JPS62251670A - 加速度センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は加速度センナ−に関するものであり、具体的に
は圧電素子を用いた加速度センサーに関する。

（従来の技術） 従来の圧電素子を用いた加速度センサーとしては、例え
ば、特公昭５９−３２７３３ｑに示されたように支持板
に圧電素子を貼着した振動子（エレメント）を用い、被
測定物より加振される振動子の共振周波数特性を利用し
、圧電素子を加圧させ、該加圧に応じて圧電素子から発
生するｆｆ１Ｒを検出することにより被測定物の振動加
速度を検出する構造のものがあった。また、直接圧電素
子に縦方向の加速度を加える構造のものもあった。

そして、前者のＷＩ造のものには、振動子の支持の仕方
により、大別して矩形状の振動子の一方端部を支持する
片持支持タイプと、略ドーナッツ状の円板型振動子をそ
の中心または周縁部で支持するタイプの２種類があった
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の、特に共振周波数特性をｌＪｌ用
したものは、振動子の形状が矩形あるいは円形等の簡単
な形状であったために、その振動子、つまり、エレメン
トの共振周波数が単一であった。

従って、エレメントが有する固有の共振周波数（共振点
）の付近では加速度に対する感１復が大きく性能がいい
が、その他の周波数に対しては、感度が著しく小さくな
るため、その測定可能な帯域が狭いという問題があった
。その結果、そのエレメントを、例えば、一般の微小振
動計に取り付けて振動加速度を測定する場合には、共振
周波数の異なる複数個のエレメントを用意し、測定対象
の振動周波数にあわせてその都ｊ腹エレメントをとつれ
かえる必要があり、作業が煩雑であり、コスト高となっ
てしまう。また、車両用のノッキングセンサーに利用す
る場合には、同一種類のエンジンであればある程度ノッ
キングが発生する際にエンジン・ブロックから生じる振
動周波数が特定されることが知られている。従って、同
一種類のエンジンに用いる場合には、単一のバ振周波数
を有するエレメントでもいいが、異なる種類のエンジン
に装着しようとすると取付けるエンジンの特性にあわせ
て適当なエレメントを取付ける必要があるので、該エン
ジンの特性を調べるとともに、複数種のエレメントを’
ｌ造しなければならならず、製造が煩雑となるばかりで
なく、コスト高になるという問題もあった。

さらに、圧電素子の形状、ケーシングのバラツキにより
、共振周波数のバラツキを生じてしまうという問題もあ
った。

この発明は、上記した問題点に鑑みてなされたｂので、
その目的とするところは、エレメントのら感度（１′を
域を広げることにより、一つのニレメンｉ・でもって測
定可能な周波数帯域を拡大するとともに、エレメントの
製）Δ精度を上げることなくレンｔナー全体の精度を向
上することのできる加速度センサーを提供するにある。

（問題点を解決するためのｔ段） 上記した目的を）構成するために、本発明に係る加速度
センサーでは、支持板に圧電素子を貼着したエレメント
を用いた加速度センυ−において、エレメントに異なる
共振周波数を有する複数の振動片を設けてなるのである
。

（作　用） １つのエレメント上に異なる共振周波数を有する振動片
を複数個゛形成することにより、エレメント全体の共振
周波数特性は、各振動片の共振周波数特性（第４図）を
重ね合わせた特性となる。すなわち、第５図に実線で示
すように共振周波数帯域の広いなだらかな特性となる。

従って、振動を検知する高感度領域が広くなるため単一
のエレメントでもって測定可能な振動加速度の範囲が増
大する。

なお、第４図、第５図において、横軸は振動周波数、Ｉ
ｉ軸は圧電素子から発生する電圧である。

（実施例） 以下、本発明にかかる加速度センサーの好適な実施例に
ついて添付図面を参照にして説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示している。

同図に示したようにこの実施例は円板状のエレメント１
０を用い、そのエレメント１０の周縁部を支持する周縁
支持用のものである。

このエレメント１０は、円板状の支持板１２にその支持
板１２と略同−形状からなる圧電素子１４を貼着させて
成形されている。そして、本実施例では、支持板１２と
して金属板を、また、圧電素子１０として圧Ｔｉ磁器板
を用いている。

本発明では、上記エレメント１０は、比較的大径の細幅
のリング状周縁支持部１６と、その周縁支持部１６の内
側周縁部から内方偏心位置に向けて突出する複数の振動
片１８ａ−ｆとから構成されている。そして、両者は一
体成形されており、例えば、レーザー加工、超音波加工
などにより円板状のエレメント１０の内側部を所定形状
にくり汰いて成形するのである。

また、上記各振動片１８ａ−ｆは、先端すなわら中央に
いくにしたがって細くなる先細状に形成されている。さ
らに、各振動片１８ａ−ｆは、それぞれ責なる共振周波
数を１７るためにその突出長Ｊ２ａ−βｆが異なるよう
にしである。

つまり、各振動片の共振周波数ｆｘは、エレメントの厚
さをｔ、長さく突出長）をｉＸとすると、ｆｘ＝α＜ｔ
／１２　　　）＜ＪＥ／ρ）（Ｅ：ヤング率、ρ：ボア
ソン比） で現され、ｔ＝一定とすると共振周波数ｆｘは長さＪ２
Ｘのみに起因する関数（２乗に反比例）となる。従って
、突出長を適当に設定することにより任意の共振周波数
を有する振動片を得ることかできるのである。

次に、この実施例に於ける作用について説明すると、ま
ず、エレメント１０の周縁支持部１６を別途用意した支
持部材（図示せず）などにより測定装置内（図示「ず）
に固定する。次に、該測定装置を被測定物上に固定する
。そして、この状態で被測定物に加速度が生じるとエレ
メント１０にその振動加速度が加振され、各振ｖＪ片１
８ａ〜ｒは連設する周縁支持部１６内周縁部を中心に上
下に揺動する。このとき、加振された振動に近い共振周
波数を有する振動片が、最も良く振動し、該振動片から
発生する電荷を検出することにより被測定物の加速度を
測定することができる。

第２図は、この発明の第２実施例を示している。

この実施例は、上記第１実施例と同様に円板状のもので
あるが、第１実施例とは逆の中央支持用のものである。

本実施例では、第１実施例と相違してエレメント１０−
は、小径のリング状の中央支持部２０とその外側周縁部
から外方へ向けて放射上に一体的に突出成形された複数
の艮ざの異なる振動片１８′ａ−ｆから構成されている
。

この実施例においても、各振動片１’８−ａ〜ｆ（、Ｌ
外方へ行くにしたがって先が細くなる先細状に成形され
ている。

そして、このエレメント１０′に振動加速度が加わると
、各振動片１３−ａ−ｆは連設する中央支持部２０の外
周縁部を中心に上下に揺動し、これにより被測定物の加
速度を測定することができる。

なお、その他の構造並びに作用については上記第１実施
例と同一のため説明を省略する。

また、上記各実施例では、各振動片の強度上の要請から
その形状を先細状としたが、本発明はこれに限られるこ
とはなく、例えば、短冊状その他任意の形状でもいいこ
とはらちろんである。

第３図は、本発明の第３実施例を示している。

この実施例は、上記両実施例と相違して、片持支持用の
ものである。

この実施例では、細長の矩形状支持部２２の一方側縁部
から外方へ向けて複数の振動片１８′ｌａ〜ｆが突出形
成されている。そして、これら各振動片１８”ａ−１は
、−万端部から他方端部へ行くにしたがって、徐々にそ
の突出長が長くなるように形成されており、各振動片の
外方端部は直線状に位置されるようになっている。

そして、使用に際しては、矩形状支持部２２を固定し、
エレメント１０″に加振されると、各振動片１８”ａ〜
ｆは矩形状支持部２２側を中心に上下に揺動し、それに
より被測定物の加速度を測定することができる。

また、この実施例では、ワンカットでもって、突出長の
異なる複数の振動片を形成することができるとともに、
各振動片の間隔並びに、カットする際の角度を調節する
ことによりワンカットでもって極めて良好な周波数特性
を有するエレメント１０″を得ることができるのである
。

なお、その他の構造並びに作用は上記各実施例と同一で
あるので説明を省略する。

また、上記各実施例においてＦｊ！動片の数を７個とし
たが、本発明がこれに限らないのはいうまでもない。

（発明の効果） 以上のようにこの発明にかかる加速度センサーによれば
、異なる共振周波数を有する複数の振動片を同一エレメ
ント上に設けたために、そのニレメン１〜の共振周波数
特性が各振動片の共振周波数特性の鐘むっとなるので、
第５図に示すように共振帯域、つまり、振動に対する？
３感度帯域が広がる。従って、単一のエレメントを用い
るだけで広範囲の振動を測定可能な振動加速度センナ−
となるとともに、測定対客の振動周波数に合わせて、そ
の都度エレメントを取り替える必要がないので作業性も
向上する。また、同一のエレメントでもって異なる種類
のエンジン（ノッキングを起こす周波数のことなる）に
装着し、ノッキングセンサーとして利用することができ
るとともに、取り付けるエンジンの特性などを調べる必
要がなくなり、作業性も向上する。

さらに、単一のエレメントのみ製造すればいいので大量
生産可能となり、コスｌ−ダ・シンをはかることができ
る。

さらにまた、たとえエレメントを加工する際に振動片の
形状にバラツキが生じて各振動片の共振点かにバラツキ
を生じたとしても、エレメント全体の共振周波数に与え
る影響は小さくなる。従って、エレメントの製造精度を
上げることなくセンサーの精度を向上することのできる
ので、製造が容易になるとともに、精度をさほど要求さ
れないので、さらにコスト安になる等種々の作用効采を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞は本発明にかかる加速度センサーの第１実
施例を示す正面図、同図（ｂ）はそのニー■所面図、第
２図（ａ）は本発明の第２実施例を承り正面図、同図（
ｂ）はその■−■断面図、第３図（ａ）は本発明の第３
実施例を示す正面図、同図（ｂ）はその■−■断面図、
第４図は各振動片の振動周波数特性を示すグラフ、第５
図は全体の振動周波数特性を承りグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　支持板に圧電素子を貼着したエレメントを用いた加速
   度センサーにおいて、該エレメントに異なる共振周波数
   を有する複数の振動片を設けてなることを特徴とする加
   速度センサー。