JPH08201418A

JPH08201418A - 加速度センサの取付構造

Info

Publication number: JPH08201418A
Application number: JP7008392A
Authority: JP
Inventors: Jiyun Tahoda; 純多保田; Toshihiko Unami; 俊彦宇波
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1996-08-09
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3070424B2

Abstract

(57)【要約】【目的】極力少ない個数でもって直交座標軸いずれの方
向に沿って作用する加速度に対しても略等しい検出感度
を有する加速度センサの取付構造を提供する。【構成】本発明に係る加速度センサの取付構造は、セン
サ取付面３がｘｙ平面となるように直交座標軸ｘ，ｙ，
ｚを設定したうえでセンサ取付面３上におけるｘ軸，ｙ
軸の各々と一致する方向に沿って取り付けられた２個の
加速度センサＡ，Ｂと、これら加速度センサＡ，Ｂの各
々から出力された電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和（│Ｖ
_A│＋│Ｖ_B│）を算出する演算処理手段１０とを備えて
おり、加速度センサＡ，Ｂの一方に組み込まれた加速度
検出素子１の最大感度方向Ｐがｙ軸からｚ軸に向かって
２０ないし３０度傾いた方向とされ、かつ、加速度セン
サＡ，Ｂの他方に組み込まれた加速度検出素子１の最大
感度方向Ｐがｘ軸からｚ軸に向かって２０ないし３０度
傾いた方向とされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衝撃検出用として使用
される加速度センサの取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】加速度センサのうちには両端固定型のバ
イモルフ素子を加速度検出素子として構成されたものが
あり、図４で簡略化して示すように、この加速度センサ
は、バイモルフ素子１と、これを位置決めして収納する
絶縁ケース２とを具備したうえで配線基板などのセンサ
取付面３上に取り付けて固定されるようになっている。

【０００３】そして、ここでのバイモルフ素子１は、矩
形平板形状とされたうえで表裏面上に信号電極４及び中
間電極５のそれぞれが形成された２枚の圧電性セラミッ
クス板６を重ね合わせて一体化したものであり、中間電
極５を介して対面接合された圧電性セラミックス板６の
各々は、自らの厚み方向に沿いつつ他方側の圧電性セラ
ミックス板６におけるのとは逆向きに分極処理されてい
る。なお、図中の破線矢印は、これらの分極方向を示し
ている。また、この際における信号電極４のそれぞれ
は、圧電性セラミックス板６各々の長手方向に沿って形
成されたうえで互いに異なる一端部まで引き出されてい
る。

【０００４】一方、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厚み方向に沿って挟持す
る平面視「コ」字形状とされた一対の挟持枠７と、バイ
モルフ素子１及びこれを挟んで対向配置された挟持枠７
によって形成された開放面を閉塞する一対のケース蓋８
とから構成されている。そして、この絶縁ケース２内に
収納されたバイモルフ素子１の信号電極４それぞれは、
絶縁ケース２の互いに異なる外端面ごとに形成された外
部電極（図示していない）と接続されている。

【０００５】さらにまた、この加速度センサは絶縁ケー
ス２を構成する挟持枠７もしくはケース蓋８いずれかの
外表面がセンサ取付面３上に位置決め固定されることに
よって取り付けられており、バイモルフ素子１の信号電
極４それぞれは絶縁ケース２に形成された外部電極を通
じたうえでセンサ取付面３上の配線パターン（図示して
いない）と接続されている。そして、これらの配線パタ
ーンは信号処理回路（図示していない）に対して接続さ
れており、信号処理回路においては加速度センサから出
力された電気信号を処理して衝撃に伴う加速度を検出す
ることが行われるようになっている。

【０００６】

【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、圧電性セラミックス
板６の表面に対する法線方向、すなわち、その厚み方向
に沿った向きの加速度が作用した際に最大の電気信号を
出力し、また、１８０度逆向きの加速度が作用した際に
も正負が逆で絶対値の等しい最大の電気信号を出力する
ものであり、これら加速度の作用する向きが最大感度の
生じる方向、つまり加速度センサの主軸といわれる最大
感度方向Ｐとなったものである。そして、圧電性セラミ
ックス板６表面の接線方向に沿った向きの加速度が作用
した際には電気信号を出力せず、つまり検出感度が零と
なる一方、法線方向及び接線方向間におけるいずれかの
向きに沿った加速度が作用した際には最大感度方向Ｐと
加速度の作用方向とがなす角度θに対応した大きさの検
出感度、つまり最大感度Ｓ×cosθ倍の検出感度を生じ
るものでもある。

【０００７】そこで、前記従来構成の加速度センサをセ
ンサ取付面３上に取り付けた場合、バイモルフ素子１の
有する最大感度方向Ｐはセンサ取付面３に対して平行も
しくは垂直となる。すなわち、図４で示したように、セ
ンサ取付面３上に直交二次元の座標軸（平面座標軸）
ｘ，ｙを設定し、このセンサ取付面３をｘｙ平面とする
直交三次元の座標軸（空間座標軸）ｘ，ｙ，ｚを設定し
たうえ、バイモルフ素子１が組み込まれた絶縁ケース２
のケース蓋８をセンサ取付面３上に取り付けた際におい
て、縦向きとなったバイモルフ素子１の最大感度方向Ｐ
がセンサ取付面３上のｙ軸と一致している場合には、ｘ
軸及びｚ軸に沿った向きの加速度、つまりｘｚ平面内に
おけるいずれの方向に沿って作用する加速度をも検出で
きないことになってしまう。

【０００８】また、図示省略しているが、直交座標軸
ｘ，ｙが設定されたセンサ取付面３上に絶縁ケース２の
挟持枠７を取り付けてバイモルフ素子１の最大感度方向
Ｐをセンサ取付面３と垂直なｚ軸に対して一致させた場
合には、ｘ軸及びｙ軸によって構成されるｘｙ平面内に
おけるいずれの方向に沿う加速度をも検出することが不
可能となる。したがって、互いに直交する座標軸ｘ，
ｙ，ｚそれぞれの方向に沿って作用するであろう加速度
の全てを検出しようとする際には、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の
各々と最大感度方向Ｐが一致した３個の加速度センサを
センサ取付面３上に取り付けておかねばならず、加速度
センサの個数及び設置スペースが多くなってコスト高を
招くことになるばかりか、３個もの加速度センサから出
力された電気信号の処理を行う信号処理回路の複雑化を
招いてしまうという不都合が生じる。

【０００９】ところで、このような不都合を避けるべ
く、バイモルフ素子の最大感度方向を予めセンサ取付面
から上向きに傾けておくことによって直交座標軸ｘ，
ｙ，ｚの３つの方向に沿って作用する加速度を検出し得
る構成とされた加速度センサが提案されている。すなわ
ち、この種の加速度センサとしては、図示していない
が、特開平５−１３３９７４号で開示されたものがあ
り、これには、矩形平板状を有する加速度検出素子の最
大感度方向をセンサ取付面と４５度（°）となる向きに
傾けたうえ、この加速度検出素子の稜線をさらにセンサ
取付基板の稜線と４５°となる向きに傾けて設置するこ
とを特徴とした加速度センサが示されている。そして、
このような構成とされた加速度センサを採用した際に
は、確かにｘ軸，ｙ軸，ｚ軸（本発明に係る図２で示す
のと合致する３つの方向：以下、同じ）それぞれの方向
に沿って作用する加速度を検出し得ることになる。

【００１０】しかしながら、３つの直交座標軸ｘ，ｙ，
ｚに沿って作用する加速度を検出し得るからといって全
ての方向の加速度を検出できることにはならず、その最
大感度方向に対して垂直となる平面内に作用する加速度
を検出することは不可能となってしまう。さらにまた、
上記構成を採用した場合における最大感度方向がｚ軸と
４５°をなしていることは当然であるが、この場合にお
けるｘ軸及びｙ軸の各々と最大感度方向とは実質的に６
０°をなしていることになり、やはりｘ軸，ｙ軸，ｚ軸
の方向における検出感度が略等しくなることにはならな
い。

【００１１】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、少ない個数でありながらも広い範囲
にわたって加速度を検出でき、しかも、直交座標軸いず
れの方向に沿って作用する加速度に対しても略等しい検
出感度を有する加速度センサの取付構造を提供しようと
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加速度セン
サの取付構造は、このような目的を達成するために、セ
ンサ取付面がｘｙ平面となるように直交座標軸（ｘ，
ｙ，ｚ）を設定したうえでセンサ取付面上におけるｘ
軸，ｙ軸の各々と一致する方向に沿って取り付けられた
２個の加速度センサと、これら加速度センサの各々から
出力された電気信号の絶対値の和を算出する演算処理手
段とを備えており、加速度センサの一方に組み込まれた
加速度検出素子の最大感度方向がｙ軸からｚ軸に向かっ
て２０ないし３０度傾いた方向とされ、かつ、加速度セ
ンサの他方に組み込まれた加速度検出素子の最大感度方
向がｘ軸からｚ軸に向かって２０ないし３０度傾いた方
向とされていることを特徴とする。また、この際におけ
る加速度検出素子は、圧電性セラミックスを用いて作製
された両端固定型のバイモルフ素子である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１は本実施例に係る加速度センサそのも
のの構成を示す一部破断斜視図、図２は加速度センサの
取付構造を簡略化して示す説明図であり、図３は本実施
例の取付構造を採用した際の動作を示す機能ブロック図
である。なお、加速度センサそのものの構成は従来例と
基本的に異ならないので、図１及び図２において図４と
同一の部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい
説明は省略する。

【００１５】本実施例に係る加速度センサのそれぞれ
は、図１で示すように、加速度検出素子として機能する
両端固定型のバイモルフ素子１と、これを収納する絶縁
ケース２とを具備して構成されたものであり、これらの
加速度センサは配線基板などのようなセンサ取付面３上
に取り付けられることになっている。そして、この際に
おけるバイモルフ素子１は最大感度方向Ｐがセンサ取付
面３に対して傾いた状態とされたうえで絶縁ケース２内
に位置決め収納されており、その最大感度方向Ｐはセン
サ取付面３からの傾斜角度θが２０°以上で３０°以
下、例えば、２５°となる上向きに設定されている。

【００１６】すなわち、ここでのバイモルフ素子１は、
共に矩形平板形状とされて表裏面上に信号電極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、これを傾斜角度θに見合う２５
°でもって切り落としたものとなっている。なお、中間
電極５を介して接合された圧電セラミック板６の各々が
自らの厚み方向に沿いつつ他方側とは逆向きに分極処理
されており、また、信号電極４の各々が各圧電セラミッ
ク板６の長手方向に沿って互いに異なる一端部にまで引
き出されていることは従来例と同じである。また、この
際における絶縁ケース２は従来例同様の挟持枠７及びケ
ース蓋８を用いて構成されたものであり、バイモルフ素
子１の信号電極４それぞれは絶縁ケース２の異なる外端
面ごとに形成された外部電極（図示していない）と接続
されている。

【００１７】さらにまた、本実施例に係る加速度センサ
の取付構造は、図２及び図３で示すように、同一のセン
サ取付面３上における直交座標軸ｘ，ｙの各々と一致す
る方向に沿って取り付けられた２個の加速度センサＡ，
Ｂと、これら加速度センサＡ，Ｂのそれぞれから出力さ
れた電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和（│Ｖ_A│＋│Ｖ
_B│）を算出する演算処理手段１０と、信号処理回路１
１とを備えている。なお、上記のような演算処理を実行
する演算処理手段１０自体の構成については周知である
から、ここでの詳しい説明は省略する。

【００１８】そして、これら加速度センサＡ，Ｂの各々
は、絶縁ケース２を構成するケース蓋８の外表面が位置
決め固定されることによってセンサ取付面３上に取り付
けられており、バイモルフ素子１の信号電極４それぞれ
は絶縁ケース２に形成された外部電極（図示していな
い）を通じたうえでセンサ取付面３上に形成された配線
パターン（図示していない）の各々と半田付けなどによ
って接続されている。すなわち、この際における加速度
センサＡに組み込まれたバイモルフ素子１の最大感度方
向Ｐはｙ軸からｚ軸に向かって２５°傾いた上向きとな
っており、加速度センサＢにおけるバイモルフ素子１の
最大感度方向Ｐはｘ軸からｚ軸に向かって２５°傾いた
上向きとなっているのである。

【００１９】つぎに、図２及び図３に基づき、本実施例
に係る加速度センサＡ，Ｂの動作を説明する。なお、以
下の説明においては、加速度センサＡ，Ｂの有する最大
感度がＳ（ｍＶ／Ｇ：Ｇは重力加速度）であるものとし
ている。

【００２０】まず、図２で示した位置関係に従って配置
された２個の加速度センサＡ，Ｂからなる取付構造に対
し、直交座標軸ｘの正方向から１Ｇの加速度が作用した
場合を考えると、ｙ軸と一致する方向に沿って取り付け
られた加速度センサＡの検出感度は最大感度Ｓのcos９
０°倍として表されることになり、ｘ軸と一致する方向
に沿って取り付けられた加速度センサＢの検出感度は最
大感度Ｓのcos２５°倍として表されることになる。そ
こで、この際の加速度センサＡから出力される電気信号
Ｖ_AはＳ×cos９０°×１（ｍＶ）、また、加速度センサ
Ｂから出力される電気信号Ｖ_BはＳ×cos２５°×１（ｍ
Ｖ）として表されることになり、演算処理手段１０にお
いては加速度センサＡ，Ｂの各々から出力された電気信
号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和（│Ｖ_A│＋│Ｖ_B│）、つまり
│Ｓ×cos９０°│＋│Ｓ×cos２５°│＝Ｓ×０．９１
（ｍＶ）が合成信号Ｖ_ABとして算出されることになる。

【００２１】そして、このような手順に従って算出され
た合成信号Ｖ_ABは信号処理回路１１に対して出力される
ことになり、この信号処理回路１１においては予め設定
されたＳ₀をしきい値としたうえでのコンパレータ処理
が行われる。すなわち、信号処理回路１１においては、
Ｖ_AB＞Ｓ₀ならばコンパレータ信号Ｖ_S＝１であり、Ｖ_AB
＜Ｓ₀ならばコンパレータ信号Ｖ_S＝０であるというよう
なコンパレータ処理が行われた後、外部へと向かってコ
ンパレータ信号Ｖ_Sが出力される。なお、以上の説明は
直交座標軸ｘの正方向から１Ｇの加速度が作用した場合
であるが、直交座標軸ｙの正方向から１Ｇの加速度が作
用した場合も同様であり、合成信号Ｖ_ABとしてＳ×０．
９１（ｍＶ）が算出されることになる。

【００２２】さらにまた、図２の取付構造に対し、直交
座標軸ｚの正方向から１Ｇの加速度が作用した場合はつ
ぎのような動作が行われる。すなわち、加速度センサ
Ａ，Ｂそれぞれのｚ軸と一致する方向における検出感度
は、加速度センサＡ，Ｂのセンサ取付面３に対する傾斜
角度θが２５°であることから、最大感度Ｓのcos６５
°倍、つまり（９０°−２５°）倍として表されること
になる。そこで、この際における加速度センサＡ，Ｂの
各々から出力される電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bは共にＳ×cos６
５°×１（ｍＶ）として表されることになり、演算処理
手段１０においては加速度センサＡ，Ｂから出力された
電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和であるところの│Ｓ×co
s６５°│＋│Ｓ×cos６５°│＝Ｓ×０．８５（ｍＶ）
が合成信号Ｖ_ABとして算出されることになる。

【００２３】すなわち、本実施例に係る加速度センサの
取付構造を採用した場合には、直交座標軸ｘ，ｙ，ｚい
ずれの方向に沿っても略等しい程度の検出感度が得られ
ている。また、本実施例に係る取付構造においては、感
度の検出されない方向が両加速度センサＡ，Ｂそれぞれ
の最大感度方向Ｐと直交する方向に沿ってしか存在して
おらず、広い範囲にわたる加速度を検出できるという利
点も得られる。

【００２４】ところで、本実施例においては、ｘ軸及び
ｙ軸に沿う加速度が作用した際の合成信号Ｖ_ABがＳ×
０．９１（ｍＶ）となり、ｚ軸に沿う加速度が作用した
際の合成信号Ｖ_ABがＳ×０．８５（ｍＶ）となっている
が、このような相違が生じるのは加速度センサＡ，Ｂそ
れぞれのセンサ取付面３に対する傾斜角度θを製作上の
都合から２５°と設定したためである。つまり、計算上
では傾斜角度θを２６．５６５……°と設定しておくこ
とにより、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸いずれの方向に沿っても完
全に一致した検出感度が得られることになる。

【００２５】ところで、本発明の発明者らが検討したと
ころ、センサ取付面３上の直交座標軸ｘ，ｙと一致する
方向に沿って配置された２個の加速度センサＡ，Ｂそれ
ぞれに組み込まれたバイモルフ素子１の最大感度方向Ｐ
のセンサ取付面３からの傾斜角度θを０°から９０°の
間で変化させた際には、加速度センサＡ，Ｂから出力さ
れた電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和（│Ｖ_A│＋│Ｖ
_B│）が表１で示すような変化を示すことが確認されて
いる。

【００２６】

【表１】

【００２７】そして、この表１によれば、加速度センサ
Ａ，Ｂの各々を構成するバイモルフ素子１の最大感度方
向Ｐが共にセンサ取付面３から２０°から３０°の範囲
間で傾斜している場合にのみ、加速度センサＡ，Ｂから
出力された電気信号Ｖ_A，Ｖ_Bの絶対値の和を算出するこ
とにより、互いに直交する３軸方向における検出感度が
略等しい状態となることが明らかとなっている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加速
度センサの取付構造によれば、２個の加速度センサでも
って互いに直交する３軸方向のいずれに沿って作用する
加速度をも略等しい検出感度で検出することが可能とな
り、また、広い範囲にわたって加速度を検出することが
できることになる。その結果、取付構造の簡素化のみな
らず、コストダウンを図る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そのものの構成を
示す一部破断斜視図である。

【図２】本実施例に係る加速度センサの取付構造を簡略
化して示す説明図である。

【図３】本実施例の取付構造を採用した際の動作を示す
機能ブロック図である。

【図４】従来例に係る加速度センサの構成を示す一部破
断斜視図である。

【符号の説明】

１バイモルフ素子（加速度検出素子）３センサ取付面１０演算処理手段Ａ加速度センサＢ加速度センサＰ最大感度方向ｘ直交座標軸ｙ直交座標軸 θ 傾斜角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ取付面（３）がｘｙ平面となるよ
うに直交座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）を設定したうえでセンサ
取付面（３）上におけるｘ軸，ｙ軸の各々と一致する方
向に沿って取り付けられた２個の加速度センサ（Ａ，
Ｂ）と、これら加速度センサ（Ａ，Ｂ）の各々から出力
された電気信号（Ｖ_A，Ｖ_B）の絶対値の和（│Ｖ_A│＋
│Ｖ_B│）を算出する演算処理手段（１０）とを備えて
おり、加速度センサ（Ａ，Ｂ）の一方に組み込まれた加速度検
出素子（１）の最大感度方向（Ｐ）がｙ軸からｚ軸に向
かって２０ないし３０度傾いた方向とされ、かつ、加速
度センサ（Ａ，Ｂ）の他方に組み込まれた加速度検出素
子（１）の最大感度方向（Ｐ）がｘ軸からｚ軸に向かっ
て２０ないし３０度傾いた方向とされていることを特徴
とする加速度センサの取付構造。
【請求項２】加速度検出素子（１）は、圧電性セラミ
ックスを用いて作製された両端固定型のバイモルフ素子
であることを特徴とする請求項１に記載した加速度セン
サの取付構造。