JPH07936Y2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、ボルト締めランジュバン形振動子構造をなす
加速度センサに関し、更に詳しくは、加速度センサ素子
部をその中心軸上の一点のみにて取付け用ベース部材に
固定することにより温度特性を向上させた加速度センサ
に関するものである。

［従来の技術］ 一般機械設備などでの振動検出用として加速度センサが
使用されている。従来技術では加速度センサは、第４図
に示すように、ボルト締めランジュバン形振動子構造を
なす加速度センサ素子部10の下面ほぼ全体に接着剤13を
塗布し、取付け用ベース部材12に接着することによって
組み立てていた。

加速度センサ素子部10は２枚のPZT（チタン酸ジルコン
酸鉛）等からなる圧電体14a,14bを重ね、両面からステ
ンレス鋼ブロック16a,16bで挾み込み、それらの中心の
ボルト穴を利用して締付けボルト18で締め付けた構造を
なす。ステンレス鋼を使用するのは、その熱膨張係数が
PZT等の熱膨張係数とほぼ一致することと、所定の重量
を小体積で担わせることができるからである。取付け用
ベース部材12としては、一般にこの種の加速度センサが
取り付けられる測定対象20はアルミニウムからなるもの
が多く、それとの整合をとるためアルミニウム材が用い
られる。ベース部材12は測定対象20に取付けネジ22によ
り固定される。

［考案が解決しようとする課題］ このような構造の加速度センサは、使用する周波数範囲
からその共振点を外すことができるため周波数特性は向
上するが、温度特性上の問題が生じる。つまり温度特性
（温度変化に対する検出感度の変化）を測定すると温度
係数が大きく且つヒステリシスが生じる傾向があり、使
用の際に支障をきたす。

本考案の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、温度特性上のヒステリシスを無くし且つ温度係数を
小さくでき、センサの検出出力への温度による影響を極
力減らすことができるような加速度センサを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成できる本考案は、ボルト締めランジュ
バン形振動子構造をなす加速度センサ素子部を、その中
心軸上の一点のみにて取付け用ベース部材に固定した加
速度センサである。

ここで「一点のみ」とは、純粋に数学的な意味での点を
いうのではなく、固定可能な強度を持ちうる範囲内で且
つ全接触面積に比して極めて小さな面積であるという意
味での点のことである。

加速度センサ素子部は２枚重ね合わせたPZT等からなる
圧電体を両面からステンレス鋼ブロックで挾みボルト締
めした構造とし、アルミニウムからなる取付け用ベース
部材を貫通する組立てボルトで前記ステンレス鋼ブロッ
クの一方の中心のボルト穴に螺着する構成が望ましい。
その場合、加速度センサ素子部とベース部材との間に薄
い耐熱性硬質フィルムを介在させるとよい。

［作用］ 圧電体を使用する加速度センサの検出原理は、加速度を
受けたとき発生する歪によって生じる電荷を検出するも
のである。

加速度センサ素子部と取付け用ベース部材とは機能的な
要求あるいは相手方部材との整合性をとるため異なる材
質とならざるを得ない。従来技術のように加速度センサ
素子部を構成するステンレス鋼と、ベース部材となるア
ルミニウムとが広い範囲にわたって接着されていると、
両者の熱膨張の差によって歪が生じ、そのため温度特性
が悪化してしまう。

しかし本考案のように両者をその中心軸上の一点のみに
て固定すると、中心部のみでは固定されているが、周辺
部は密接しているものの相対的な径方向の変位（ずれ）
が許容されるため、周囲温度が変化し熱膨張係数の違い
により相対的な変位が生じたとき境界面で滑りが生じ過
渡の熱応力が生じることはない。そのため加速度センサ
素子部の圧電体に熱歪が加わり難いし、またベース部材
が変形することも少なくベース部材と測定対象との密着
度が変化し難く、それらの効果が相俟て温度特性が向上
することになる。

特に加速度センサ素子部とベース部材との間にポリエス
テルフィルムのような耐熱性硬質フィルムを介在させる
と、加速度センサ素子部とベース部材との間の滑り性が
良好になり、両者の熱変形が自由に行われるため温度特
性は更に向上する。

［実施例］ 第１図は本考案に係る加速度センサの一実施例を示す分
解斜視図であり、第２図はその組み立て後の縦断面図で
ある。

加速度センサ素子部10は、従来同様、ボルト締めランジ
ュバン形振動子構造となしている。つまり２枚のPZT等
からなる円板状の圧電体14a,14bを積層し、両面からス
テンレス鋼ブロック16a,16bで挾み、締付けボルト18で
締め付けた構造である。両圧電体14a,14bはそれぞれ両
面に電極が形成され、図示されていないが一方のステン
レス鋼ブロックと圧電体との間、及び圧電体同士の間に
薄い金属板を挾み込み、それにリード線が接続されて外
部に引き出される。ベース部材12はアルミニウムからな
り、中央にボルト挿通孔24が設けられると共に端部に取
付け穴26が形成されている。

本考案が従来技術と顕著に相違する点は、加速度センサ
素子部10とベース部材12との結合構造である。本考案で
は加速度センサ素子部10はその中心軸上の一点のみで取
付け用ベース部材12に固定されている。

本実施例では、前記のようにベース部材12の中央にボル
ト挿通孔24が形成され、組立てボルト28を下方から挿通
し、加速度センサ素子部10の一方のステンレス鋼ブロッ
ク16bの中心ボルト穴に螺着することによって固定して
いる。

加速度センサ素子部10とベース部材12とが接触する部分
は、一方はステンレス鋼であるのに対して他方はアルミ
ニウムであり材質が異なる。加速度センサ素子部10でス
テンレス鋼を用いるのは、前記のようにその熱膨張係数
が圧電体の熱膨張係数とほぼ等しく且つ所定の重量を担
わせ易いからである。またベース部材12をアルミニウム
としたのは、一般にこの種の加速度センサが取り付けら
れる部分（測定対象）は機器の筐体等でありアルミニウ
ムのダイカスト品が多いからである。

本考案では加速度センサ素子部10とベース部材12とが中
心の一点のみで固定されているため、周辺部は密接して
いるものの相対的にフリーとなり、周囲温度が変化して
熱膨張に差が生じても、相対的に滑るように変形でき熱
膨張の差を逃がすことができる。このため圧電体14a,14
bに熱歪が加わったり、ベース部材12が変形して測定対
象との密着度が変化する等といったトラブルが生じず、
検出感度の温度係数が小さくまたヒステリシスが生じな
くなる。

第３図は本考案の他の実施例を示す縦断面図である。こ
の実施例が前記第１図及び第２図に示す実施例と相達す
る点は、加速度センサ素子部10とベース部材12との間に
耐熱性硬質フィルム30を介在させた点である。このフィ
ルムの材質としては、例えばポリエステル等が好適であ
り、厚さは100μｍ程度の極く薄いものであってよい。
間にこのような耐熱性硬質フィルム30が介在すると、周
囲温度が変化しステンレス鋼ブロック16bとベース部材1
2との間で熱膨張の差が大きくなったときに、フィルム
面で滑り易くなり、温度特性はより一層改善される。

以上本考案の好ましい実施例について詳述したが、本考
案はこのような構成のみに限定されるものではない。上
記の各実施例では何れも組立てボルト28により加速度セ
ンサ素子部10とベース部材12とを固定している。このよ
うな構造は後で分解できる点で好ましいが、それ以外の
構成でもよい。例えば加速度センサ素子部の下側のステ
ンレス鋼ブロックを下面中央に突起を持つ形状とし、そ
の突起に合わせた穴をベース部材側に形成して、その突
起を穴に圧入して固定したり、あるいは突起と穴との嵌
合部を接着又は溶接することによって中央部一点のみに
て固定するような構造としてもよい。

［考案の効果］ 本考案は上記のように加速度センサ素子部をその中心軸
上の一点のみにて取付け用ベース部材に固定したから、
温度特性上での検出感度の温度係数が極めて小さくなり
又ヒステリシスが発生することもなくなり、センサの検
出出力への温度による影響が低減し何ら支障なく使用す
ることが可能となる。

特に加速度センサ素子部とベース部材との間に耐熱性硬
質フィルムを介在させると、より優れた温度特性が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る加速度センサの一実施例を示す分
解斜視図、第２図はその組み立て後の縦断面図、第３図
は本考案の他の実施例を示す縦断面図である。 また第４図は従来技術の一例を示す縦断面図である。 10……加速度センサ素子部、12……ベース部材、14a,14
b……圧電体、16a,16b……ステンレス鋼ブロック、18…
…締付けボルト、24……ボルト挿通孔、26……取付け
穴、28……組立てボルト、30……耐熱性硬質フィルム。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ボルト締めランジュバン形振動子構造をな
   す加速度センサ素子部を、その中心軸上の一点のみで取
   付け用ベース部材に固定したものであって、 加速度センサ素子部は、２枚重ねた圧電体を両面からス
   テンレス鋼ブロックで挾み、それらの中心穴を通してボ
   ルトで締め付けた構造をなし、 取付け用ベース部材は、アルミニウムからなり、該ベー
   ス部材を貫通する組立てボルトによって前記ステンレス
   鋼ブロックの一方の中心穴に螺着されている 加速度センサ。
2. 【請求項２】加速度センサ素子部とベース部材との間に
   耐熱性硬質フィルムを介在させた請求項１記載の加速度
   センサ。