JPH0720144A - 加速度センサ及びその取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取付面と平行もしくは垂直な方向に沿って作
用する加速度のいずれに対してもある程度の感度を有し
ており、これらの方向においても確実な加速度の検出を
行うことができる加速度センサ及びその取付構造を提供
する。 【構成】 本発明に係る加速度センサは、加速度を検出
し得ない特定の無感度方向Ａが存在する加速度検出素子
１と、この加速度検出素子１を収納する絶縁ケース２と
からなり、加速度検出素子１の無感度方向Ａは絶縁ケー
ス２の取付面となる底面に対して平行でも垂直でもない
方向に沿って配置されていることを特徴とするものであ
る。また、その取付構造は、加速度を検出し得ない特定
の無感度方向Ａが存在する加速度検出素子１を含む加速
度センサを、加速度検出素子１の無感度方向Ａが取付面
３ａに対して平行でも垂直でもない方向に沿って配置さ
れるように取り付けたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度センサにかかり、
特には、加速度を検出し得ない特定の無感度方向が存在
する加速度検出素子を用いて構成された加速度センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の加速度センサとして
は、図５で示すように、加速度検出素子であるバイモル
フ型検出素子（以下、バイモルフ素子という）１と、こ
れを位置決めして収納する絶縁ケース２とからなり、取
付基板３上に取り付けられるものが一般的である。すな
わち、このバイモルフ素子１は、共に短冊形状とされた
うえで表面上に信号取出電極４及び中間電極５がそれぞ
れ形成された一対の圧電セラミック板６を対面接合する
ことによって一体化されたものであり、自らの厚み方向
に沿いつつ他方とは逆となる分極方向（図中では、破線
矢印で示す）に従って分極された圧電セラミック板６の
それぞれは中間電極５を介したうえで接合されている。
なお、ここで、信号取出電極４の各々は、各圧電セラミ
ック板６の長手方向に沿いながら形成されたうえで互い
に異なる端部にまで引き出されている。

【０００３】そして、絶縁ケース２は、バイモルフ素子
１の長手方向に沿う両端部のみをその厚み方向に沿って
挟持すべく平面視「コ」字形状とされた一対の挟持枠７
と、バイモルフ素子１を挟んで対向配置された挟持枠７
同士によって形成される開放面を閉塞する一対の蓋板８
とから構成されており、バイモルフ素子１における信号
取出電極４の各々は絶縁ケース２の異なる外端面ごとに
形成された外部引出電極（図示していない）に接続され
ている。なお、挟持枠７を上記のような形状としたの
は、絶縁ケース２に収納されたバイモルフ素子１に対し
て加速度が作用した際、加速度の作用に伴って生じるバ
イモルフ素子１の変形を阻害しない余裕、すなわち、こ
のバイモルフ素子１がいわゆる両端支持単純梁と同様に
撓むことを許容する撓み代を確保するためである。

【０００４】さらに、バイモルフ素子１を収納した絶縁
ケース２は取付基板３の取付面３ａ上に載置された後、
収納したバイモルフ素子１が取付面３ａに対して垂直の
縦向きとなるように位置決めしたうえで取り付けられる
ことになる。あるいはまた、図６で示すように、収納し
たバイモルフ素子１が取付基板３の取付面３ａと平行の
横向きとなるように位置決めしたうえで絶縁ケース２を
取り付けることも行われている。そして、各絶縁ケース
２に形成された外部引出電極は、取付面３ａ上に形成さ
れた配線パターン（図示していない）と接続されること
になる。なお、図６における構成部品は図５の場合と何
ら異ならないから、互いに同一となる部品には同一符号
を付している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、加速度検出
素子としてのバイモルフ素子１は、その厚み方向に沿っ
て作用する加速度についての良好な感度を有するにも拘
わらず、その幅方向に沿って作用する加速度については
感度を有していない、すなわち、加速度を検出し得ない
特定の無感度方向（図中では、矢印Ａで示す）が存在す
るものとして知られている。そこで、図５で示したよう
に、バイモルフ素子１が縦向きとなるようにしたうえで
絶縁ケース２を取付基板３の取付面３ａ上に取り付けた
場合には、取付面３ａと平行な方向Ｘに沿って作用する
加速度に対しては最大の感度を有することになる反面、
取付面３ａと直交する垂直な方向Ｙに沿って作用する加
速度に対する感度は得られなくなってしまう。

【０００６】また、図６で示したように、バイモルフ素
子１が横向きとなるよう絶縁ケース２を取付面３ａ上に
取り付けた場合には、取付基板３の取付面３ａと垂直な
方向Ｙに沿って作用する加速度に対しては最大の感度を
有することになる一方、取付面３ａと平行な方向Ｘに沿
って作用する加速度に対する感度は得られなくなり、加
速度を検出することができなくなってしまう。

【０００７】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、取付面と平行もしくは垂直な方向に
沿って作用する加速度のいずれに対してもある程度の感
度を有しており、これらの方向においても確実な加速度
の検出を行うことができる加速度センサの提供を目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加速度セン
サは、このような目的を達成するために、加速度を検出
し得ない特定の無感度方向が存在する加速度検出素子
と、この加速度検出素子を収納する絶縁ケースとからな
り、加速度検出素子の無感度方向は絶縁ケースの取付面
となる底面に対して平行でも垂直でもない方向に沿って
配置されていることを特徴としている。また、本発明に
係る加速度センサの取付構造は、加速度を検出し得ない
特定の無感度方向が存在する加速度検出素子を含む加速
度センサを加速度検出素子の無感度方向が取付面に対し
て平行でも垂直でもない方向に沿って配置されるように
取り付けたことを特徴とするものである。さらに、これ
らの際における加速度検出素子は、バイモルフ型検出素
子とされている。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、加速度検出素子の無感度方
向は取付面に対して平行でも垂直でもない方向に沿って
配置されているから、この取付面と平行もしくは垂直な
方向に沿って作用する加速度に対しても加速度検出素子
はある程度の感度を有することになり、作用した加速度
の確実な検出を行うことが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】図１は本実施例に係る加速度センサの概略
構成を一部省略して示す斜視図、図２はバイモルフ素子
における感度状態を示す説明図、図３はバイモルフ素子
及び絶縁ケースの製作途中工程を示す説明図であり、図
４はバイモルフ素子の変形例を示す斜視図である。な
お、この加速度センサの構成部品は従来例と基本的に異
ならないので、図１ないし図４において図５または図６
と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号
を付している。

【００１２】本実施例に係る加速度センサは、図１で示
すように、加速度を検出し得ない特定の無感度方向Ａが
存在する加速度検出素子としてのバイモルフ素子１と、
このバイモルフ素子１を位置決めして収納する絶縁ケー
ス２とを備えており、この絶縁ケース２は取付基板３に
対して取り付けられるようになっている。そして、この
加速度センサにおけるバイモルフ素子１は、その無感度
方向Ａが絶縁ケース２の取付面となる底面に対して所定
の傾斜角度θだけ、例えば、４５°というように傾けら
れた状態、つまり、平行でも垂直でもない方向に沿って
配置された状態で絶縁ケース２内に収納されており、こ
の絶縁ケース２は取付面３ａ上に位置決めして取り付け
られている。

【００１３】すなわち、ここでのバイモルフ素子１は、
共に短冊形状とされて表面上に信号取出電極４及び中間
電極５がそれぞれ形成された一対の圧電セラミック板６
を対面接合したうえ、これらの長辺端部それぞれを傾斜
角度θに見合う角度で切り落とした構成とされている。
そして、この際、中間電極５を介して接合された圧電セ
ラミック板６のそれぞれは自らの厚み方向に沿いつつ他
方とは逆となる分極方向（図中では、破線矢印で示す）
に従って分極されており、また、信号取出電極４の各々
は各圧電セラミック板６の長手方向に沿って互いに異な
る端部にまで引き出されている。

【００１４】さらに、絶縁ケース２は、平面視「コ」字
形状とされてバイモルフ素子１の長手方向に沿う両端部
のみを挟持する一対の挟持枠７と、これら挟持枠７によ
って形成される開放面を閉塞する一対の蓋板８とを具備
しており、これら挟持枠７はバイモルフ素子１における
無感度方向Ａが取付基板３の取付面３ａに対して平行で
も垂直でもない方向である所定の傾斜角度θだけ傾けら
れた状態となるようバイモルフ素子１を挟持している。
そして、バイモルフ素子１を収納した絶縁ケース２は取
付基板３の取付面３ａ上に取り付けられており、バイモ
ルフ素子１における信号取出電極４のそれぞれは絶縁ケ
ース２の外端面ごとに形成された外部引出電極（図示し
ていない）を介したうえで取付面３ａ上の配線パターン
（図示していない）に接続されている。なお、この際、
図示していないが、絶縁ケース２を構成する蓋板８を誘
電率の高いセラミックなどで作製し、その表裏両面に対
向電極を形成することによってコンデンサとしたうえ、
これらをバイモルフ素子１と並列に接続してもよい。

【００１５】そこで、この加速度センサにおけるバイモ
ルフ素子１は、その無感度方向Ａが取付基板３の取付面
３ａに対して平行でも垂直でもない方向に沿って配置さ
れた状態で取付面３ａ上に取り付けられていることにな
る。その結果、この取付面３ａと平行な方向Ｘもしくは
垂直な方向Ｙのいずれに沿って作用する加速度に対して
もバイモルフ素子１はある程度の感度を有していること
になり、作用した加速度を検出し得ることになる。すな
わち、このバイモルフ素子１における最大感度は一対の
圧電セラミック板６を対面接合してなる厚み方向に沿っ
て得られることになるが、図２で示すように、取付面３
ａと平行な方向Ｘの加速度が作用した際のバイモルフ素
子１における感度は最大感度のｓｉｎθ倍となり、ま
た、取付面３ａと垂直な方向Ｙの加速度が作用した際に
は最大感度のｃｏｓθ倍の感度をバイモルフ素子１が有
していることになる。

【００１６】なお、以上の説明においては、取付面３ａ
に対するバイモルフ素子１の傾斜角度θが例えば４５°
であるものとしているが、４５°に限定されることはな
く、任意に設定可能であることは勿論である。そして、
傾斜角度θを変更した際には、平行及び垂直な方向Ｘ，
Ｙに沿って作用する加速度に対するバイモルフ素子１の
感度比率が変化することになるから、加速度センサの使
用状況などを考慮したうえで傾斜角度θを設定しておく
ことになる。

【００１７】つぎに、本実施例に係る加速度センサを構
成するバイモルフ素子１及び絶縁ケース２の製作手順を
説明する。

【００１８】まず、図３（ａ）で示すように、表面上に
信号取出電極４及び中間電極５となる電極パターン１
０，１１がそれぞれ形成された圧電セラミック板６用と
しての素子親基板１２と、内面側に所定幅の凹溝１３ａ
が形成された挟持枠７用としての枠親基板１３とを一対
ずつ用意する。そして、中間電極５となる電極パターン
１０を介したうえで素子親基板１２同士を対面接合し、
かつ、対面接合された素子親基板１２それぞれの外側か
ら枠親基板１３の各々を当てつけて一体に接合した後、
互いに接合された一体物を予め設定した所定の傾斜角度
θと対応する切断線Ｓ１に沿いながら切断する。なお、
ここでの分極については、予め素子親基板１２に対して
行っておいてもよく、また、素子親基板１２同士を対面
接合した後に行ってもよい。

【００１９】すなわち、切断線Ｓ１に沿いながら切断す
ると、図３（ｂ）で示すように、バイモルフ素子１に対
して絶縁ケース２の挟持枠７が一体的に接合された一組
の構成部品が得られる。そこで、この構成部品を構成し
ている挟持枠７の外側に位置する不要部分を垂直方向の
切断線Ｓ２に沿いながら切断した後、別途用意した一対
の蓋板８を挟持枠７間それぞれに接合すると、本実施例
の加速度センサにおけるバイモルフ素子１と絶縁ケース
２とが一体として製作されたことになる。

【００２０】ところで、以上の説明においては、図１で
示したように、本実施例に係るバイモルフ素子１を構成
する圧電セラミック板６のそれぞれが自らの厚み方向に
沿いつつ他方とは逆となる分極方向に従って分極される
としているが、これに限定されることはない。すなわ
ち、図４の変形例で示すように、圧電セラミック板６そ
れぞれの長手方向に沿う領域を３分割したうえ、各々の
互いに対応する領域ごとの分極方向（図中では、破線矢
印で示す）を他方側とは逆向きに設定することも可能で
ある。

【００２１】そして、この構成を採用した場合には、加
速度の作用に伴って各圧電セラミック板６の分割領域そ
れぞれにおける応力状態が互いに異なることになり、バ
イモルフ素子１の信号取出電極４それぞれに現れる電荷
の発生量が総量的に増えることになる結果、感度の向上
を図れるという利点が得られる。すなわち、このような
構成とされたバイモルフ素子１に対して加速度が作用し
た際、例えば、加速度の作用方向に沿う外側に位置する
一方の圧電セラミック板６の中央部分に引っ張り応力が
現れ、かつ、その端部分に圧縮応力が現れると、その作
用方向に沿う内側に位置する他方の圧電セラミック板６
の中央部分には圧縮応力が、また、その端部分には引っ
張り応力が現れることになる。そこで、これらの応力に
基づく電荷が各信号取出電極４上に現れることになる結
果、電荷の発生量が増えることになるのである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加速
度センサ及びその取付構造によれば、加速度検出素子で
あるバイモルフ素子をその無感度方向が取付面に対して
平行でも垂直でもない方向に沿って配置しているので、
取付面と平行もしくは垂直な方向に沿って作用する加速
度のいずれに対してもバイモルフ素子がある程度の感度
を有することになる。その結果、これらの方向において
も確実な加速度の検出を行うことができるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る加速度センサの概略構成を一部
省略して示す斜視図である。

【図２】バイモルフ素子における感度状態を示す説明図
である。

【図３】バイモルフ素子及び絶縁ケースの製作途中工程
を示す説明図である。

【図４】バイモルフ素子の変形例を示す斜視図である。

【図５】従来例に係る加速度センサの概略構成を一部省
略して示す斜視図である。

【図６】他の従来例に係る加速度センサの概略構成を一
部省略して示す斜視図である。

【符号の説明】

１ バイモルフ素子（加速度検出素子） ２ 絶縁ケース ３ 取付基板 ３ａ 取付面 θ 傾斜角度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速度を検出し得ない特定の無感度方向
   が存在する加速度検出素子と、この加速度検出素子を収
   納する絶縁ケースとからなり、 加速度検出素子の無感度方向は絶縁ケースの取付面とな
   る底面に対して平行でも垂直でもない方向に沿って配置
   されていることを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 加速度検出素子はバイモルフ型検出素子
   である請求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 加速度を検出し得ない特定の無感度方向
   が存在する加速度検出素子を含む加速度センサを、加速
   度検出素子の無感度方向が取付面に対して平行でも垂直
   でもない方向に沿って配置されるように取り付けたこと
   を特徴とする加速度センサの取付構造。
4. 【請求項４】 加速度検出素子はバイモルフ型検出素子
   である請求項３記載の加速度センサの取付構造。