JPH06273438A

JPH06273438A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH06273438A
Application number: JP5085712A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中; Takayuki Kaneko; 子貴之金
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3129022B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の向きの加速度を検出することができる
加速度センサを得る。【構成】加速度センサ１０は、４角柱状の振動体１２
を含む。振動体１２の対向する側面には、長さ方向の一
端側に駆動用圧電素子１４ａ，１４ｂを形成し、他端側
に別の駆動用圧電素子１４ｃ，１４ｄを形成する。振動
体１２の４つの側面に検出用圧電素子１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ，１６ｄを形成する。駆動用圧電素子１４ａ，１
４ｂと検出用圧電素子１６ａ〜１６ｄは、外側から振動
体１２側に向かって分極させる。駆動用圧電素子１４
ｃ，１４ｄは振動体１２側から外側に向かって分極させ
る。駆動用圧電素子１４ａ〜１４ｄに同位相の駆動信号
を印加して、振動体１２を長さ振動させる。このとき、
振動体１２は、長さ方向の両側で伸びと縮みとが逆にな
るように振動する。対向する検出用圧電素子１６ａ，１
６ｂの出力電圧の差および検出用圧電素子１６ｃ，１６
ｄの出力電圧の差を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特にたとえば、カメラの手振れ検知や３次元マウスなど
に用いられる加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の加速度センサの一例を示
す図解図である。加速度センサ１は、板体２を含む。板
体２の一端は固定され、他端には重り３が取り付けられ
る。さらに、板体２の両面には、圧電素子４が形成され
る。

【０００３】この加速度センサ１の板体２の面に直交す
る向きに加速度が加わると、図１２に示すように、板体
２に撓みが生じる。それにより、圧電素子４には、撓み
に応じた電圧が発生する。この電圧を測定することによ
り、加速度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな加速度センサでは、板体の面に直交した向きの加速
度しか検出することができなかった。そのため、複数の
向きの加速度を検出するためには、板体の向きが異なる
ようにして、複数の加速度センサを配置する必要があっ
た。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、複
数の向きの加速度を検出することができる加速度センサ
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体と、振動体の側面に形成され、振動体の周方向の複数
の位置に配置される複数の圧電素子とを含み、圧電素子
に駆動信号を印加することによって、振動体をその長さ
方向の中央部の両側で延びと縮みとが逆となるような長
さ振動をするようにした、加速度センサである。また、
この発明は、圧電材料で形成された柱状の振動体と、振
動体の側面に形成され、振動体の周方向の複数の位置に
配置される複数の電極とを含み、電極に駆動信号を印加
することによって、振動体をその長さ方向の中央部の両
側で延びと縮みとが逆となるような長さ振動をするよう
にした、加速度センサである。

【０００７】

【作用】振動体の側面に形成された圧電素子または電極
に駆動信号を印加することにより、振動体を長さ方向に
振動させることができ、振動体に慣性が与えられる。こ
の状態で、振動体の中心軸に直交する向きに加速度が加
わると、振動体に撓みが生じる。振動体の撓みに応じ
て、圧電素子に電圧が生じる。圧電素子は振動体の周方
向の複数の位置に形成されているため、各圧電素子に
は、圧電素子面に直交する向きの加速度成分に対応した
電圧が発生する。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、圧電素子面に直交す
る向きの加速度成分に対応して、各圧電素子に電圧が発
生するため、振動体の中心軸に直交する全ての向きの加
速度を検出することができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す平面図であ
る。加速度センサ１０は、振動体１２を含む。振動体１
２は、たとえばエリンバ，鉄−ニッケル合金，石英，ガ
ラス，水晶，セラミックなど、一般的に機械的な振動を
生じる材料で形成される。この振動体１２は、たとえば
正４角柱状に形成される。

【００１１】振動体１２の長さ方向の一端側には、図２
に示すように、振動体１２の対向する側面に、駆動用圧
電素子１４ａ，１４ｂが形成される。また、振動体１２
の長さ方向の他端側には、駆動用圧電素子１４ａ，１４
ｂが形成された側面に、別の駆動用圧電素子１４ｃ，１
４ｄが形成される。さらに、駆動用圧電素子１４ａ，１
４ｂが形成された面には、検出用圧電素子１６ａ，１６
ｂが形成される。これらの検出用圧電素子１６ａ，１６
ｂは、駆動用圧電素子１４ａ，１４ｂに隣接して、振動
体１２の一端側に形成される。さらに、図３に示すよう
に、振動体１２の検出用圧電素子１６ａ，１６ｂが形成
されていない側面には、別の検出用圧電素子１６ｃ，１
６ｄが形成される。これらの検出用圧電素子１６ｃ，１
６ｄは、振動体１２の長さ方向の一端側に形成される。

【００１２】駆動用圧電素子１４ａは、たとえば圧電セ
ラミックで形成される圧電板１８ａを含む。この圧電板
１８ａの両面に電極２０ａ，２２ａが形成される。そし
て、一方の電極２２ａが、振動体１２の側面に接着され
る。同様に、駆動用圧電素子１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは
圧電板１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを含み、これらの圧電板
１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの両面には、それぞれ電極２０
ｂ，２２ｂ，電極２０ｃ，２２ｃおよび電極２０ｄ，２
２ｄが形成される。そして、それらの駆動用圧電素子１
４ｂ，１４ｃ，１４ｄの一方の電極２２ｂ，２２ｃ，２
２ｄが、振動体１２の側面に接着される。振動体１２の
一端側の駆動用圧電素子１４ａ，１４ｂでは、圧電板１
８ａ，１８ｂは外側から振動体１２側に向かって分極さ
せられる。また、振動体１２の他端側の駆動用圧電素子
１４ｃ，１４ｄでは、圧電板１８ｃ，１８ｄは振動体１
２側から外側に向かって分極させられる。

【００１３】また、検出用圧電素子１６ａ，１６ｂ，１
６ｃ，１６ｄは、圧電板２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄを含む。これらの圧電板２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２
４ｄの両面には、それぞれ電極２６ａ，２８ａ，電極２
６ｂ，２８ｂ，電極２６ｃ，２８ｃおよび電極２６ｄ，
２８ｄが形成される。そして、これらの検出用圧電素子
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの一方の電極２８ａ，
２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが、振動体１２の側面に接着さ
れる。これらの検出用圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄでは、圧電板２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄは、たとえば外側から振動体１２側に向かって分極さ
せられる。

【００１４】この加速度センサ１０では、たとえば振動
体１２の一端が支持され、振動体１２の他端には重り３
０が取り付けられる。したがって、この実施例では、振
動体１２は片持ち梁構造となる。この加速度センサ１０
を使用する場合、図４に示すように、駆動用圧電素子１
４ａ〜１４ｄに発振回路３２が接続される。この発振回
路３２によって、駆動用圧電素子１４ａ〜１４ｄに、同
位相の信号が印加される。駆動用圧電素子１４ａ，１４
ｂは互いに対向するように形成され、駆動用圧電素子１
４ｃ，１４ｄも互いに対向するように形成されているた
め、振動体１２は長さ方向に振動する。また、駆動用圧
電素子１４ａ，１４ｂと駆動用圧電素子１４ｃ，１４ｄ
とは逆方向に分極しているため、同位相の駆動信号によ
って互いに逆方向に変位する。したがって、図１の実線
の矢印に示すように、振動体１２の中央部を中心とし
て、振動体１２の一方側が伸びるとき、他方側は収縮す
る。また、図１の１点鎖線の矢印に示すように、振動体
１２の一方側が収縮するとき、他方側は伸びる。このよ
うにして、振動体１２は、その長さ方向に振動する。し
たがって、振動体１２の両側部分の変位が吸収され、振
動体１２の両端は変位しないため、支持部への振動漏れ
が少ない。そのため、安定した振動を得ることができ
る。

【００１５】振動体１２が振動することによって、振動
体１２に慣性が与えられる。この状態で、たとえば検出
用圧電素子１６ａ，１６ｂの面に直交する向きに加速度
が加わると、図５に示すように、振動体１２は検出用圧
電素子１６ａ，１６ｂの面に直交する向きに撓む。振動
体１２が撓むことにより、振動体１２の振動が妨げら
れ、共振特性が変化する。この共振特性の変化を測定す
ることにより、加速度を検出することができる。このよ
うにして加速度を測定するためには、検出用圧電素子１
６ａ，１６ｂに発生する電圧を測定すればよい。また、
検出用圧電素子１６ｃ，１６ｄの面に直交する向きの加
速度については、検出用圧電素子１６ｃ，１６ｄに発生
する電圧を測定すればよい。

【００１６】加速度を検出するために、図６に示すよう
に、検出用圧電素子１６ａ，１６ｂが差動回路３４に接
続され、別の検出用圧電素子１６ｃ，１６ｄが差動回路
３６に接続される。これらの検出用圧電素子１６ａ〜１
６ｄは、外側から振動体１２側に向かって分極している
ため、加速度センサ１０に加速度が加わっていないとき
には、同位相で同じ大きさの電圧が発生する。したがっ
て、差動回路３４，３６の出力は０となる。また、加速
度センサ１０に加速度が加わって振動体１２が撓むと、
対向する圧電素子には逆位相の電圧が発生する。そのた
め、対向する検出用圧電素子１６ａ，１６ｂの出力電圧
の差を測定することにより、差動回路３４から大きい出
力信号を得ることができる。したがって、駆動用圧電素
子１６ａ，１６ｂの面に直交する向きの加速度を高感度
で検出することができる。同様に、検出用圧電素子１６
ｃ，１６ｄの出力電圧の差を差動回路３６で出力させる
ことにより、これらの圧電素子１６ｃ，１６ｄの面に直
交する向きの加速度を高感度で検出することができる。

【００１７】さらに、駆動用圧電素子１６ａ〜１６ｄの
面に直交しない加速度が加速度センサ１０に加わった場
合、振動体１２は加速度が加わった向きに撓む。そし
て、検出用圧電素子１６ａ〜１６ｄには、振動体１２の
撓みに対応した電圧が発生する。つまり、検出用圧電素
子１６ａ〜１６ｄに発生する電圧は、検出用圧電素子１
６ａ〜１６ｄの面に直交する向きの加速度成分に対応し
ている。したがって、差動回路３４，３６の出力信号か
ら、振動体１２の中心軸に直交する全ての向きの加速度
を検出することができる。

【００１８】なお、検出用圧電素子１６ａ〜１６ｄは必
ずしも必要ではなく、駆動用圧電素子１４ａ〜１４ｄを
検出用として兼用してもよい。その場合、図７，図８お
よび図９に示すように、駆動用圧電素子１４ａ，１４ｂ
と駆動用圧電素子１４ｃ，１４ｄとは、振動体１２の異
なる対向側面に形成される。そして、駆動用圧電素子１
４ａ，１４ｂは振動体１２の一端側に形成され、駆動用
圧電素子１４ｃ，１４ｄは振動体１２の他端側に形成さ
れる。この加速度センサ１０においても、駆動用圧電素
子１４ａ，１４ｂと駆動用圧電素子１４ｃ，１４ｄと
は、互いに逆方向に分極している。そして、図１０に示
すように、駆動用圧電素子１４ａ〜１４ｄに、抵抗３８
ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを介して発振回路３２が接
続される。この発振回路３２からの信号によって、振動
体１２はその長さ方向に振動する。そして、駆動用圧電
素子１４ａ〜１４ｄに同位相の信号を印加することによ
って、振動体１２の長さ方向の両側で伸びと縮みとが逆
になるような振動が生じる。

【００１９】駆動用圧電素子１４ａ，１４ｂは差動回路
３４の入力端に接続され、駆動用圧電素子１４ｃ，１４
ｄは差動回路３６の入力端に接続される。加速度センサ
１０に加速度が加わり、振動体１２に撓みが生じると、
各圧電素子１４ａ〜１４ｄに電圧が生じる。これらの電
圧の差を差動回路３４，３６で測定することにより、加
速度センサ１０に加わった加速度を検出することができ
る。このとき、圧電素子１４ａ〜１４ｄに印加された駆
動信号は、差動回路３４，３６で相殺される。したがっ
て、差動回路３４，３６の出力端からは、加速度に対応
した信号だけが出力される。

【００２０】なお、上述の実施例において、振動体１２
は片持ち梁構造でなく、両持ち梁構造にしてもよい。こ
の場合、たとえば振動体１２が、フレームなどに支持さ
れる。このように、振動体１２を両持ち梁構造として
も、振動体１２の両端部は変位しないため、振動の漏れ
が少ない。そのため、特性の良好な加速度センサを得る
ことができる。さらに、両持ち梁構造の加速度センサに
おいて、振動体１２の両端部に重りを形成してもよい。
このようにすれば、振動体１２が撓んだとき、重りの質
量によって振動体１２の撓みを大きくすることができ、
高感度の加速度センサを得ることができる。

【００２１】上述の各実施例では、駆動用圧電素子１４
ａ，１４ｂと駆動用圧電素子１４ｃ，１４ｄとを逆方向
に分極したが、全ての駆動用圧電素子１４ａ〜１４ｄを
同じ方向に分極してもよい。つまり、駆動用圧電素子１
４ａ〜１４ｄを外側から振動体１２方向に向かって分極
してもよいし、振動体１２側から外側に向かって分極し
てもよい。このような場合、駆動用圧電素子１４ａ，１
４ｂに印加される駆動信号と駆動用圧電素子１４ｃ，１
４ｄに印加される駆動信号とは、互いに逆位相である。
このようにしても、振動体１２の長さ方向の両側で伸び
と縮みとが逆となるように、振動体１２を振動させるこ
とができる。

【００２２】また、振動体１２の形状としては、６角柱
状や８角柱状など、他の多角柱状に形成してもよいし、
円柱状に形成してもよい。このような柱状でも、駆動用
圧電素子を対向する側面に形成し、検出用に用いられる
圧電素子を振動体の周方向の複数の位置に形成すること
によって、加速度を検出することができる。さらに、振
動体の材料としては、圧電セラミックで形成してもよ
い。この場合、上述の各実施例と同様の位置に、電極が
形成される。そして、これらの電極に駆動信号を印加す
ることにより振動体１２を振動させることができる。ま
た、電極からの出力電圧を測定することによって、加速
度を検出することができる。振動体が圧電セラミックで
形成される場合、電極の形状としては、平板状に限ら
ず、たとえばくし型電極としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１に示す加速度センサの一方の対向側面で切
断した断面図である。

【図３】図１に示す加速度センサの他方の対向側面で切
断した断面図である。

【図４】図１に示す加速度センサを振動させるための駆
動回路を示す回路図である。

【図５】図１に示す加速度センサに加速度が加わった状
態を示す図解図である。

【図６】図１に示す加速度センサの出力電圧を測定する
ための検出回路を示す回路図である。

【図７】この発明の他の実施例を示す平面図である。

【図８】図７に示す加速度センサの一方の対向側面で切
断した断面図である。

【図９】図７に示す加速度センサの他方の対向側面で切
断した断面図である。

【図１０】図７に示す加速度センサの駆動回路および検
出回路を示す回路図である。

【図１１】従来の加速度センサの一例を示す図解図であ
る。

【図１２】図１１に示す従来の加速度センサに加速度が
加わったときの状態を示す図解図である。

【符号の説明】

１０加速度センサ１２振動体１４ａ駆動用圧電素子１４ｂ駆動用圧電素子１４ｃ駆動用圧電素子１４ｄ駆動用圧電素子１６ａ検出用圧電素子１６ｂ検出用圧電素子１６ｃ検出用圧電素子１６ｄ検出用圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動体、および前記振動体の側面
に形成され、前記振動体の周方向の複数の位置に配置さ
れる複数の圧電素子を含み、前記圧電素子に駆動信号を印加することによって、前記
振動体をその長さ方向の中央部の両側で延びと縮みとが
逆となるような長さ振動をするようにした、加速度セン
サ。
【請求項２】圧電材料で形成された柱状の振動体、お
よび前記振動体の側面に形成され、前記振動体の周方向
の複数の位置に配置される複数の電極を含み、前記電極に駆動信号を印加することによって、前記振動
体をその長さ方向の中央部の両側で延びと縮みとが逆と
なるような長さ振動をするようにした、加速度センサ。