JPH1194872A

JPH1194872A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH1194872A
Application number: JP25877497A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Murai; 豊村井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】過大な衝撃に対しても圧電振動子が破損しな
い加速度センサを提供する。【解決手段】両面に圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
を貼り付け、一端側を支持台１１に固定し他端側に重り
１０を取り付けた振動体２からなる圧電振動子１におい
て、振動体２の面に垂直な方向への重り１０の動きを制
限する上部１６ａおよび下部１６ｂと、両者を接続固定
する接続部１６ｃからなる重りストッパー１６を設け
る。【効果】本発明の加速度センサによれば、圧電振動子
の重りに過大な衝撃が加わったときにも、重りストッパ
ーが重りの一定以上の動きを制限することによって、振
動体のたわみが弾性限界を超えて変形したり、カプラが
変形したり、応力によって振動体に貼り付けた圧電素子
が破損したりすることを防止し、その結果、圧電振動子
が動作しなくなって、加速度センサとしての機能を失う
ことを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサ、特
に自動車用ナビゲーションシステムに使用される圧電型
加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に、従来の片持ち梁構造の圧電振動
子を用いた加速度センサを示す。

【０００３】図６において、加速度センサ１２は圧電振
動子１からなり、圧電振動子１は板状の振動体２、振動
体２の一方主面に貼り付けられた圧電素子３ａおよび３
ｂ、同じく他方主面に貼り付けられた圧電素子３ｃおよ
び３ｄ、水平支持部４ａおよび４ｂ、重り取り付け部
５、連結部６、７、８、９、重り１０、支持台１１で構
成されている。

【０００４】圧電振動子１の連結部６、７、８、９は、
それぞれ２つのカプラ６ａと６ｂ、７ａと７ｂ、８ａと
８ｂ、９ａと９ｂで構成されている。水平支持部４ａお
よび４ｂは２つの連結部６と７によって振動体２の長手
方向の一端側に接続されている。また、重り取り付け部
５も２つの連結部８と９によって振動体２の長手方向の
他端側に接続されている。また、重り１０は重り取り付
け部５に取り付けられている。

【０００５】ここで、振動体２、水平支持部４ａおよび
４ｂ、重り取り付け部５、連結部６、７、８、９は、エ
リンバなどの恒弾性金属材料を所定の形状に打ち抜くな
どして一体的に形成されている。また、連結部６、７、
８、９を構成するカプラ６ａ、６ｂ、７ａ，７ｂ，８
ａ，８ｂ，９ａ、９ｂは、振動体２の長手方向の伸縮振
動を妨げないように細い部材で構成されている。そし
て、水平支持部４ａおよび４ｂは支持台１１に固定さ
れ、その結果、圧電振動子１は、振動体２を、その長手
方向の一端側で連結部６と７によって保持する片持ち梁
構造となっている。

【０００６】なお、説明の都合上、図６に示すように、
振動体２の長手方向をＸ軸方向、振動体２の面に垂直な
方向をＹ軸方向、振動体２の面に平行で長手方向と直交
する方向をＺ軸方向として座標軸を設ける。ここで、各
軸の矢印の方向が正の方向である。以後の説明におい
て、方向に関してはこの座標軸を適用する。

【０００７】このように構成された加速度センサ１２に
おいて、振動体２の長手方向の他端側に設けられた圧電
素子３ａおよび３ｃと、一端側に設けられた圧電素子３
ｂおよび３ｄは、その両面に電極が形成され駆動信号が
印加される。圧電素子は両面の電極に印加される電圧の
方向によって、全体が収縮したり伸長したりする性質を
持っている。そこで、加速度センサ１２においては、駆
動信号によって振動体２の一端側の２つの圧電素子３ｂ
と３ｄが収縮すれば他端側の２つの圧電素子３ａと３ｃ
が伸長し、一端側の２つの圧電素子３ｂと３ｄが伸長す
れば他端側の２つの圧電素子３ａと３ｃが収縮するよう
に構成されている。その結果、振動体２は駆動信号によ
ってその一端側と他端側が交互に収縮と伸長を繰り返す
伸縮振動を行う。そして、このとき、各圧電素子に形成
された電極からは、圧電素子の伸縮振動に応じた信号が
出力される。なお、この場合、振動体２の一端側と他端
側が互いに逆向きの伸縮振動をするため、伸縮振動中も
振動体２の全長は変わらない。

【０００８】この状態において、加速度センサ１２に対
してＹ軸方向の加速度が加わると、振動体２に水平支持
部４ａおよび４ｂと連結部６と７で保持された部分を基
点としたたわみが生じる。この時、重り１０は振動体２
のたわみを大きくする働きをしている。振動体２がたわ
むと、圧電素子３ｂと３ｄには互いに逆位相の電圧が発
生する。そこで、この２つの圧電素子３ｂと３ｄの出力
電圧の差を取ることにより、加速度センサ１２のＹ軸方
向に加わる加速度を検出することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加速度
センサ１２において、Ｙ軸方向に衝撃（大きな加速度）
が加わると、重り１０がＹ軸方向に大きく動き、振動体
２が大きくたわむ。この時、振動体２のたわみがその弾
性限界を超えると、振動体２が折れ曲がってしまった
り、振動体２と支持台１１を接続する連結部６および７
を構成するカプラ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが変形してし
まう。また、振動体２のたわみが大きくなり過ぎると、
振動体２に貼り付けられている圧電素子３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄにも過大な応力が加わり、クラックが入るなど
して破損してしまう。そして、その結果、圧電振動子１
が破損し、加速度センサ１２がその機能を失ってしまう
という問題がある。

【００１０】また、Ｘ軸方向に過大な衝撃が加わった場
合にも、重り１０の慣性によって圧電振動子が破損して
しまう。特に連結部６、７、８、９を構成するカプラ６
ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが変形
してしまう。

【００１１】さらに、Ｚ軸方向に過大な衝撃が加わった
場合にも、同様に振動体２やカプラ６ａ、６ｂ、７ａ、
７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂなどが変形して加速度セ
ンサとしての機能を失ってしまう。

【００１２】そして、その結果、圧電振動子１が破損
し、加速度センサ１２がその機能を失ってしまうという
問題がある。

【００１３】そこで、本発明は、過大な衝撃に対しても
圧電振動子が破損してその機能を失うことのない加速度
センサを提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の加速度センサは、板状の振動体の両面に
圧電素子を設け、前記振動体の一端を支持台に固定し、
他端に重りを取り付けた、片持ち梁構造の圧電振動子を
用いた加速度センサにおいて、前記重りの一定以上の動
きを制限する重りストッパーを設けたことを特徴とす
る。

【００１５】また、本発明の加速度センサは、前記重り
ストッパーは、前記重りの前記振動体の面に垂直な方向
への一定以上の動きを制限することを特徴とする。

【００１６】また、本発明の加速度センサは、前記重り
ストッパーは、前記重りの前記振動体の長手方向への一
定以上の動きを制限することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の加速度センサは、前記重り
ストッパーは、前記重りの前記振動体の面に平行で長手
方向と直交する方向への一定以上の動きを制限すること
を特徴とする。

【００１８】このように構成することにより、本発明の
加速度センサは、過大な衝撃に対して振動体やカプラの
変形や圧電素子の破損によって圧電振動子が動作しなく
なるのを防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の加速度センサの
一実施例を示す。図１で、図６と同一もしくは同等の部
分には同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００２０】図１において、加速度センサ１５は圧電振
動子１と重りストッパー１６から構成される。重りスト
ッパー１６は、圧電振動子１に設けられた重り１０のＹ
軸方向の両側に、重り１０から一定の距離をおいて設け
られた、重り１０のＹ軸方向の動きを制限する上部１６
ａおよび下部１６ｂと、上部１６ａと下部１６ｂを接続
固定する接続部１６ｃから構成されている。さらに、重
りストッパー１６の、少なくとも重り１０に面する側は
ゴムなどの弾性体からなっている。そして、重りストッ
パー１６は、支持台１１とともに例えば実装基板（図示
せず）に固定されて、振動体２に連動して動かないよう
になっている。

【００２１】このように構成することにより、加速度セ
ンサ１５にＹ軸方向への過大な衝撃が加わっても、重り
１０のＹ軸方向への一定以上の動きが制限され、振動体
２のたわみが弾性限界を超えて変形したり、カプラ６
ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが変形
したりするのを防ぐことができる。また、圧電素子３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが過大な応力によって破損するの
を防ぐことができる。さらに、重りストッパー１６の少
なくとも重り１０に面する側をゴムなどの弾性体とする
ことにより、過大な衝撃に対して重り１０や重りストッ
パー１６が破損するのを防ぐことができる。

【００２２】図２に、本発明の加速度センサの別の実施
例を示す。図２で、図１と同一もしくは同等の部分には
同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００２３】図２において、加速度センサ２０は圧電振
動子１と重りストッパー２１から構成される。重りスト
ッパー２１は、圧電振動子１に設けられた重り１０の周
囲に、重り１０をＸ軸方向およびＹ軸方向から一定の距
離をおいて囲むように設けられた、重り１０のＹ軸方向
への動きを制限する上部２１ａおよび下部２１ｂと、重
り１０のＸ軸方向への動きを制限する後部２１ｃおよび
前部２１ｄからなっている。このうち、前部２１ｄは振
動体２および重り取り付け部５を通す隙間を設けるため
に上下２つの部分に分けられている。さらに、重りスト
ッパー２１の、少なくとも重り１０に面する側はゴムな
どの弾性体からなっている。そして、重りストッパー２
１は支持台１１とともに例えば実装基板（図示せず）に
固定されて、振動体２に連動して動かないようになって
いる。

【００２４】このように、重り１０を取り囲むように重
りストッパー２１を設けることによって、加速度センサ
２０にＹ軸方向だけでなくＸ軸方向への過大な衝撃が加
わったときにも、重り１０のＹ軸方向およびＸ軸方向へ
の一定以上の動きを制限し、重り１０の動きによって振
動体２が変形したり、カプラ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが変形したりするのを防止する
ことができる。また、圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
が過大な応力によって破損するのを防ぐことができる。
さらに、重りストッパー２１の少なくとも重り１０に面
する側をゴムなどの弾性体とすることにより、過大な衝
撃に対して重り１０や重りストッパー２１が破損するの
を防ぐことができる。

【００２５】図３に、本発明の加速度センサのさらに別
の実施例を示す。図３で、図１と同一もしくは同等の部
分には同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００２６】図３において、加速度センサ３０は圧電振
動子１と重りストッパー３１から構成される。重りスト
ッパー３１は、圧電振動子１に設けられた重り１０の周
囲に、重り１０と一定の距離をおいて囲むように設けら
れた、重り１０のＹ軸方向の動きを制限する上部３１ａ
および下部３１ｂと、重り１０のＸ軸方向の動きを制限
する後部３１ｃおよび前部３１ｄと、重り１０のＺ軸方
向の動きを制限する側部３１ｅおよび３１ｆからなる箱
状をなし、このうち、前部３１ｄは振動体２および重り
取り付け部５を通す隙間を設けるために上下２つの部分
に分けられている。さらに、重りストッパー３１の、少
なくとも重り１０に面する側はゴムなどの弾性体からな
っている。そして、重りストッパー３１は支持台１１と
ともに例えば実装基板（図示せず）に固定されて、振動
体２に連動して動かないようになっている。

【００２７】このように、重り１０を囲んで、Ｘ軸方向
とＹ軸方向だけでなく、Ｚ軸方向への重り１０の一定以
上の動きも制限するように重りストッパー３１を設ける
ことによって、加速度センサ３０に対してＸ軸方向やＹ
軸方向だけでなく、Ｚ軸方向の過大な衝撃が加わったと
きにも、重り１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への
一定以上の動きを制限し、振動体２が変形したり、カプ
ラ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが
変形したりするのを防止することができる。また、圧電
素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが過大な応力によって破損
するのを防ぐことができる。さらに、重りストッパー３
１の少なくとも重り１０に面する側をゴムなどの弾性体
とすることにより、過大な衝撃に対して重り１０や重り
ストッパー２１が破損するのを防ぐことができる。

【００２８】なお、重りストッパーの形状は図１ないし
図３のような重り１０を取り囲むように一体に形成され
たものに限るものではない。図４に、重りストッパーを
設けた加速度センサのさらに別の実施例を示す。図４は
側面図で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号
を付し、その説明は省略する。

【００２９】図４において、加速度センサ４０は、従来
と同じ圧電振動子１と重りストッパー４１と加速度セン
サ４０を固定するための基板４２から構成される。重り
ストッパー４１は、重り１０のＹ軸の正および負の方向
への動きを制限する上部４１ａおよび下部４１ｂと、重
り１０のＸ軸の正の方向への動きを制限する後部４１ｃ
からなる。重りストッパー４１の、少なくとも重り１０
に面する側はゴムなどの弾性体からなっている。そし
て、重りストッパー４１は支持台１１とともに基板４２
に固定されて、振動体２に連動して動かないようになっ
ている。さらに、基板４２の端部４２ａが、重り１０の
Ｘ軸の負の方向に重り１０と一定の距離をおいて位置
し、Ｘ軸の負の方向への重り１０の一定以上の動きを制
限する重りストッパーの役目を果たしている。

【００３０】このように、重り１０の一定以上の動きを
制限する重りストッパーは、必ずしも各方向への重りの
動きを制限する部分が一体に形成される必要はなく、各
方向へのストッパーを別体として構成しても、結果的に
重りの一定以上の動きを制限するものであれば、同じ作
用・効果を示すものである。

【００３１】また、重りストッパーは、重りを外側から
囲むように形成されたものに限るものではない。図５
に、本発明の加速度センサのさらに別の実施例を示す。
図５で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を
付し、その説明は省略する。

【００３２】図５において、加速度センサ５３は圧電振
動子５０と重りストッパー５２から構成されている。圧
電振動子５０は図１の圧電振動子１とは重り５１の形状
のみが異なっており、圧電振動子５０に設けられた重り
５１には、その中心部にＹ軸方向に貫通する穴５１ａが
設けられている。また、重りストッパー５２は、重り５
１の穴５１ａをＹ軸方向に貫通して設けられている。重
りストッパー５２は、重り５１の穴５１ａを貫通する軸
部５２ａと、軸部５２ａの両端に設けられた円盤状のつ
ば部５２ｂおよび５２ｃで構成されている。重り５１の
穴５１ａの内側面と重りストッパー５２の軸部５２ａの
外側面との間の間隔は、振動体２が静止しているときに
Ｘ軸方向およびＺ軸方向に一定の距離になるように設定
されている。また、重りストッパー５２のつば部５２ｂ
および５２ｃは、その直径が重り５１の穴５１ａの直径
より大きく形成され、Ｙ軸方向で重り５１との間隔が一
定の距離になるように設定されている。そして、重りス
トッパー５２は支持台１１とともに例えば実装基板（図
示せず）に固定されて、振動体２に連動して動かないよ
うになっている。

【００３３】重りストッパー５２は、少なくとも重り５
１に面する部分がゴムなどの弾性体からなり、加速度セ
ンサ５０に対してＹ軸方向の過大な衝撃が加わったとき
に、つば部５２ｂおよび５２ｃで重り５１のＹ軸方向へ
の一定以上の動きを制限するとともに、Ｘ軸方向および
Ｚ軸方向の過大な衝撃が加わったときにも、軸部５２ａ
で重り５１のＸ軸方向およびＺ軸方向への一定以上の動
きを制限する。ここで、重り５１の穴５１ａの内側面と
重りストッパー５２の軸部５２ａの外側面との間の一定
の距離、および重り５１と重りストッパー５２のつば部
５２ｂおよび５２ｃとの間の一定の距離とは、加速度セ
ンサ５０に過大な衝撃が加わったときに、重り５１の動
きによって振動体２のたわみが弾性限界を超えたり、カ
プラ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ
が弾性限界を超えて変形したりしない距離である。

【００３４】このように、重り５１に穴５１ａを設け
て、その穴５１ａを貫通するように重りストッパー５２
を設けることによって、加速度センサ５０に過大な衝撃
が加わったときにも、重り５１の一定以上の動きが重り
ストッパー５２で制限され、重り５１の動きによって振
動体２のたわみが弾性限界を越えて変形したり、カプラ
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが変
形したりするのを防止することができる。また、圧電素
子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが過大な応力によって破損す
るのを防ぐことができる。さらに、重りストッパー５２
の少なくとも重り５１に面する側をゴムなどの弾性体と
することにより、過大な衝撃に対して重り５１や重りス
トッパー５２１が破損するのを防ぐことができる。

【００３５】なお、重り５１の穴５１ａや、重りストッ
パー５２の軸部５２ａやつば部５２ｂ、５２ｃは必ずし
も円形である必要はなく、楕円形や多角形であっても構
わないものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明の加速度センサによれば、圧電振
動子に設けられた重りに対して、振動体の面に垂直な方
向や振動体の長手方向や振動体の面に平行で長手方向と
直交する方向への、重りの一定以上の動きを制限する重
りストッパーを設けることにより、加速度センサに過大
な衝撃が加わったときにも、重りの動きによって振動体
のたわみが弾性限界を越えて変形したり、振動体と水平
支持部や重り取り付け部を連結するカプラが変形した
り、振動体に貼り付けられた圧電素子が破損したりする
のを防止し、その結果、圧電振動子が動作しなくなっ
て、加速度センサとしての機能を失うことを防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度センサの一実施例を示す斜視図
である。

【図２】本発明の加速度センサの別の実施例を示す斜視
図である。

【図３】本発明の加速度センサのさらに別の実施例を示
す斜視図である。

【図４】本発明の加速度センサのさらに別の実施例を示
す側面図である。

【図５】本発明の加速度センサのさらに別の実施例を示
す斜視図である。

【図６】従来の加速度センサを示す斜視図である。

【符号の説明】

１…圧電振動子２…振動体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…圧電素子４ａ…水平支持部５…重り取り付け部６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂ…カプラ１０…重り１１…支持台１６…加速度センサ１６…重りストッパー１６ａ…上部１６ｂ…下部１６ｃ…接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の振動体の両面に圧電素子を設け、
前記振動体の一端を支持台に固定し、他端に重りを取り
付けた、片持ち梁構造の圧電振動子を用いた加速度セン
サにおいて、前記重りの一定以上の動きを制限する重りストッパーを
設けたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】前記重りストッパーは、前記重りの前記
振動体の面に垂直な方向への一定以上の動きを制限する
ことを特徴とする、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】前記重りストッパーは、前記重りの前記
振動体の長手方向への一定以上の動きを制限することを
特徴とする、請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】前記重りストッパーは、前記重りの前記
振動体の面に平行で長手方向と直交する方向への一定以
上の動きを制限することを特徴とする、請求項１ないし
３のいずれかに記載の加速度センサ。