まで高い感度で発
振回路により誘起された振動を検出することができ、広
い周波数範囲で精度の高い自己診断を行うことができ
た。
Further, the detection electrode portion is also laminated, so that a large capacitance can be obtained, and the vibration induced by the oscillation circuit with high sensitivity up to a low frequency region can be obtained without using a high resistance in the impedance conversion circuit. The self-diagnosis was able to be performed and highly accurate self-diagnosis was performed in a wide frequency range.

【0052】通常の加速度検出時においても、圧電素子
100は、薄い層が積層され、形成されたコンデンサが
並列に接続されているため、圧電素子全体の静電容量は
大きくなる。また、圧電素子全体の機械的強度を損なう
ことなく各層を薄くすることができる。このため、低周
波の加速度においても十分高い感度を得ることができ、
高抵抗を用いることなく測定することができた。
Even during normal acceleration detection, since the piezoelectric element 100 is formed by laminating thin layers and the formed capacitors are connected in parallel, the capacitance of the entire piezoelectric element becomes large. In addition, each layer can be thinned without impairing the mechanical strength of the entire piezoelectric element. Therefore, a sufficiently high sensitivity can be obtained even at a low-frequency acceleration,
It could be measured without using high resistance.

【0053】通常の加速度検出時には、駆動用電極2
a、bと振動検出用電極1a、bをともに加速度検出の
ための電極として用い、インピーダンス変換回路に接続
することによりより高い感度を得ることもできた。
At the time of normal acceleration detection, the driving electrode 2
A higher sensitivity could be obtained by using both a and b and the electrodes 1a and 1b for vibration detection as electrodes for detecting acceleration and connecting them to an impedance conversion circuit.

【0054】層4−2は分極されていない層であるが、
この層を設けることにより、層4−1および層4−3を
極めて薄くしても圧電素子全体の強度を維持することが
できた。また、層4−2は静電容量を大きくする効果を
も有した。
The layer 4-2 is an unpolarized layer.
By providing this layer, the strength of the entire piezoelectric element could be maintained even when the layers 4-1 and 4-3 were extremely thin. The layer 4-2 also has the effect of increasing the capacitance.

【0055】なお、圧電素子の方法は中心支持に限るも
のではなく、片端を支持した片持ち梁でもよく、または
両端を支持した両持ち梁であってもよい。
The method of the piezoelectric element is not limited to the center support, but may be a cantilever supporting one end or a double-supporting beam supporting both ends.

【0056】また、自己診断回路および、インピーダン
ス変換回路は、図7に限るものではない。
The self-diagnosis circuit and the impedance conversion circuit are not limited to those shown in FIG.

【0057】また、分極の方向は図示した方向に限るも
のではなく互いに逆向きであればよい。
The directions of polarization are not limited to the directions shown in the figure, but may be any directions as long as they are opposite to each other.

【0058】また、電極1a,bを駆動用電極、電極2
a、bを検出用電極としてもよい。
The electrodes 1a and 1b are used as drive electrodes, and the electrodes 2a and 2b are used as electrodes.
a and b may be used as detection electrodes.

【0059】また、層の厚さは、すべて同じでなくとも
よいが、層4−1と層4−3はほぼ同じ厚さであること
が好ましい。層4−2は他の層より厚くてもよく、この
場合、耐衝撃性の向上に寄与する。
The thicknesses of the layers need not all be the same, but it is preferable that the layers 4-1 and 4-3 have substantially the same thickness. The layer 4-2 may be thicker than other layers, in which case it contributes to an improvement in impact resistance.

【0060】(実施の形態2)図8は本発明の他の実施
の形態における加速度センサの圧電素子の断面図であ
る。圧電素子102は矩形状で、3つの層14−1、
2、3を積層した構造を有しており、層14−1、3は
分極されており、分極方向は同方向である。また、図9
は圧電素子の電極の平面図である。電極11a、bと電
極12a,bは圧電素子の上面と底面に長手方向に平行
に設けられており、端面でそれぞれ接続されている。電
極13a、bは、圧電素子の内部に電極11、12の接
続部となる端面付近をのぞいてほぼ全面に設けられてお
り、電極11、12の接続部と反対側で接続されてい
る。層14−1が形成するコンデンサと、層14−3が
形成するコンデンサは、並列に接続されており、静電容
量はそれぞれの層の容量の加算となり、大きな静電容量
を得ることができる。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a sectional view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention. The piezoelectric element 102 has a rectangular shape and has three layers 14-1,
It has a structure in which layers 2 and 3 are stacked, and the layers 14-1 and 3 are polarized, and the polarization directions are the same. FIG.
FIG. 3 is a plan view of an electrode of a piezoelectric element. The electrodes 11a and 11b and the electrodes 12a and 12b are provided on the upper surface and the bottom surface of the piezoelectric element in parallel in the longitudinal direction, and are connected at the end surfaces. The electrodes 13a and 13b are provided on substantially the entire surface of the piezoelectric element except for the vicinity of an end face serving as a connection portion between the electrodes 11 and 12, and are connected on the side opposite to the connection portion between the electrodes 11 and 12. The capacitor formed by the layer 14-1 and the capacitor formed by the layer 14-3 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.

【0061】層14−1、2、3はいずれもジルコン酸
鉛を主成分とするセラミクスを用いて作製した。電極は
銀を用いた。
The layers 14-1, 2, and 3 were all manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component. Silver was used for the electrode.

【0062】層14−1と層14−3の分極方向は同方
向であるが、電極の接続方向が図2と異なるため、たわ
み振動をしても電極11aと電極11bには同極性の電
荷が発生して、加速度を検出することができる。
Although the polarization directions of the layers 14-1 and 14-3 are the same, the connection directions of the electrodes are different from those in FIG. 2, so that the electrodes 11a and 11b have the same polarity even when flexural vibration occurs. Is generated, and the acceleration can be detected.

【0063】層14−2は、圧電素子102の強度を強
くし、対衝撃性を高める役割を果たす。
The layer 14-2 has a role of increasing the strength of the piezoelectric element 102 and improving the impact resistance.

【0064】実施の形態1では、真ん中の未分極層4ー
2と電極3a、電極1bで形成されるインピーダンス
は、圧電層4ー1と電極1a、電極3aで形成されるイ
ンピーダンスおよび、圧電層4ー3と電極1b、電極3
bで形成されるインピーダンス電気的に並列に接続され
ており、この未分極層4ー2が有する静電容量も、素子
全体の静電容量に含まれる。しかしながら、この未分極
層4ー2は加速度が加わっても電荷は発生しないので、
この層の静電容量は出力電圧を低下させ、結果として感
度の低下を招く。しかしながら、本実施の形態2におけ
る層14−2はその対向する面が電極13a、13bで
挟まれているため、この層の静電容量は層14−1、層
14−2の静電容量に加えられないので感度は高くな
る。
In the first embodiment, the impedance formed by the middle unpolarized layer 4-2 and the electrodes 3a and 1b is the impedance formed by the piezoelectric layer 4-1 and the electrode 1a and the electrode 3a, and the impedance formed by the piezoelectric layer 4-1 and the electrode 3a. 4-3 and electrode 1b, electrode 3
The impedance formed by b is electrically connected in parallel, and the capacitance of the unpolarized layer 4-2 is also included in the capacitance of the entire device. However, since no charge is generated in the unpolarized layer 4-2 even when acceleration is applied,
The capacitance of this layer lowers the output voltage, resulting in lower sensitivity. However, since the layer 14-2 in the second embodiment has its opposite surface sandwiched between the electrodes 13a and 13b, the capacitance of this layer is smaller than the capacitance of the layers 14-1 and 14-2. Since it is not added, the sensitivity increases.

【0065】自己診断する場合には、電極11を振動検
出用電極、電極12を駆動用電極として、図7と同様に
して行うことができる。
The self-diagnosis can be performed in the same manner as in FIG. 7, using the electrode 11 as a vibration detecting electrode and the electrode 12 as a driving electrode.

【0066】電極からの電荷の取り出しのための導電層
も支持体を通して図5と同様に行うことができる。
A conductive layer for extracting charges from the electrodes can be formed through the support in the same manner as in FIG.

【0067】(実施の形態3)図10に本発明の他の実
施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図11
に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
(Embodiment 3) FIG. 10 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0068】圧電素子200は矩形状で、層24−1、
2、3の3つの層を積層した構造を有す。層24−1、
2は互いに逆向きに分極されている。
The piezoelectric element 200 has a rectangular shape, and
It has a structure in which two or three layers are laminated. Layer 24-1,
2 are polarized in opposite directions.

【0069】電極21a、22aは圧電素子200の上
面に、電極23aは層24−1と層24−2の間に、電
極21b、22bは層24−2と層24−3の間に、電
極23bは下面に設けられている。電極21a、22a
は、圧電素子の長手方向の中心から略対称に左右に分か
れて形成されている。電極21b、22bも電極21
a、22aとほぼ同じ形状をしており、圧電素子200
の長辺側の端面で電極21aと21b、電極22aと2
2bは接続されている。また、電極23a、bは圧電素
子の電極21、22の接続部をのぞくほぼ全面に設けら
れており、互いに短辺側の側面で接続されている。
The electrodes 21a and 22a are on the upper surface of the piezoelectric element 200, the electrode 23a is between the layers 24-1 and 24-2, the electrodes 21b and 22b are between the layers 24-2 and 24-3, 23b is provided on the lower surface. Electrodes 21a, 22a
Are formed to be substantially symmetrically divided right and left from the center in the longitudinal direction of the piezoelectric element. The electrodes 21b and 22b are also electrodes 21
a, 22a, and has substantially the same shape as the piezoelectric element 200.
The electrodes 21a and 21b and the electrodes 22a and 2
2b is connected. The electrodes 23a and 23b are provided on almost the entire surface of the piezoelectric element except for the connection between the electrodes 21 and 22, and are connected to each other on the short side surface.

【0070】このような電極の接続により、層24−1
が形成するコンデンサと、層24−3が形成するコンデ
ンサは並列接続されるため、圧電素子の静電容量を大き
くすることができる。また、積層構造にし、さらに分極
していない層24−2により耐衝撃性を高くすることが
できるため、各層を薄くでき静電容量を大きくすること
ができた。
By connecting such electrodes, the layer 24-1 is formed.
Is connected in parallel with the capacitor formed by the layer 24-3, so that the capacitance of the piezoelectric element can be increased. In addition, since the impact resistance can be increased by the laminated structure and the non-polarized layer 24-2, each layer can be thinned and the capacitance can be increased.

【0071】電極21は、図11に示すように図の上部
が中央より左に張り出し、下部が右にへこんだ形状をし
ており、電極22はこの逆である。このような屈曲した
形状は1つの支持体で電極からの電荷の取り出しを容易
にするためである。圧電素子200は、図4と同様に長
手方向の中心を支持される。図12は、支持体の電極面
と接触する面の導電層の構成を示す図である。支持体2
7には導電層28a、28bが設けられており、それぞ
れ電極21a、22aと接触して、電気的接続を取る。
導電層28a,bは図4と同様に容器の外部電極と接続
されている。これによって、電極21a、22aに生じ
た電荷を外部に取り出すことができる。
As shown in FIG. 11, the electrode 21 has a shape in which the upper part of the figure protrudes leftward from the center and the lower part is depressed rightward, and the electrode 22 is reversed. Such a bent shape is for facilitating extraction of electric charge from the electrode with one support. The piezoelectric element 200 is supported at the center in the longitudinal direction as in FIG. FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the conductive layer on the surface of the support that contacts the electrode surface. Support 2
7 is provided with conductive layers 28a and 28b, which are in contact with the electrodes 21a and 22a, respectively, to establish electrical connection.
The conductive layers 28a and 28b are connected to the external electrodes of the container as in FIG. As a result, the charges generated on the electrodes 21a and 22a can be taken out.

【0072】この電極構造では、電極を分離するための
スペースを支持部の位置のみに設けるだけですみ、他の
圧電素子面には全幅にわたって電極を形成することがで
きるため、静電容量を面積に対して効率よく大きくする
ことができる。
In this electrode structure, it is only necessary to provide a space for separating the electrode only at the position of the support portion, and the electrode can be formed over the entire width of the other piezoelectric element surface. Can be efficiently increased.

【0073】加速度を受けた場合の加速度の検出動作
は、図6と同様である。
The operation of detecting the acceleration when receiving the acceleration is the same as in FIG.

【0074】また、自己診断時には、電極21を振動検
出用電極、電極22を駆動用電極として図7と同様の回
路を用いて行うことができる。電極22に発振回路によ
り交流電圧を印加すると、圧電素子200全体が中心を
支持された形態でたわみ振動を起こす。この振動を振動
検出用電極で検出して、その出力電圧から故障診断をす
る。振動検出部、駆動部ともに積層構造であるので静電
容量が高く、低い周波数においても自己診断を行うこと
ができる。
At the time of self-diagnosis, it is possible to use a circuit similar to that shown in FIG. 7 by using the electrode 21 as a vibration detecting electrode and the electrode 22 as a driving electrode. When an AC voltage is applied to the electrode 22 by an oscillating circuit, the entire piezoelectric element 200 generates flexural vibration with its center supported. This vibration is detected by the vibration detection electrode, and a failure diagnosis is performed based on the output voltage. Since both the vibration detection unit and the drive unit have a laminated structure, the capacitance is high and the self-diagnosis can be performed even at a low frequency.

【0075】層を構成する材料、電極を構成する材料は
実施の形態1と同様とした。
The materials constituting the layers and the materials constituting the electrodes were the same as in the first embodiment.

【0076】なお、電極21を駆動用電極、電極22を
振動検出用電極として自己診断を行ってもよい。
The self-diagnosis may be performed using the electrode 21 as a driving electrode and the electrode 22 as a vibration detecting electrode.

【0077】また、電極の長辺側で電極21aとbの接
続をせず、図13に示すように長辺の縁に沿って電極2
1の接続部21cを設け、短辺の縁で電極21aと21
bおよび電極22aと22bを接続してもよい。
Further, the electrodes 21a and 21b are not connected on the long side of the electrode, and the electrodes 2a are not formed along the edge of the long side as shown in FIG.
One connecting portion 21c is provided, and the electrodes 21a and 21
b and the electrodes 22a and 22b may be connected.

【0078】(実施の形態4)図14に本発明の他の実
施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図15
に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
(Embodiment 4) FIG. 14 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0079】圧電素子300は中心に貫通孔35を有す
る円盤形で、層34−1、2、3の3つの層を積層した
構造を有す。層34−1、2は互いに逆向きに分極され
ている。
The piezoelectric element 300 is a disk having a through hole 35 at the center and has a structure in which three layers 34-1, 2 and 3 are laminated. Layers 34-1 and 34-2 are polarized in opposite directions.

【0080】電極31a、32aは圧電素子300の上
面に、電極33aは層34−1と層34−2の間に、電
極31b、32bは層34−2と層34−3の間に、電
極33bは下面に設けられている。電極31a、32a
は、圧電素子の中心と同心円上に形成されている。電極
31b、32bも電極31a、32aとほぼ同じ形状を
している。電極31aと電極31bは圧電素子300の
内周部の端面で接続されている。また、電極32aと3
2bは圧電素子300の外周部の端面で接続されてい
る。また、電極33a、bは圧電素子の電極31、32
の接続部をのぞくほぼ全面に設けられており、互いに外
周部の側面で接続されている。このような電極の接続に
より、層34−1が形成するコンデンサと、層34−3
が形成するコンデンサとは並列接続されるため、圧電素
子の静電容量を大きくすることができる。また、積層構
造にし、さらに分極していない層34−2により耐衝撃
性を高くすることができるため、各層を薄くでき静電容
量を大きくすることができた。層、電極を構成する材料
は実施の形態1と同様とした。
The electrodes 31a and 32a are on the upper surface of the piezoelectric element 300, the electrode 33a is between the layers 34-1 and 34-2, the electrodes 31b and 32b are between the layers 34-2 and 34-3, and 33b is provided on the lower surface. Electrodes 31a, 32a
Are formed concentrically with the center of the piezoelectric element. The electrodes 31b and 32b have substantially the same shape as the electrodes 31a and 32a. The electrode 31a and the electrode 31b are connected at the end face of the inner peripheral portion of the piezoelectric element 300. Also, the electrodes 32a and 3
2b is connected at the end face of the outer peripheral portion of the piezoelectric element 300. The electrodes 33a and 33b are electrodes 31 and 32 of the piezoelectric element.
Are provided on almost the entire surface except for the connection portion, and are connected to each other on the side surface of the outer peripheral portion. By the connection of the electrodes, the capacitor formed by the layer 34-1 and the layer 34-3 are formed.
Is connected in parallel with the capacitor formed by the piezoelectric element, the capacitance of the piezoelectric element can be increased. In addition, since the impact resistance can be increased by the laminated structure and the non-polarized layer 34-2, each layer can be thinned and the capacitance can be increased. The materials constituting the layers and the electrodes were the same as in the first embodiment.

【0081】図16は圧電素子300を用いた加速度セ
ンサの断面図である。圧電素子300は貫通孔35を突
き抜け、圧電素子300の両面を押さえる支持体37で
中心部を支持されている。検出原理は図6と同様であ
り、圧電素子は、図の上下方向の加速度を受けた場合、
中心を支持されており周辺部がたわみ振動を起こす。こ
のとき生じた歪みが電荷に変わることにより、加速度を
検出できる。層34−1と層が34−3が互いに逆方向
に分極してあるため、各層の互いに接続された電極には
同極性の電荷が発生する。
FIG. 16 is a sectional view of an acceleration sensor using the piezoelectric element 300. The piezoelectric element 300 penetrates through the through-hole 35 and is supported at the center by a support 37 that presses both sides of the piezoelectric element 300. The detection principle is the same as in FIG. 6, and when the piezoelectric element receives acceleration in the vertical direction in the figure,
The center is supported and the periphery vibrates flexibly. The acceleration generated can be detected by converting the generated distortion into electric charge. Since the layer 34-1 and the layer 34-3 are polarized in directions opposite to each other, charges having the same polarity are generated in the electrodes connected to each other in each layer.

【0082】電極32aおよび電極33cは支持体37
に設けた導電層(図では示されていない)と接触して電
気的に接続され、さらに導電層8が外部電極39a、c
に接続されることにより、外部に電荷を取り出す。電極
33bは、ワイヤリング(図示していない)により外部
電極39bに接続した。
The electrode 32a and the electrode 33c are
And is electrically connected by contact with a conductive layer (not shown in the figure) provided on the external electrode 39a, c.
To extract electric charges to the outside. The electrode 33b was connected to the external electrode 39b by wiring (not shown).

【0083】外周部の電極とのワイヤリングなどの手段
を用いない方法としては、圧電素子の表面に設ける電極
31a、bを他の形状に変えることがある。図17は、
圧電素子の表面の他の電極構成の平面図である。電極2
1aの一部に切り欠きを設け、電極32aの中心部への
接続部32cを設け、他の電極構成は図15と同様とし
た。接続部32cを圧電素子の中心部までのばすことに
より、支持体37に導電層を設け、導電層と接続部32
cを導通させることによりワイヤリングなどの手段を用
いず外部電極39bと電気的接続を取ることができる。
電極形状は、複雑になるが、ワイヤリングなどの手段が
いらないため、加速度センサの製作が容易で、小型化も
可能になる。
As a method that does not use means such as wiring with the electrode on the outer peripheral portion, the electrodes 31a and 31b provided on the surface of the piezoelectric element may be changed to another shape. FIG.
It is a top view of other electrode composition of the surface of a piezoelectric element. Electrode 2
A cutout was provided in a part of 1a, a connection portion 32c was provided to the center of the electrode 32a, and the other electrode configuration was the same as in FIG. By extending the connecting portion 32c to the center of the piezoelectric element, a conductive layer is provided on the support 37, and the conductive layer and the connecting portion 32c are provided.
By conducting c, electrical connection with the external electrode 39b can be obtained without using means such as wiring.
Although the shape of the electrode becomes complicated, since no means such as wiring is required, it is easy to manufacture the acceleration sensor and the size can be reduced.

【0084】自己診断は、図7の方法と同様に行うこと
ができる。自己診断の時には、電極32を駆動用電極と
し電極33との間に発振回路から交流電圧を印加して、
圧電素子全体をたわみ振動させる。このときの振動を、
電極32を振動検出電極として電圧に変換して、故障診
断を行う。薄い層の積層構造であるため、静電容量が大
きく、低周波でも精度よく自己診断できた。
The self-diagnosis can be performed in the same manner as in the method shown in FIG. At the time of self-diagnosis, an AC voltage is applied from an oscillation circuit to the electrode 33 using the electrode 32 as a driving electrode,
The entire piezoelectric element bends and vibrates. Vibration at this time,
The electrode 32 is converted into a voltage as a vibration detection electrode to perform a failure diagnosis. Because of the laminated structure of the thin layers, the capacitance was large and the self-diagnosis could be performed accurately even at a low frequency.

【0085】なお、圧電素子に貫通孔を設けなくとも加
速度センサを構成することができる。すなわち、図18
は圧電素子に貫通孔を設けない場合の電極の平面図であ
る。電極以外の圧電素子の層構造などは図14と同様で
ある。電極31は、圧電素子の中心に円形に、電極32
は同心円状にドーナツ型に設けられている。電極32a
は層34−2と層34ー3の間に設けられた電極32b
と外周部の縁の接続部32cで接続されている。電極3
1aには、幅の狭い接続部31dが外周部へ伸ばされて
いる。層34−2と層34ー3の間に形成された電極3
1bにも同様に接続部31cが設けられており、接続部
31cと接続部31dが外周部で電気的に接続され、電
極31aとbが導通される。層34−1と層34−2の
間に設けた電極33aと圧電素子の下面に形成された電
極33bは、圧電素子の外周部の縁に設けた接続部33
cにより接続される。また、電極32と中心を支持する
ための支持体から導通を取るための、図17と同様に接
続部32dを設けた。
The acceleration sensor can be configured without providing a through hole in the piezoelectric element. That is, FIG.
FIG. 4 is a plan view of an electrode when a through hole is not provided in a piezoelectric element. The layer structure of the piezoelectric element other than the electrodes is the same as in FIG. The electrode 31 has a circular shape at the center of the piezoelectric element,
Are concentrically provided in a donut shape. Electrode 32a
Is an electrode 32b provided between the layer 34-2 and the layer 34-3
And a connection portion 32c at the edge of the outer peripheral portion. Electrode 3
In 1a, a narrow connecting portion 31d is extended to the outer peripheral portion. Electrode 3 formed between layer 34-2 and layer 34-3
Similarly, a connection portion 31c is provided in 1b, and the connection portion 31c and the connection portion 31d are electrically connected at the outer peripheral portion, and the electrodes 31a and 31b are electrically connected. The electrode 33a provided between the layer 34-1 and the layer 34-2 and the electrode 33b formed on the lower surface of the piezoelectric element are connected to the connecting portion 33 provided on the outer peripheral edge of the piezoelectric element.
c. In addition, a connection portion 32d for providing conduction from the electrode 32 and a support for supporting the center was provided as in FIG.

【0086】また、電極32を検出用電極、電極31を
駆動用電極としてもよい。
The electrode 32 may be a detection electrode, and the electrode 31 may be a drive electrode.

【0087】(実施の形態5)図19に本発明の他の実
施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図20
にその圧電素子の各層の電極の平面図を、そして、図2
1にその実施の形態の加速度センサの支持体の平面図を
示す。
(Embodiment 5) FIG. 19 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
2 is a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element, and FIG.
FIG. 1 shows a plan view of a support of the acceleration sensor according to the embodiment.

【0088】一方の電極1aが圧電素子100の長辺に
沿い素子の中央部に設けられ、他方の電極2aは周辺部
に設けられる。この周辺部の電極2aは一端に設けた接
続部10で互いに接続されている。この構造で、内側の
電極1aを駆動電極にすると、駆動電極が、長辺に沿い
全長にわたって設けられ、かつ中央部に位置するため、
他の電極構造に比べて、素子全体に均一な駆動を起こす
ことができ、実際に加速度が加わった状態により近い状
態で自己診断を行うことができる。電極からの外部電極
への引き出しは、支持体7aに設けた導電層8a,8b
を通して行うことが出来る。中央部の電極1aと接続す
る場合は、周辺部の電極2aと短絡しないように、電極
上に絶縁層9を設けておけばよい。絶縁層としては、S
iO2膜、Si34膜、ポリイミド膜などでよい。あるい
は、エポキシ樹脂系、シリコン樹脂系等の絶縁性接着剤
などを塗布して形成しても良い。
One electrode 1a is provided at the center of the element along the long side of the piezoelectric element 100, and the other electrode 2a is provided at the periphery. The peripheral electrodes 2a are connected to each other by a connection portion 10 provided at one end. In this structure, if the inner electrode 1a is used as a drive electrode, the drive electrode is provided over the entire length along the long side and located at the center,
Compared with other electrode structures, uniform driving can be caused on the entire element, and self-diagnosis can be performed in a state closer to the state where acceleration is actually applied. The extraction from the electrode to the external electrode is performed by the conductive layers 8a and 8b provided on the support 7a.
Can be done through When connecting to the central electrode 1a, an insulating layer 9 may be provided on the electrode so as not to short-circuit with the peripheral electrode 2a. As the insulating layer, S
An SiO 2 film, a Si 3 N 4 film, a polyimide film, or the like may be used. Alternatively, it may be formed by applying an insulating adhesive such as an epoxy resin or a silicon resin.

【0089】なお、電極面の接続部を設けなくとも、外
部電極への引き出しによって周辺部の電極を接続しても
良い。
It is to be noted that the peripheral electrodes may be connected by drawing out to external electrodes without providing connection portions on the electrode surfaces.

【0090】(実施の形態6)図22に本発明の実施の
形態である加速度センサに用いる圧電素子の外観図を示
す。
(Embodiment 6) FIG. 22 is an external view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【0091】圧電素子100は、層4−1、層4−2、
層4−3からなる3つの層を積層した構造で矩形状をし
ている。いずれの層もジルコン酸チタン酸鉛を主成分と
するシート状のセラミクスからなる。各層の厚さは、層
4−1、層4−3は、50μm、層4−2は100μm
とした。層の厚さとして10μmから100μm程度が好
適であり、全体厚みとしては、150μm〜350μm
が好適である。シート状のセラミクスを積層して焼成す
るため、圧電セラミックスの板を貼り合わせる場合に比
べて、各層を薄くすることができ、各層の静電容量が大
きくなる。層4−1の上面には2つの電極1aと電極2
aが分割して形成されており、電極1aは振動検出用電
極で支持の中心部近傍に構成され、電極2aは自己診断
時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成され
る。それぞれ両端の駆動用電極は、前記圧電素子の長辺
に沿って形成された接続部により接続される。また図で
は示されないが層4−3の底面には電極3bが形成され
ている。電極1aと電極2bは端面の一部にも連続して
形成されている。焼成する温度により内部電極、表面電
極は銀パラジウムにより形成し、端面電極は銀にて形成
した。図23は圧電素子100の長手方向の断面図であ
る。また、図24は各層の電極の平面図である。層4−
2と層4−3の間に形成された電極1bと電極2bは層
4−1の表面に設けられた電極1a、2aとほぼ同じ形
状で、電極1bは振動検出用電極で支持の中心部近傍に
構成され、電極2bは自己診断時の駆動用電極で長方形
の長手方向の両端に前記圧電素子の長辺の中心を介して
接続される構成である。図23には示されていないが、
電極1aは層4−2と層4−3の間に形成された電極1
bと端面で接続され、電極2aは内部電極2bと接続さ
れている。同様に底面の電極3bと層4−1と層4−2
の間に形成された電極3aとは電極1とは反対側で接続
されている。電極3aは電極1aと1b、あるいは電極
2aと2bの接続部との短絡を防ぐため、端からわずか
に後退している。
The piezoelectric element 100 includes layers 4-1 and 4-2,
It has a rectangular shape with a structure in which three layers including a layer 4-3 are stacked. Each of the layers is made of a sheet-like ceramic mainly composed of lead zirconate titanate. The thickness of each layer is 50 μm for layer 4-1 and layer 4-3, and 100 μm for layer 4-2.
And The thickness of the layer is preferably about 10 μm to 100 μm, and the total thickness is 150 μm to 350 μm
Is preferred. Since the ceramics in a sheet form are stacked and fired, each layer can be made thinner and the capacitance of each layer can be increased as compared with a case where a piezoelectric ceramic plate is bonded. On the upper surface of the layer 4-1, two electrodes 1a and 2
The electrode 1a is formed in the vicinity of the center of support by a vibration detecting electrode, and the electrode 2a is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The driving electrodes at both ends are connected by connecting portions formed along the long side of the piezoelectric element. Although not shown in the figure, an electrode 3b is formed on the bottom surface of the layer 4-3. The electrode 1a and the electrode 2b are also formed continuously on a part of the end face. Depending on the firing temperature, the internal electrode and the surface electrode were formed of silver palladium, and the end surface electrodes were formed of silver. FIG. 23 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric element 100. FIG. 24 is a plan view of the electrodes of each layer. Layer 4-
The electrode 1b and the electrode 2b formed between the layer 2 and the layer 4-3 have substantially the same shape as the electrodes 1a and 2a provided on the surface of the layer 4-1. The electrode 2b is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is connected to both ends in the longitudinal direction of the rectangle via the center of the long side of the piezoelectric element. Although not shown in FIG.
The electrode 1a is the electrode 1 formed between the layer 4-2 and the layer 4-3.
b at the end face, and the electrode 2a is connected to the internal electrode 2b. Similarly, the bottom electrode 3b, layer 4-1 and layer 4-2
The electrode 3a formed therebetween is connected on the opposite side to the electrode 1. The electrode 3a is slightly receded from the end to prevent a short circuit between the electrodes 1a and 1b or the connection between the electrodes 2a and 2b.

【0092】層4−1と層4−3は分極されており、分
極の向きは互いに逆方向である。層4−2は、分極され
ていない。
The layers 4-1 and 4-3 are polarized, and the directions of polarization are opposite to each other. Layer 4-2 is not polarized.

【0093】このように各電極を接続することにより、
層4−1とその両面の電極で形成されるインピーダンス
と、層4ー3とその両面の電極で形成されるインピーダ
ンスは電気的には並列に接続されたことになる。よっ
て、圧電素子全体の静電容量は各層の静電容量をたしあ
わせた値となる。各層は重ね合わされているので、全体
として所定の強度を保持できれば十分であり、その結
果、各層それぞれは薄い層で形成することができ、各層
の静電容量を大きくすることができる。しかもさらにそ
れぞれが加算された静電容量となるため、同じ厚さを有
する1層で構成された圧電素子より大きな静電容量を得
ることができる。
By connecting the respective electrodes as described above,
The impedance formed by the layer 4-1 and the electrodes on both surfaces thereof and the impedance formed by the layer 4-3 and the electrodes on both surfaces thereof are electrically connected in parallel. Therefore, the capacitance of the entire piezoelectric element is a value obtained by adding the capacitance of each layer. Since the layers are superimposed, it is sufficient to maintain a predetermined strength as a whole. As a result, each layer can be formed of a thin layer, and the capacitance of each layer can be increased. In addition, since the respective capacitances are added, a larger capacitance can be obtained than a single-layer piezoelectric element having the same thickness.

【0094】図25(a)は、図22〜24に示した圧
電素子を用いた加速度センサの外観図であり、図25
(b)はその断面図である。圧電素子100は、支持体
7a、bにより長手方向の中央部を支持され、容器12
の内部に収納されている。容器12はアルミナにより形
成した。容器12の外部には、外部電極9a,b、cが
設けられている。外部電極9a,b,cはNiの上に半
田層を形成して作成した。外部電極9a,b,cは支持
体7a,bを介して導電層8a,b,cによりそれぞれ
電極1a、2a、3bと接続されており、加速度により
生じた電荷を容器12外部へ取り出すことができる。
FIG. 25A is an external view of an acceleration sensor using the piezoelectric element shown in FIGS.
(B) is a sectional view thereof. The piezoelectric element 100 is supported at its center in the longitudinal direction by supports 7a and 7b,
Is housed inside. The container 12 was formed of alumina. Outside the container 12, external electrodes 9a, 9b and 9c are provided. The external electrodes 9a, b, and c were formed by forming a solder layer on Ni. The external electrodes 9a, b, and c are connected to the electrodes 1a, 2a, and 3b by conductive layers 8a, b, and c via supports 7a and b, respectively, so that charges generated by acceleration can be taken out of the container 12. it can.

【0095】図26は支持体7aの導電層を示す図であ
る。支持体7aには圧電素子との接触面には図示したよ
うに導電層8a、bが設けてある。導電層8a、bはそ
れぞれ圧電素子100の表面の電極1a、2aと接触し
て接続される。さらに、導電層8a,bは外部電極9
a,bと電気的に接続されており、外部へ電荷を取り出
すことができる。導電層8と電極1a、2aとは導電性
接着剤を用いて接着してもよい。
FIG. 26 is a view showing the conductive layer of the support 7a. The support 7a is provided with conductive layers 8a and 8b on the contact surface with the piezoelectric element as shown. The conductive layers 8a and 8b are connected to the electrodes 1a and 2a on the surface of the piezoelectric element 100, respectively. Further, the conductive layers 8a and 8b
It is electrically connected to a and b and can take out electric charges to the outside. The conductive layer 8 and the electrodes 1a and 2a may be bonded using a conductive adhesive.

【0096】矩形状の圧電素子を用いることにより、図
5で説明したように、圧電素子をたてて実装しても、加
速度センサの高さが高くならないため、小型の加速度セ
ンサが実現できる。
By using a rectangular piezoelectric element, as described with reference to FIG. 5, even if the piezoelectric element is mounted upright, the height of the acceleration sensor does not increase, so that a small acceleration sensor can be realized.

【0097】また、加速度が上下方向に加わった場合、
図6で説明したように、大きな電荷量を得ることができ
る。
When acceleration is applied in the vertical direction,
As described with reference to FIG. 6, a large charge amount can be obtained.

【0098】このように圧電素子の表面と裏面は、歪み
が大きくなるが、本実施の形態では、そこに、分極され
た圧電体層が設けられているため、感度も高くすること
ができた。
As described above, the front and back surfaces of the piezoelectric element are greatly strained, but in the present embodiment, the sensitivity can be increased because the polarized piezoelectric layer is provided there. .

【0099】また、圧電素子は、中心保持の近傍で、歪
みが大きく、端の方の歪みが小さくなるが、本実施の形
態では、中心保持の近傍の部分に振動検出用の電極が設
けられているため、感度も高くすることができた。
Also, the piezoelectric element has a large distortion near the center holding and a small distortion at the end. In this embodiment, however, an electrode for vibration detection is provided in a portion near the center holding. As a result, the sensitivity could be increased.

【0100】図27は加速度センサを用いた自己診断機
能を有する場合の加速度検出装置のブロック図である。
自己診断時には、電極2a、bを駆動用電極とし、電極
1a、bを振動検出用電極とする。電極3a、bは共通
電極とし、外部電極9cを通して接地される。外部電極
9bは、自己診断のための振動駆動用の駆動回路10a
に接続されている。駆動回路10aからは駆動用の交流
電圧が発生し、外部電極9b、cを介して、圧電素子の
駆動用電極である電極2と電極3へ印加される。この交
流電圧により層4−1、層4−3の内部には電界が生じ
る。電界は同じ方向に印加されるが、分極方向が異なる
ため、逆方向の歪みが生じ、圧電素子全体がたわみ振動
をする。この振動により先に述べたように電荷が発生
し、これを振動検出用電極である電極1a、bと電極3
a,bで検出する。検出した電荷はインピーダンス変換
回路10bに接続された外部電極9a,cへ入力され
る。インピーダンス変換回路10bは、一般にFETな
どを用いて構成される。このインピーダンス変換回路1
0bからの出力電圧は、加速度検出回路、異常検出回路
10cに入力され、ここで圧電素子に異常がないか判定
される。一般に、異常検出回路10cはハイパスフィル
タ、ローパスフィルタ、平滑回路、コンパレータなどで
構成される。異常診断は発振器10aより入力された交
流電圧に対して、あらかじめ定めた値に合致する電圧が
インピーダンス変換回路10cから出力されているかで
判定する。圧電素子に異常がある場合、異常検出回路は
異常時の処理を行うように指示を出す。
FIG. 27 is a block diagram of an acceleration detecting device having a self-diagnosis function using an acceleration sensor.
At the time of self-diagnosis, the electrodes 2a and 2b are used as driving electrodes, and the electrodes 1a and 1b are used as vibration detecting electrodes. The electrodes 3a and 3b are common electrodes and are grounded through the external electrode 9c. The external electrode 9b is provided with a driving circuit 10a for driving a vibration for self-diagnosis.
It is connected to the. A drive AC voltage is generated from the drive circuit 10a and applied to the electrodes 2 and 3 as drive electrodes of the piezoelectric element via the external electrodes 9b and 9c. An electric field is generated inside the layers 4-1 and 4-3 by the AC voltage. Although the electric field is applied in the same direction, the polarization direction is different, so that distortion is generated in the opposite direction, and the entire piezoelectric element performs flexural vibration. As described above, electric charges are generated by the vibration, and the electric charges are generated.
Detection is performed at a and b. The detected charges are input to external electrodes 9a and 9c connected to the impedance conversion circuit 10b. The impedance conversion circuit 10b is generally configured using an FET or the like. This impedance conversion circuit 1
The output voltage from 0b is input to an acceleration detection circuit and an abnormality detection circuit 10c, where it is determined whether or not the piezoelectric element has an abnormality. In general, the abnormality detection circuit 10c includes a high-pass filter, a low-pass filter, a smoothing circuit, a comparator, and the like. The abnormality diagnosis determines whether or not a voltage that matches a predetermined value is output from the impedance conversion circuit 10c with respect to the AC voltage input from the oscillator 10a. When there is an abnormality in the piezoelectric element, the abnormality detection circuit issues an instruction to perform a process at the time of abnormality.

【0101】駆動用電極部は積層されているため、各層
は薄く、電界が大きくなるため、小さな振幅の交流電圧
を発振回路から入力するのみで大きな振幅のたわみ振動
を得ることができ、自己診断の精度が向上した。
Since the driving electrode portions are stacked, each layer is thin and the electric field is large. Therefore, a large amplitude flexural vibration can be obtained only by inputting a small amplitude AC voltage from the oscillation circuit, and the self-diagnosis can be performed. Accuracy has improved.

【0102】また、検出用電極部も積層されており、静
電容量を大きくとることができ、インピーダンス変換回
路に高抵抗を用いずとも低周波数領域まで高い感度で発
振回路により誘起された振動を検出することができ、広
い周波数範囲で精度の高い自己診断を行うことができ
た。
Further, since the detection electrode portion is also laminated, the capacitance can be increased, and the vibration induced by the oscillation circuit with high sensitivity up to a low frequency region can be obtained without using a high resistance in the impedance conversion circuit. The self-diagnosis was able to be performed and highly accurate self-diagnosis was performed in a wide frequency range.

【0103】通常の加速度検出時においても、圧電素子
100は、薄い層が積層され、各層が並列に接続されて
いるため、圧電素子全体の静電容量は大きくなる。ま
た、圧電素子全体の機械的強度を損なうことなく検出素
子となる各層を薄くすることができる。このため、低周
波の加速度においても十分高い感度を得ることができ、
高抵抗を用いることなく測定することができた。
Even during normal acceleration detection, since the piezoelectric element 100 is formed by laminating thin layers and each layer is connected in parallel, the capacitance of the entire piezoelectric element becomes large. In addition, each layer serving as a detection element can be thinned without impairing the mechanical strength of the entire piezoelectric element. Therefore, a sufficiently high sensitivity can be obtained even at a low-frequency acceleration,
It could be measured without using high resistance.

【0104】通常の加速度検出時には、駆動用電極2
a、bと振動検出用電極1a、bをともに加速度検出の
ための電極として用い、インピーダンス変換回路に接続
することによりより高い感度を得ることもできた。
At the time of normal acceleration detection, the driving electrode 2
A higher sensitivity could be obtained by using both a and b and the electrodes 1a and 1b for vibration detection as electrodes for detecting acceleration and connecting them to an impedance conversion circuit.

【0105】層4−2は分極されていない層であるが、
この層を設けることにより、層4−1および層4−3を
極めて薄くしても圧電素子全体の強度を維持することが
できた。また、層4−2は静電容量を大きくする効果を
も有した。
The layer 4-2 is an unpolarized layer.
By providing this layer, the strength of the entire piezoelectric element could be maintained even when the layers 4-1 and 4-3 were extremely thin. The layer 4-2 also has the effect of increasing the capacitance.

【0106】次に、実施の形態1の加速度センサに用い
る圧電素子の電極(図3参照)を用いて作製した加速度
センサー(層4−1、層4−3を50μm、層4−2を
100μmとし、圧電素子サイズを1.3mm×8.0
mm×0.2mmとし、振動検出電極及び駆動電極のサ
イズを0.5mm×7.8mmとした)と、本実施の形
態6の圧電素子の電極(図24参照)を用いて作成した
加速度センサー(層4−1、層4−3を50μmとし、
層4−2を100μmとし、圧電素子サイズ1.3mm
×8.0mm×0.2mmとし、検出電極を幅1.0m
mで、長手方向に支持点を中心に長さを2mm、3m
m、4mm、5mm、6mmとした。駆動電極は0.2
mm幅の絶縁部を設けて残りの部分に形成した)とを比
較する。
Next, an acceleration sensor (layer 4-1 and layer 4-3 having a thickness of 50 μm and layer 4-2 having a thickness of 100 μm) manufactured using the electrodes (see FIG. 3) of the piezoelectric element used for the acceleration sensor of the first embodiment. And the piezoelectric element size is 1.3 mm × 8.0
mm × 0.2 mm, the size of the vibration detection electrode and the drive electrode was 0.5 mm × 7.8 mm), and an acceleration sensor formed using the electrodes of the piezoelectric element of the sixth embodiment (see FIG. 24). (Layers 4-1 and 4-3 have a thickness of 50 μm,
The layer 4-2 is set to 100 μm, and the piezoelectric element size is 1.3 mm.
× 8.0 mm × 0.2 mm, width of detection electrode 1.0 m
m, length 2mm, 3m around support point in longitudinal direction
m, 4 mm, 5 mm, and 6 mm. Drive electrode is 0.2
mm insulated portion was formed on the remaining portion).

【0107】それら作製した加速度センサの、面積、感
度、容量と感度の積等を(表1)に示す。
Table 1 shows the area, the sensitivity, the product of the capacitance and the sensitivity, and the like of the manufactured acceleration sensors.

【0108】[0108]

【表1】 [Table 1]

【0109】感度は、同じ電荷の発生量であっても、容
量が大きいと小さくなる。実施の形態1の加速度センサ
と本実施の形態6の加速度センサの振動検出部がほぼ同
じ容量のものを、表1より比較した場合、感度が2倍の
センサが得られた。例えば、実施の形態1のものと、実
施の形態6のNO.3とを比較すればこのことがわか
る。また、振動検出部電極の長さを各種変えたいずれの
センサでも、感度が大幅に向上した。容量と感度の積が
電荷の発生量を表すが、本実施の形態6の加速度センサ
では、電荷の発生は実施の形態1のものと比較して、
1.5倍以上となった。すなわち、振動検出電極を支持
の近傍に配置することで、感度が向上し、ノイズの低減
はもとより、1段のアンプで増幅可能となり、回路が簡
単になる効果を有した。
The sensitivity decreases as the capacitance increases, even for the same amount of generated charge. Comparing the acceleration sensor of the first embodiment and the acceleration sensor of the sixth embodiment having substantially the same capacity of the vibration detection unit from Table 1, a sensor having twice the sensitivity was obtained. For example, in the first embodiment and the sixth embodiment, the NO. This can be seen from a comparison with No. 3. In addition, the sensitivity was greatly improved in any of the sensors in which the length of the vibration detection section electrode was variously changed. The product of the capacitance and the sensitivity indicates the amount of generated charge. In the acceleration sensor according to the sixth embodiment, the generation of the charge is smaller than that in the first embodiment.
1.5 times or more. That is, by arranging the vibration detection electrode near the support, sensitivity is improved, noise can be reduced, and amplification can be performed with a single-stage amplifier, so that the circuit is simplified.

【0110】なお、自己診断回路および、インピーダン
ス変換回路は、図27のものに限るものではない。
The self-diagnosis circuit and the impedance conversion circuit are not limited to those shown in FIG.

【0111】また、分極の方向は図示した方向に限るも
のではなく互いに逆向きであればよい。
The directions of polarization are not limited to the directions shown in the figure, but may be any directions as long as they are opposite to each other.

【0112】(実施の形態7)図28(a)は本発明の
他の実施の形態における加速度センサの圧電素子の断面
図であり、図28(b)はその斜視図である。
(Embodiment 7) FIG. 28 (a) is a sectional view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 28 (b) is a perspective view thereof.

【0113】圧電素子102は矩形状で、3つの層14
−1、2、3を積層した構造を有しており、層14−
1、3は分極されており、分極方向は同方向である。ま
た、図29は圧電素子の電極の平面図である。層14−
1の上面には2つの電極11aと電極12aが分割して
形成されており、電極11aは振動検出用電極で支持の
中心部近傍に構成され、電極12aは自己診断時の駆動
用電極で長方形の長手方向の両端に形成され、さらにそ
れらは前記圧電素子の長辺の中心付近の接続部を介して
互いに接続される。電極13a、bは、圧電素子の内部
に電極11、12の接続部となる端面付近をのぞいてほ
ぼ全面に設けられており、電極11、12の接続部と反
対側で接続されている。層14−1と層14−3は、並
列に接続されており、静電容量はそれぞれの層の容量の
加算となり、大きな静電容量を得ることができる。
The piezoelectric element 102 has a rectangular shape and has three layers 14.
-1, 2 and 3 are laminated, and the layer 14-
1, 3 are polarized, and the polarization directions are the same. FIG. 29 is a plan view of the electrodes of the piezoelectric element. Layer 14-
On the upper surface of 1, two electrodes 11 a and 12 a are divided and formed. The electrode 11 a is formed near the center of the support by a vibration detection electrode, and the electrode 12 a is a rectangular drive electrode for self-diagnosis. Are formed at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric element, and they are connected to each other via a connection portion near the center of the long side of the piezoelectric element. The electrodes 13a and 13b are provided on substantially the entire surface of the piezoelectric element except for the vicinity of an end face serving as a connection portion between the electrodes 11 and 12, and are connected on the side opposite to the connection portion between the electrodes 11 and 12. The layers 14-1 and 14-3 are connected in parallel, and the capacitance is the sum of the capacitances of the respective layers, so that a large capacitance can be obtained.

【0114】層14−1、2、3はいずれもジルコン酸
鉛を主成分とするセラミクスを用いて作製した。電極は
銀パラジウムを用いた。層14−1と層14−3の分極
方向は同方向であるが、電極の接続方向が図2と異なる
ため、たわみ振動をしても電極11aと電極11bには
同極性の電荷が発生して、加速度を検出することができ
る。
The layers 14-1, 2, and 3 were all manufactured using ceramics containing lead zirconate as a main component. The electrode used was silver palladium. Although the polarization directions of the layer 14-1 and the layer 14-3 are the same, the connection direction of the electrodes is different from that of FIG. 2, so that the electrodes 11a and 11b generate electric charges of the same polarity even when subjected to flexural vibration. Thus, the acceleration can be detected.

【0115】層14−2は、圧電素子102の強度を強
くし、対衝撃性を高める役割を果たしている。
The layer 14-2 has the function of increasing the strength of the piezoelectric element 102 and increasing the impact resistance.

【0116】実施の形態1では、真ん中の未分極層4ー
2と電極3a、電極1bで形成されるインピーダンス
は、圧電層4ー1と電極1a、電極3aで形成されるイ
ンピーダンスおよび、圧電層4ー3と電極1b、電極3
bで形成されるインピーダンス電気的に並列に接続され
ており、この未分極層4ー2が有する静電容量も、素子
全体の静電容量に含まれる。しかしながら、この未分極
層4ー2は加速度が加わっても電荷は発生しないので、
この層の静電容量は出力電圧を低下させ、結果として感
度の低下を招く。しかしながら、本実施の形態7におけ
る層14−2はその対向する面が電極13a、13bで
挟まれているいるため、この層の静電容量は層14−
1、層14−2の静電容量に加えられないので感度は高
くなる。
In the first embodiment, the impedance formed by the middle unpolarized layer 4-2 and the electrodes 3a and 1b is the impedance formed by the piezoelectric layer 4-1 and the electrodes 1a and 3a, and the impedance formed by the piezoelectric layer 4-1 and the electrode 3a. 4-3 and electrode 1b, electrode 3
The impedance formed by b is electrically connected in parallel, and the capacitance of the unpolarized layer 4-2 is also included in the capacitance of the entire device. However, since no charge is generated in the unpolarized layer 4-2 even when acceleration is applied,
The capacitance of this layer lowers the output voltage, resulting in lower sensitivity. However, since the layer 14-2 in the seventh embodiment has its opposite surface sandwiched between the electrodes 13a and 13b, the capacitance of the layer 14-2 is smaller than that of the layer 14-.
1. The sensitivity is increased because the capacitance is not added to the capacitance of the layer 14-2.

【0117】自己診断する場合には、電極11を振動検
出用電極、電極12を駆動用電極として、図7と同様に
して行うことができる。
The self-diagnosis can be performed in the same manner as in FIG. 7, using the electrode 11 as a vibration detecting electrode and the electrode 12 as a driving electrode.

【0118】電極からの電荷取り出しのための導電層も
支持体を通して図5と同様に行うことができる。
A conductive layer for taking out charges from the electrodes can be formed through a support in the same manner as in FIG.

【0119】本実施の形態の図29で示される圧電素子
の電極を用いて、層4−1、層4−3を50μm、層4
−2を100μm、圧電素子サイズ1.3mm×8.0
mm×0.2mmの加速度センサを作製した。本実施の
形態の振動検出電極は、実施の形態6と同様に、幅1.
0mmで長さを変えて形成し、自己診断のための駆動電極
は、残りの部分に形成した。作製した加速度センサの4
0Hzでの感度と1V入力時の自己診断感度の出力は、
実施の形態1に比べて25%高くなり、未分極層の静電
容量を素子の容量に加えない効果を確認できた。また、
振動検出電極を支持の近傍に配置することで、感度が向
上し、ノイズの低減はもとより、1段のアンプで増幅可
能となり、回路が簡単になる効果を有した。
Using the electrodes of the piezoelectric element shown in FIG. 29 of this embodiment, the thickness of the layer 4-1 and the layer 4-3 is 50 μm,
-2: 100 μm, piezoelectric element size: 1.3 mm × 8.0
An acceleration sensor of mm × 0.2 mm was manufactured. Vibration detection electrode of the present embodiment, as in the sixth embodiment, the width 1.
The drive electrode for self-diagnosis was formed on the remaining portion by changing the length at 0 mm. 4 of the manufactured acceleration sensor
The output of the sensitivity at 0Hz and the self-diagnosis sensitivity at 1V input is
This is 25% higher than in the first embodiment, and the effect of not adding the capacitance of the non-polarized layer to the capacitance of the device was confirmed. Also,
By arranging the vibration detection electrode near the support, sensitivity is improved, noise can be reduced, and amplification can be performed with a single-stage amplifier, which has the effect of simplifying the circuit.

【0120】(実施の形態8)図30に本発明の他の実
施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図31
に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
(Eighth Embodiment) FIG. 30 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0121】圧電素子200は矩形状で、層24−1、
2、3の3つの層を積層した構造を有す。層24−1、
2は互いに逆向きに分極されている。電極21a、22
aは圧電素子200の上面に、電極23aは層24−1
と層24−2の間に、電極21b、22bは層24−2
と層24−3の間に、電極23bは下面に設けられてい
る。層4−1の上面には2つの電極21aと電極22a
が分割して形成されており、電極21aは振動検出用電
極で支持の中心部近傍に構成され、電極22aは自己診
断時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成さ
れ、それらは前記圧電素子の長辺の中心付近の接続部を
介して互いに接続される。電極21bは振動検出用電極
で支持の中心部近傍に構成されるとともに、圧電層の幅
いっぱいに形成されている。電極22bは自己診断時の
駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成されてい
る。圧電素子200の長辺側の端面で電極21aと21
b、電極22aと22bは接続されている。また、電極
23a、bは圧電素子の電極21、22の接続部をのぞ
くほぼ全面に設けられており、互いに反対側の長辺側の
端面で接続されている。
The piezoelectric element 200 has a rectangular shape, and
It has a structure in which two or three layers are laminated. Layer 24-1,
2 are polarized in opposite directions. Electrodes 21a, 22
a is on the upper surface of the piezoelectric element 200, and the electrode 23a is the layer 24-1.
And the layer 24-2, the electrodes 21b and 22b are connected to the layer 24-2.
The electrode 23b is provided on the lower surface between the layer and the layer 24-3. Two electrodes 21a and 22a are provided on the upper surface of the layer 4-1.
The electrode 21a is formed near the center of the support with a vibration detecting electrode, and the electrode 22a is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The piezoelectric elements are connected to each other via a connection near the center of the long side of the piezoelectric element. The electrode 21b is a vibration detection electrode, is formed near the center of the support, and is formed over the entire width of the piezoelectric layer. The electrodes 22b are driving electrodes at the time of self-diagnosis and are formed at both ends in the rectangular longitudinal direction. The electrodes 21a and 21
b, the electrodes 22a and 22b are connected. The electrodes 23a and 23b are provided on almost the entire surface except for the connection portions of the electrodes 21 and 22 of the piezoelectric element, and are connected at end faces on the long sides opposite to each other.

【0122】このような電極の接続により、層24−1
が形成するコンデンサと層24−3が形成するコンデン
サは並列接続されるため、圧電素子の静電容量を大きく
することができる。また、電極21bが支持の中心部近
傍に構成されるとともに、圧電層の幅いっぱいに形成さ
れているので、発生する電荷量が大きくなり、感度がさ
らに向上し、ノイズの低減はもとより、1段のアンプで
増幅可能となり、回路が簡単になった。また、積層構造
にし、さらに分極していない層24−2により耐衝撃性
を高くすることができるため、各層を薄くでき静電容量
を大きくすることができた。
By the connection of such electrodes, the layer 24-1 is formed.
And the capacitor formed by the layer 24-3 are connected in parallel, so that the capacitance of the piezoelectric element can be increased. Further, since the electrode 21b is formed in the vicinity of the center of the support and is formed over the entire width of the piezoelectric layer, the amount of generated charges is increased, the sensitivity is further improved, and the noise is reduced as well as one step. The amplifier can be amplified and the circuit is simplified. In addition, since the impact resistance can be increased by the laminated structure and the non-polarized layer 24-2, each layer can be thinned and the capacitance can be increased.

【0123】圧電素子200は、図4と同様に長手方向
の中心を支持され、図5と同様に支持体の電極面と接触
する面の導電層の構成されている。
The piezoelectric element 200 is supported at the center in the longitudinal direction as in FIG. 4 and has a conductive layer on the surface in contact with the electrode surface of the support as in FIG.

【0124】加速度を受けた場合の加速度の検出動作
は、図6と同様である。
The operation of detecting the acceleration when receiving the acceleration is the same as in FIG.

【0125】また、自己診断時には、電極21を振動検
出用電極、電極22を駆動用電極として図7と同様の回
路を用いて行うことができる。
At the time of self-diagnosis, it is possible to use a circuit similar to that shown in FIG. 7 using the electrode 21 as a vibration detecting electrode and the electrode 22 as a driving electrode.

【0126】各圧電層を構成する材料、電極を構成する
材料および素子サイズは実施の形態1と同様とした。
The material forming each piezoelectric layer, the material forming the electrodes, and the element size were the same as in the first embodiment.

【0127】(実施の形態9)図32に本発明の他の実
施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図33
に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
(Embodiment 9) FIG. 32 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0128】圧電素子300は矩形状で、層34−1、
2、3の3つの層を積層した構造を有す。層34−1、
2は互いに逆向きに分極されている。電極31a、32
aは圧電素子300の上面に、電極33aは層34−1
と層34−2の間に、電極31b、32bは層34−2
と層34−3の間に、電極33bは下面に設けられてい
る。層4−1の上面には2つの電極31aと電極32a
が分割して形成されており、電極31aは振動検出用電
極で支持の中心部近傍に構成され、電極32aは自己診
断時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成され
るとともに、それぞれ両端の駆動用電極は、前記圧電素
子の長辺に沿って形成された接続部分で互いに接続され
ている。電極31aと電極32aは所定の間隔離れて形
成される。電極31bは振動検出用電極で支持の中心部
近傍に構成され、電極32bは自己診断時の駆動用電極
で長方形の長手方向の両端に形成されている。圧電素子
300の長辺側の端面で電極31aと31b、電極32
aと32bは接続されている。また、電極33a、bは
圧電素子の電極31、32の接続部をのぞくほぼ全面に
設けられており、互いに反対側の長辺側の端面で接続さ
れている。
The piezoelectric element 300 has a rectangular shape, and includes the layers 34-1 and 34-1.
It has a structure in which two or three layers are laminated. Layer 34-1,
2 are polarized in opposite directions. Electrodes 31a, 32
a is on the upper surface of the piezoelectric element 300, and the electrode 33a is the layer 34-1.
Between the layer 34-2 and the electrodes 31b and 32b.
The electrode 33b is provided on the lower surface between the layer and the layer 34-3. Two electrodes 31a and 32a are provided on the upper surface of the layer 4-1.
The electrode 31a is formed near the center of the support by a vibration detecting electrode, and the electrode 32a is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The drive electrodes at both ends are connected to each other at a connection portion formed along the long side of the piezoelectric element. The electrode 31a and the electrode 32a are formed to be separated by a predetermined distance. The electrode 31b is constituted by a vibration detecting electrode near the center of the support, and the electrode 32b is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The electrodes 31a and 31b and the electrode 32
a and 32b are connected. The electrodes 33a and 33b are provided on almost the entire surface except for the connection portions of the electrodes 31 and 32 of the piezoelectric element, and are connected at the end faces on the long sides opposite to each other.

【0129】このように、振動検出電極31と自己診断
電極32との間を所定間隔開けることで、任意に振動検
出電極と自己診断電極の面積の比を変えることができ、
持ってと適切な静電容量を実現でき、システムの回路設
計の自由度を上げることができる。
As described above, by providing a predetermined distance between the vibration detection electrode 31 and the self-diagnosis electrode 32, it is possible to arbitrarily change the area ratio between the vibration detection electrode and the self-diagnosis electrode.
By holding it, an appropriate capacitance can be realized, and the degree of freedom in circuit design of the system can be increased.

【0130】(実施の形態10)図34に本発明の他の
実施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図3
5に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
Embodiment 10 FIG. 34 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0131】圧電素子400は矩形状で、層44−1、
2、3の3つの層を積層した構造を有す。層44−1、
2は互いに逆向きに分極されている。電極41a、42
aは圧電素子400の上面に、電極43aは層44−1
と層44−2の間に、電極41b、42bは層44−2
と層44−3の間に、電極43bは下面に設けられてい
る。層4−1の上面には2つの電極41aと電極42a
が分割して形成されており、電極41aは振動検出用電
極で支持の中心部近傍に構成され、電極42aは自己診
断時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成され
ている。
The piezoelectric element 400 has a rectangular shape and includes the layers 44-1 and
It has a structure in which two or three layers are laminated. Layer 44-1,
2 are polarized in opposite directions. Electrodes 41a, 42
a is on the upper surface of the piezoelectric element 400, and the electrode 43a is the layer 44-1.
The electrodes 41b and 42b are provided between the layer 44-2 and the layer 44-2.
The electrode 43b is provided on the lower surface between the layer 44-3. Two electrodes 41a and 42a are provided on the upper surface of the layer 4-1.
The electrode 41a is a vibration detection electrode and is formed near the center of support, and the electrode 42a is a drive electrode for self-diagnosis and is formed at both ends in the rectangular longitudinal direction.

【0132】さらに、電極42a、42bの外側に電極
のない部分が形成される。電極41bは振動検出用電極
で支持の中心部近傍に構成され、電極42bは自己診断
時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成されて
いる。圧電素子400の長辺側の端面で電極41aと4
1b、電極42aと42bは接続されている。また、電
極43a、bは圧電素子の電極41、42の接続部をの
ぞくほぼ全面に設けられており、互いに反対側の長辺側
の端面で接続されている。
Further, portions without electrodes are formed outside the electrodes 42a and 42b. The electrode 41b is a vibration detecting electrode and is formed near the center of the support, and the electrode 42b is a driving electrode for self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The electrodes 41a and 4a on the end face on the long side of the piezoelectric element 400
1b, the electrodes 42a and 42b are connected. The electrodes 43a and 43b are provided on almost the entire surface except for the connection portions of the electrodes 41 and 42 of the piezoelectric element, and are connected at end faces on the long sides opposite to each other.

【0133】また、電極42a、42bの外側に電極の
ない部分を形成することによって、圧電素子の全長で決
まる共振周波数が、極端に高くなることなく、所望の共
振周波数を得ることが出来、しかも任意に自己診断検出
電極の面積の比を変えることが出来、システムの回路設
計の自由度を上げることが出来る。
By forming a portion without electrodes outside the electrodes 42a and 42b, a desired resonance frequency can be obtained without extremely increasing the resonance frequency determined by the total length of the piezoelectric element. The ratio of the area of the self-diagnosis detection electrode can be changed arbitrarily, and the degree of freedom in the system circuit design can be increased.

【0134】(実施の形態11)図36に本発明の他の
実施の形態の加速度センサの圧電素子の外観図を、図3
7に圧電素子の各層の電極の平面図を示す。
(Embodiment 11) FIG. 36 is an external view of a piezoelectric element of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a plan view of the electrodes of each layer of the piezoelectric element.

【0135】圧電素子500は矩形状で、層54−1、
2、3の3つの層を積層した構造を有す。層54−1、
2は互いに逆向きに分極されている。電極51a、52
aは圧電素子500の上面に、電極54aは層54−1
と層54−2の間に、電極51b、52bは層54−2
と層54−3の間に、電極54bは下面に設けられてい
る。層5−1の上面には2つの電極51aと電極52a
が分割して形成されており、電極51aは振動検出用電
極で支持の中心部近傍に構成され、電極52aは自己診
断時の駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成され
るとともに、前記圧電素子の長辺に沿って形成された接
続部で接続される。
The piezoelectric element 500 has a rectangular shape and includes the layers 54-1 and 54-1.
It has a structure in which two or three layers are laminated. Layer 54-1,
2 are polarized in opposite directions. Electrodes 51a, 52
a is on the upper surface of the piezoelectric element 500, and the electrode 54a is the layer 54-1.
The electrodes 51b and 52b are between the layer 54-2 and the layer 54-2.
The electrode 54b is provided on the lower surface between the layer 54-3. Two electrodes 51a and 52a are provided on the upper surface of the layer 5-1.
The electrode 51a is formed in the vicinity of the center of the support by a vibration detection electrode, and the electrode 52a is a drive electrode at the time of self-diagnosis and is formed at both ends in a rectangular longitudinal direction. The connection is made at a connection portion formed along the long side of the piezoelectric element.

【0136】電極(ダミー用部材)53aは、振動検出
用電極と自己診断駆動用電極のいずれにも接続されない
ダミーの部材である。電極51bは振動検出用電極で支
持の中心部近傍に構成され、電極52bは自己診断時の
駆動用電極で長方形の長手方向の両端に形成されてい
る。電極53b(ダミー用部材)は、振動検出用電極と
自己診断駆動用電極のいずれにも接続されないダミーの
電極である。圧電素子500の長辺側の端面で電極51
aと51b、電極52aと52bは接続されている。ま
た、電極54a、bは圧電素子の電極51、52の接続
部をのぞくほぼ全面に設けられており、互いに反対側の
長辺側の端面で接続されている。
The electrode (dummy member) 53a is a dummy member that is not connected to either the vibration detection electrode or the self-diagnosis drive electrode. The electrode 51b is a vibration detection electrode and is formed near the center of the support. The electrode 52b is a drive electrode for self-diagnosis and is formed at both ends in the rectangular longitudinal direction. The electrode 53b (dummy member) is a dummy electrode that is not connected to any of the vibration detection electrode and the self-diagnosis drive electrode. The electrode 51 is located at the end face on the long side of the piezoelectric element 500.
a and 51b and the electrodes 52a and 52b are connected. The electrodes 54a and 54b are provided on almost the entire surface of the piezoelectric element except for the connecting portions of the electrodes 51 and 52, and are connected at opposite long side end surfaces.

【0137】加速度を受けた場合の加速度の検出動作
は、図6と同様である。
The operation of detecting the acceleration when receiving the acceleration is the same as in FIG.

【0138】また、自己診断時には、電極51を振動検
出用電極、電極52を駆動用電極として図7と同様の回
路を用いて行うことができる。
At the time of self-diagnosis, it is possible to use a circuit similar to that shown in FIG. 7 using the electrode 51 as a vibration detecting electrode and the electrode 52 as a driving electrode.

【0139】また、ダミーの電極を形成することで、圧
電素子の電極の有無による焼成収縮の異なりから発生す
る、そりを防止することが出来る。
Further, by forming the dummy electrodes, it is possible to prevent warpage caused by a difference in firing shrinkage depending on the presence or absence of the electrodes of the piezoelectric element.

【0140】以上の全ての実施の形態において、圧電体
各層はジルコン酸チタン酸鉛を主成分とするものに限る
ものではなく、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ランタン酸
鉛などを主成分とするものでもよい。また、電極は銀に
限るものではなく、金、クロム、ニッケル、銅などある
いはこれらを積層しても、あるいはこれらの合金などを
用いてもよい。容器の材質は、アルミナに限るものでは
なく金属や樹脂などを用いてもよい。外部電極は、銀ー
半田に限るものではなく、リフロー可能な材料、たとえ
ば銀ロウなどでもよい。
In all of the above embodiments, the piezoelectric layers are not limited to those mainly composed of lead zirconate titanate, but mainly composed of lead titanate, lead zirconate, lead lanthanate and the like. It may be something. Further, the electrode is not limited to silver, but may be gold, chromium, nickel, copper, or the like, or a laminate of these, or an alloy thereof. The material of the container is not limited to alumina, but may be metal or resin. The external electrode is not limited to silver-solder, but may be a reflowable material, such as silver brazing.

【0141】なお、積層数は3層に限るものではなく、
さらに積層数を増やした場合は、1層おきに電極を端面
などで接続すればよい。
Note that the number of layers is not limited to three.
When the number of layers is further increased, the electrodes may be connected every other layer at an end face or the like.

【0142】例えば、図40、図41、図42に示すよ
うな5層構造であってもよい。なお、図40は電極の分
解平面図、図41は断面図、図42は外観図である。
For example, a five-layer structure as shown in FIGS. 40, 41 and 42 may be used. 40 is an exploded plan view of the electrode, FIG. 41 is a sectional view, and FIG. 42 is an external view.

【0143】また、以上全ての実施の形態において、加
速度の検出回路は、インピーダンス変換方式に限られな
いことはいうまでもない。
In all of the above embodiments, it goes without saying that the acceleration detection circuit is not limited to the impedance conversion method.

【0144】以上により、ワイヤリングなどの電気的接
続手段を用いずとも、高い静電容量を有し、低周波にお
いても高い感度を維持し、低周波領域での自己診断も精
度よく行うことができる小型の加速度センサが実現でき
た。
As described above, without using electrical connection means such as wiring, it has a high capacitance, maintains a high sensitivity even at a low frequency, and can perform a self-diagnosis at a low frequency range with high accuracy. A small acceleration sensor has been realized.

【0145】[0145]

【発明の効果】以上によると、加速度センサが積層構造
を有し、高い静電容量をもつため、に外部に高抵抗体を
基板に実装する必要がなく、基板に抵抗体を実装するた
めの特別な部材等を容易する必要がなく、低周波まで高
い感度を有し、自己診断を低周波領域まで精度よく行う
ことができ、電極からの電荷の取り出しが容易であり、
かつ積層素子にそりのない小型の加速度センサを実現で
きた。
As described above, since the acceleration sensor has a laminated structure and high capacitance, it is not necessary to externally mount a high-resistance element on the substrate. It is not necessary to facilitate special members, etc., it has high sensitivity up to low frequency, it can perform self-diagnosis with high accuracy up to low frequency region, it is easy to take out charge from electrodes,
In addition, a small acceleration sensor without warpage in the laminated element was realized.

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

【図1】本発明の実施の形態1の加速度センサに用いる
圧電素子の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の加速度センサに用いる
圧電素子の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a piezoelectric element used for the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1の加速度センサに用いる
圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1の加速度センサの断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1の加速度センサの支持体
の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a support of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1の加速度センサの動作原
理を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation principle of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態1の加速度センサを用いた
信号処理のブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of signal processing using the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態2の加速度センサに用いる
圧電素子の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態2の加速度センサに用いる
圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態3の加速度センサに用い
る圧電素子の外観図である。
FIG. 10 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態3の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 11 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態3の加速度センサの支持
体の平面図である。
FIG. 12 is a plan view of a support of the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の実施の形態3の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施の形態4の加速度センサに用い
る圧電素子の外観図である。
FIG. 14 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図15】本発明の実施の形態4の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 15 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図16】本発明の実施の形態4の加速度センサに用い
る圧電素子の断面図である。
FIG. 16 is a sectional view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施の形態4の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 17 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図18】本発明の実施の形態4の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 18 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の別の実施の形態の加速度センサに用
いる圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 19 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.

【図20】図19図の実施の形態の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
20 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the embodiment shown in FIG. 19;

【図21】図19図の実施の形態の加速度センサの支持
体の平面図である。
21 is a plan view of a support of the acceleration sensor according to the embodiment shown in FIG. 19;

【図22】本発明の実施の形態6の加速度センサに用い
る圧電素子の外観図である。
FIG. 22 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 6 of the present invention.

【図23】本発明の実施の形態6の加速度センサに用い
る圧電素子の断面図である。
FIG. 23 is a sectional view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の実施の形態6の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 24 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.

【図25】(a) 本発明の実施の形態6の加速度セン
サの外観図である。 (b) 本発明の実施の形態6の加速度センサの断面図
である。
FIG. 25 (a) is an external view of an acceleration sensor according to Embodiment 6 of the present invention. (B) It is sectional drawing of the acceleration sensor of Embodiment 6 of this invention.

【図26】本発明の実施の形態6の加速度センサの支持
体の平面図である。
FIG. 26 is a plan view of a support of the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施の形態6の加速度センサを用い
た信号処理のブロック図である。
FIG. 27 is a block diagram of signal processing using the acceleration sensor according to the sixth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施の形態7の加速度センサに用い
る圧電素子の断面図である。
FIG. 28 is a sectional view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the seventh embodiment of the present invention.

【図29】本発明の実施の形態7の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 29 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the seventh embodiment of the present invention.

【図30】本発明の実施の形態8の加速度センサに用い
る圧電素子の外観図である。
FIG. 30 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 8 of the present invention.

【図31】本発明の実施の形態8の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 31 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the eighth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の実施の形態9の加速度センサに用い
る圧電素子の外観図である。
FIG. 32 is an external view of a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 9 of the present invention.

【図33】本発明の実施の形態9の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 33 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the ninth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の実施の形態10の加速度センサに用
いる圧電素子の外観図である。
FIG. 34 is an external view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the tenth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の実施の形態10の加速度センサに用
いる圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 35 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the tenth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の実施の形態11の加速度センサに用
いる圧電素子の外観図である。
FIG. 36 is an external view of a piezoelectric element used for an acceleration sensor according to Embodiment 11 of the present invention.

【図37】本発明の実施の形態11の加速度センサに用
いる圧電素子の電極の平面図である。
FIG. 37 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図38】従来の加速度センサに用いる圧電素子の電極
の平面図である。
FIG. 38 is a plan view of electrodes of a piezoelectric element used in a conventional acceleration sensor.

【図39】加速度センサに用いる一般的な信号処理回路
を示す図である。
FIG. 39 is a diagram showing a general signal processing circuit used for an acceleration sensor.

【図40】本発明の一実施の形態の加速度センサに用い
る圧電素子の電極の分解平面図である。
FIG. 40 is an exploded plan view of electrodes of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to one embodiment of the present invention.

【図41】図40の本発明の実施の形態の加速度センサ
に用いる圧電素子の断面図である。
FIG. 41 is a sectional view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 40;

【図42】図40の本発明の実施の形態の加速度センサ
に用いる圧電素子の外観図である。
FIG. 42 is an external view of a piezoelectric element used in the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 40;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3、21、22、23、31、32、33 電
極 4、24、34 層 7、27、37 支持体 8 導電層 9 外部電極 100、200、300 圧電素子 101、301 加速度センサ
1, 2, 3, 21, 22, 22, 31, 32, 33 Electrode 4, 24, 34 Layer 7, 27, 37 Support 8 Conductive layer 9 External electrode 100, 200, 300 Piezoelectric element 101, 301 Acceleration sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 守時 克典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川▲さき▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 加藤 純一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Katsushi Takeda 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Katsunori Moriki 1006 Kadoma Kazuma Kadoma, Osaka Pref. (72) Inventor Kawa Osamu Osamu 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Kato 1006 Okadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の圧電体が積層された圧電体層及び
前記各圧電体層の主たる対向する面に設けられた電極を
有する圧電素子と、前記圧電素子を支持する支持体とを
備え、 前記圧電体層の内いくつかの圧電体は分極されており、
その分極された圧電体の両面には前記電極が設けられ、
その分極された圧電体とその両面の電極により形成され
るインピーダンスが互いに電気的に並列接続状態となっ
ていることを特徴とする加速度センサ。
A piezoelectric element having a piezoelectric layer on which a plurality of piezoelectric bodies are stacked, and electrodes provided on main opposing surfaces of the piezoelectric layers; and a support for supporting the piezoelectric element; Some of the piezoelectric layers are polarized,
The electrodes are provided on both surfaces of the polarized piezoelectric material,
An acceleration sensor, wherein an impedance formed by the polarized piezoelectric body and electrodes on both surfaces thereof is electrically connected in parallel to each other.
【請求項2】 前記各圧電体層は矩形状であり、その圧
電体層の少なくとも一方の表面に存在する電極は2つに
分かれており、それぞれの2つの電極は前記圧電素子の
長辺に実質上沿って設けられていることを特徴とする請
求項1に記載の加速度センサ。
2. Each of the piezoelectric layers has a rectangular shape, and an electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two, and each of the two electrodes is disposed on a long side of the piezoelectric element. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is provided substantially along.
【請求項3】 前記各圧電体層は矩形状であり、その圧
電体層の少なくとも一方の表面に存在する電極は2つに
分かれており、それぞれの2つの電極は前記圧電素子の
短辺に実質上沿って設けられていることを特徴とする請
求項1に記載の加速度センサ。
3. Each of the piezoelectric layers has a rectangular shape, and an electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two, and each of the two electrodes is connected to a short side of the piezoelectric element. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is provided substantially along.
【請求項4】 前記各圧電体層は円板状であり、その圧
電体層の少なくとも一方の表面に存在する電極は2つに
分かれており、それぞれの2つの電極は同心円状に設け
られていることを特徴とする請求項1に記載の加速度セ
ンサ。
4. Each of the piezoelectric layers has a disk shape, and electrodes present on at least one surface of the piezoelectric layer are divided into two, and each of the two electrodes is provided concentrically. The acceleration sensor according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記圧電素子は、前記円板状の各圧電体
層の中心を貫通する貫通孔を有することを特徴とする請
求項4に記載の加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the piezoelectric element has a through hole penetrating a center of each of the disk-shaped piezoelectric layers.
【請求項6】 前記圧電素子は、前記矩形状の各圧電体
層の長辺の実質上中心で支持されていることを特徴とす
る請求項2又は3に記載の加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric element is supported substantially at the center of a long side of each of the rectangular piezoelectric layers.
【請求項7】 前記圧電素子は、前記円板状の各圧電体
層の実質上中心で支持されていることを特徴とする請求
項4又は5に記載の加速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the piezoelectric element is supported substantially at the center of each of the disk-shaped piezoelectric layers.
【請求項8】 前記電極と、外部にある別の電極との電
気的接続は、前記支持体を介して行われていることを特
徴とする請求項1から7のいずれかに記載の加速度セン
サ。
8. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the electrical connection between the electrode and another external electrode is made via the support. .
【請求項9】 前記2つの電極のうち、一つは自己診断
時の駆動用電極、他方は振動検出用電極であることを特
徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の加速度セン
サ。
9. The acceleration sensor according to claim 2, wherein one of the two electrodes is a driving electrode during self-diagnosis, and the other is a vibration detecting electrode.
【請求項10】 前記圧電素子は矩形状であり、前記圧
電体層の少なくとも一方の表面に存在する電極は2つに
分かれており、前記支持体は前記各圧電体層の長辺の実
質上中心で支持し、前記2つに分かれた電極のうち一つ
は振動検出用電極であり前記圧電素子の前記表面の中央
に配置され、他方は自己診断時の駆動用電極であり前記
圧電素子の前記表面の長手方向の両端又はそれら両端の
近傍にそれぞれ配置されるとともに互いに接続されてい
ることを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。
10. The piezoelectric element has a rectangular shape, an electrode present on at least one surface of the piezoelectric layer is divided into two, and the support is substantially a long side of each of the piezoelectric layers. Supported at the center, one of the two divided electrodes is a vibration detection electrode and is disposed at the center of the surface of the piezoelectric element, and the other is a driving electrode at the time of self-diagnosis and is a piezoelectric element of the piezoelectric element. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is arranged at or near both ends in the longitudinal direction of the surface and connected to each other.
【請求項11】 前記駆動用電極は、前記圧電素子の他
の圧電体層の面Fの両端又はそれら両端の近傍にもそれ
ぞれ配置され、その面F上の駆動用電極はその面Fにお
いても互いに接続されていることを特徴とする請求項1
0記載の加速度センサ。
11. The driving electrode is disposed at or near both ends of a surface F of another piezoelectric layer of the piezoelectric element, and the driving electrode on the surface F is also disposed on the surface F. 2. The device according to claim 1, wherein the devices are connected to each other.
0 acceleration sensor.
【請求項12】 前記駆動用電極は、前記圧電素子の他
の圧電体層の面Fの両端又はそれら両端の近傍にもそれ
ぞれ配置され、その面F上の駆動用電極はその面Fにお
いては互いに接続されていないことを特徴とする請求項
10記載の加速度センサ。
12. The driving electrode is disposed at or near both ends of a surface F of another piezoelectric layer of the piezoelectric element, and the driving electrode on the surface F is formed on the surface F. The acceleration sensor according to claim 10, wherein the acceleration sensors are not connected to each other.
【請求項13】 前記圧電層の同じ面上に配置された前
記振動検出用電極と前記駆動用電極との間に、それら電
極に接続されないダミー部材が配置されていることを特
徴とする請求項10記載の加速度センサ。
13. A dummy member which is not connected to the vibration detecting electrode and the driving electrode disposed on the same surface of the piezoelectric layer and is not connected to the electrodes. 10. The acceleration sensor according to 10.
【請求項14】 前記振動検出用電極と前記駆動用電極
とは、外部にある別の電極に、前記支持体を介して接続
されていることを特徴とする請求項10〜13のいずれ
かに記載の加速度センサ。
14. The method according to claim 10, wherein the vibration detecting electrode and the driving electrode are connected to another external electrode via the support. The acceleration sensor according to any one of the preceding claims.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6922879B2 (en) 2001-01-12 2005-08-02 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method of manufacturing an acceleration sensor
JP2005244703A (en) * 2004-02-27 2005-09-08 Kyocera Kinseki Corp Base substrate
JP2007101448A (en) * 2005-10-06 2007-04-19 Tdk Corp Acceleration sensor and method for manufacturing the acceleration sensor

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