JPH09196965A

JPH09196965A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH09196965A
Application number: JP2175696A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: JP3277794B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静止加重から加速度までを検出することがで
き、温度ドリフトの少ない加速度センサを得る。【解決手段】加速度センサ１０は、８字状に形成した
第１および第２の振動体１２，１４および連結部１６，
１８，２０を含む。中央部の連結部２０から延びるよう
に延長部２２ａ，２２ｂを形成し、その先端に重り２４
を取り付ける。第１および第２の振動体１２，１４の縁
部に形成した支持部２６ａ，２６ｂを支持する。第１お
よび第２の振動体１２，１４の同じ側の面に、第１およ
び第２の圧電素子２８，３０を形成する。第１および第
２の圧電素子２８，３０は、それぞれ分割した電極３６
ａ，３６ｂおよび電極４２ａ，４２ｂを含む。電極３６
ａ，３６ｂおよび電極４２ａ，４２ｂは、第１および第
２の振動体１２，１４の長手方向の中央部を境として、
その両側に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は加速度センサに関
し、特にたとえば、カーナビゲーションシステムなどに
利用されて、自動車などの加速度を測定するために用い
られる加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９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、基板２を含む。基
板２上には、圧電素子３が形成される。基板２の一端は
支持され、他端に重り４が取り付けられる。この加速度
センサ１では、矢印に示すように、基板２の面に直交す
る方向に加速度による力が加わると、基板２が湾曲す
る。それによって、圧電素子３も湾曲し、圧電素子から
湾曲量に対応した信号、すなわち加速度に対応した信号
が出力される。また、静止加重を検出するために、圧電
素子に駆動信号を与えて基板を振動させ、加重による湾
曲に伴う圧電素子のインピーダンス変化を測定する加速
度センサもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の加速度センサでは、基板と圧電素子との熱膨張係数の
差により、雰囲気温度が変化すると、基板に反りが生じ
る場合がある。このような反りによる信号が出力される
と、加速度による信号か雰囲気温度の変化による信号か
を区別することができず、誤差が多く、高感度のものを
得ることができなかった。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、静
止加重から加速度までを検出することができ、温度ドリ
フトの少ない加速度センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、２つの板状
の振動体と、２つの振動体の両端および中央部を連結す
るための連結部と、２つの振動体の同じ側の面に形成さ
れ２つの入出力部を有する圧電素子と、振動体の中央部
に対応する位置に配置され振動体に加速度による慣性力
を得るための重りとを含み、加速度によって２つの振動
体が逆向きに変形するようにした、加速度センサであ
る。この加速度センサにおいて、圧電素子の２つの入出
力部は、振動体の長手方向の中央部を境としてその両側
に配置することができる。また、この加速度センサにお
いて、圧電素子の２つの入出力部は、振動体の幅方向の
中央部を境としてその両側に配置してもよい。さらに、
重りは２つの振動体の中央部を連結する連結部から延び
る延長部に取り付けられてもよく、この場合、２つの振
動体の長手方向の中央部における振動体の縁部が支持さ
れる。また、重りは２つの振動体の長手方向の中央部に
おける振動体の縁部から延びる延長部に取り付けられて
もよく、この場合、２つの振動体の中央部を連結する連
結部が支持される。この加速度センサを用いるために、
それぞれの圧電素子の一方の入出力部を駆動用とし、他
方の入出力部を検出用とし、検出用の入出力部からの出
力信号の和を帰還信号として前記駆動用の入出力部に駆
動信号を与える発振回路が構成され、かつ検出用の入出
力部からの出力信号の差が加速度検出信号として用いら
れる。

【０００６】それぞれの圧電素子の一方の入出力部に駆
動信号を与えることによって、振動体が振動させられ
る。加速度センサに加速度が加わると、重りによって振
動体に慣性力が加わる。そのため、２つの振動体が逆向
きに屈曲し、屈曲量に応じて圧電素子の他方の入出力部
から信号が出力される。したがって、この信号を測定す
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、２つの振動体を逆向きに屈曲させるために、重り
は、２つの振動体を連結する連結部から延びる延長部、
または２つの振動体の縁部から延びる延長部に取り付け
られる。この場合、それぞれの圧電素子の他方の入出力
部から、振動体の屈曲量に対応した信号、すなわち加速
度に対応した逆極性の信号が出力される。したがって、
これらの信号の差をとれば、加速度に対応した大きい出
力信号を得ることができる。

【０００７】それぞれの圧電素子に２つの入出力部を形
成するとき、それらの入出力部は、振動体の長手方向の
中央部を境として、その両側に配置することができる。
また、これらの入出力部は、それぞれの振動体の幅方向
の中央部を境として、その両側に配置してもよい。ま
た、加速度センサの振動体を振動させるために、検出用
の入出力部の出力信号の和を帰還信号として、駆動信号
を駆動用の入出力部に与える発振回路を構成することが
できる。

【０００８】雰囲気温度が変化すると、圧電素子と振動
体の熱膨張係数の差により、振動体が湾曲する。このと
き、圧電素子は、２つの振動体の同じ側に形成されてい
るため、湾曲方向は同じになる。そのため、圧電素子か
ら同極性の信号が出力され、加速度による信号と区別す
ることができる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、振動体を振動させて
いるため、静止加重に対しても圧電素子から信号を出力
させることができる。そのため、静止加重から加速度ま
で、この加速度センサによって検出することができる。
また、加速度によって、逆極性の信号が出力されるのに
対して、雰囲気温度の変化によって、同極性の信号が出
力される。そのため、それぞれの圧電素子の検出用の入
出力部からの出力信号の差をとれば、加速度によって大
きい信号が出力され、雰囲気温度の変化による信号は相
殺される。したがって、温度ドリフトを抑えることがで
き、誤差の少ない高感度な加速度センサを得ることがで
きる。

【００１０】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発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の加速度センサの
一例を示す斜視図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに
おける断面図であり、図３は図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに
おける断面図である。加速度センサ１０は、矩形板状の
第１の振動体１２および第２の振動体１４を含む。第１
の振動体１２および第２の振動体１４は、その両端部に
おいて、連結部１６，１８で連結される。さらに、第１
の振動体１２および第２の振動体１４は、その長手方向
の中央部において、連結部２０で連結される。したがっ
て、第１の振動体１２，第２の振動体１４および連結部
１６，１８，２０によって、８字状の基板が形成され
る。

【００１２】中央の連結部２０の両縁部から延びるよう
にして、２つの延長部２２ａ，２２ｂが形成される。こ
れらの延長部２２ａ，２２ｂの先端部が合わせられ、そ
の先端部に重り２４が取り付けられる。また、第１の振
動体１２および第２の振動体１４の長手方向の中央部に
おいて、これらの振動体１２，１４の縁部に、支持部２
６ａ，２６ｂが形成される。そして、これらの支持部２
６ａ，２６ｂが支持される。これらの第１および第２の
振動体１２，１４，連結部１６，１８，２０，延長部２
２ａ，２２ｂおよび支持部２６ａ，２６ｂを形成するた
めには、支持部２６ａ，２６ｂとなる凸部を有する矩形
板状の金属板を準備し、この金属板に逆向きのコ字状の
切り込みを形成し、切り込みに沿って連結部２０を基準
として金属板を折り曲げ、延長部２２ａ，２２ｂを形成
すればよい。

【００１３】第１の振動体１２の一方面上には、第１の
圧電素子２８が形成される。また、第２の振動体１４の
一方面上には、第２の圧電素子３０が形成される。第１
の圧電素子２８は、たとえば圧電セラミックなどで形成
される圧電層３２を含む。圧電素子３２の一方面上に
は、全面に電極３４が形成される。さらに、圧電層３２
の他方面上には、分割された２つの電極３６ａ，３６ｂ
が形成される。そして、一方の電極３４が、第１の振動
体１２に接着される。このとき、分割された電極３６
ａ，３６ｂは、第１の振動体１２の長手方向の中央部を
境として、その両側に配置される。これらの電極３６
ａ，３６ｂが、信号の入出力部として用いられる。

【００１４】同様に、第２の振動体１４は圧電層３８を
含み、その一方面上には、全面に電極４０が形成され
る。さらに、圧電層３８の他方面上には、分割された２
つの電極４２ａ，４２ｂが形成される。これらの電極４
２ａ，４２ｂは、第２の振動体１４の長手方向の中央部
を境として、その両側に配置される。これらの電極４２
ａ，４２ｂが、信号の入出力部として用いられる。そし
て、第１の圧電素子２８の電極３６ａと第２の圧電素子
３０の電極４２ａが、これらの振動体１２，１４を振動
させるための駆動用として用いられる。また、第１の圧
電素子２８の電極３６ｂと第２の圧電素子３０の電極４
２ｂが、加速度に対応する信号を得るための検出用とし
て用いられる。

【００１５】この加速度センサ１０では、図４に示すよ
うに、検出用の電極３６ｂ，４２ｂの出力信号が合成さ
れ、発振回路４４に入力される。発振回路４４は、交流
増幅回路４６と位相補正回路４８とを含む。そして、電
極３６ｂ，４２ｂからの出力信号が交流増幅回路４６に
入力され、増幅された信号が位相補正回路４８で位相補
正されて、駆動信号として電極３６ａ，４２ａに入力さ
れる。

【００１６】また、第１の圧電素子２８の電極３６ｂお
よび第２の圧電素子３０の電極４２ｂは、それぞれ差動
増幅回路５０の２つの入力端に接続される。差動増幅回
路５０は、同期検波回路５２に接続される。同期検波回
路５２では、差動増幅回路５０の出力信号が、発振回路
４４の位相補正回路４８の信号に同期して検波される。
同期検波回路５２は平滑回路５４に接続され、さらに平
滑回路５４は直流増幅回路５６に接続される。

【００１７】この加速度センサ１０では、発振回路４４
によって、第１の圧電素子２８の電極３６ａおよび第２
の圧電素子３０の電極４２ａに駆動信号が与えられる。
それによって、２つの圧電素子２８，３０は同期して変
位し、第１の振動体１２および第２の振動体１４は長さ
振動する。第１および第２の振動体１２，１４の振動に
よって、電極３６ｂ，４２ｂ形成部分も振動し、これら
の電極３６ｂ，４２ｂから同じ信号が出力される。この
信号が合成され、発振回路４４に帰還される。また、差
動増幅回路５０ではこれらの信号が相殺され、差動増幅
回路５０からは信号が出力されない。そのため、直流増
幅回路５６の出力信号も０であり、加速度が加わってい
ないことがわかる。

【００１８】この状態で、図５の矢印に示すように、第
１の振動体１２側から第２の振動体１４側に向かって加
速度による力が加わると、重り２４によって、第１の振
動体１２および第２の振動体１４に力が加わる。それに
よって、第１の振動体１２および第２の振動体１４は、
互いに逆方向に屈曲する。この屈曲によって、第１の圧
電素子２８および第２の圧電素子３０から信号が出力さ
れるが、電極３６ｂ形成部分および電極４２ｂ形成部分
の屈曲状態は逆向きであるため、これらの電極３６ｂ，
４２ｂから逆極性の信号が出力される。そのため、差動
増幅回路５０からは、大きい出力信号が得られる。

【００１９】差動増幅回路５０の出力信号は、同期検波
回路５２において、発振回路４４の位相補正回路４８の
信号に同期して検波される。この同期検波回路５２で
は、差動増幅回路５０の出力信号の正部分のみまたは負
部分のみ、または正負のいずれかを位相反転した両波が
検波される。検波された信号は平滑回路５４で平滑さ
れ、さらに直流増幅回路５６で増幅される。直流増幅回
路５６の出力信号は、第１および第２の振動体１２，１
４の屈曲量、すなわち加速度に対応した信号である。し
たがって、この出力信号を測定することによって、加わ
った加速度を検出することができる。また、加速度が逆
向きに加わった場合、第１および第２の振動体１２，１
４の屈曲方向は逆となるため、同期検波回路５２で検波
される信号の極性が変わり、直流増幅回路５６の出力信
号の極性も変わる。したがって、直流増幅回路５６の出
力信号の極性によって、加速度の方向を知ることができ
る。

【００２０】この加速度センサ１０では、第１の振動体
１２および第２の振動体１４を振動させているため、第
１の圧電素子２８および第２の圧電素子３０から常に信
号が出力される。そのため、静止加重に対しても、それ
に対応した信号を出力させることができる。したがっ
て、この加速度センサ１０では、静止加重から加速度ま
でを検出することができる。

【００２１】また、第１および第２の圧電素子２８，３
０は、第１および第２の振動体１２，１４の同じ側の面
に形成されているため、雰囲気温度が変化すると、熱膨
張係数の差によって、振動体１２，１４は同じ向きに湾
曲する。そのため、このような湾曲によって、電極３６
ｂ，４２ｂから出力される信号は同じであり、差動増幅
回路５０で相殺される。したがって、雰囲気温度の変化
による影響は小さく、誤差が小さくて、感度の良好な加
速度センサを得ることができる。

【００２２】なお、図４に示す回路では、電極３６ａ，
４２ａに駆動信号を与え、電極３６ｂ，４２ｂからの出
力信号を加速度検出用として用いたが、これらの関係を
逆にしてもよい。さらに、電極３６ａ，４２ｂに駆動信
号を与え、電極３６ｂ，４２ａからの出力信号を加速度
検出用として用いてもよい。また、図６に示すように、
第１の圧電素子２８の電極３６ａ，３６ｂは、第１の振
動体１２の幅方向の中央部を境として、その両側に配置
されてもよい。同様に、第２の圧電素子３０の電極４２
ａ，４２ｂは、第２の振動体１４の幅方向の中央部を境
として、その両側に配置されてもよい。この場合、たと
えば、外側の２つの電極３６ａ，４２ｂに駆動信号が与
えられ、内側の２つの電極３６ｂ，４２ａからの出力信
号が加速度検出用として用いられる。

【００２３】また、図７に示すように、第１および第２
の振動体１２，１４の長手方向の中央部において、これ
らの振動体１２，１４の縁部から延びるようにして、延
長部５８ａ，５８ｂを形成してもよい。そして、これら
の延長部５８ａ，５８ｂの間に、重り２４が取り付けら
れる。この場合、中央部の連結部２０から延びるように
して、支持部６０が形成される。この支持部６０として
は、金属板に切り込みを形成して折り曲げたものではな
く、図７に示すような１つの板状とすることもできる。
このような構造でも、上述の加速度センサと同様に、加
速度が加わることによって、第１および第２の振動体１
２，１４を逆向きに屈曲させることができる。

【００２４】さらに、図８に示すように、第１および第
２の振動体１２，１４の端部および連結部１６，１８の
端部に、折曲げ部６２を形成してもよい。このような折
曲げ部６２は、第１および第２の振動体１２，１４の端
部の変形を防止するための補強材として働く。そのた
め、第１および第２の振動体１２，１４には、加速度に
よる屈曲のみを発生させることができ、高精度の加速度
センサを得ることができる。

【００２５】また、上述の加速度センサでは、それぞれ
の圧電素子の電極を分割することで２つの入出力部を形
成したが、２つの圧電素子を用いて入出力部としてもよ
い。この場合、第１の振動体１２に２つの圧電素子が形
成され、第２の振動体１４には２つの圧電素子が形成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の加速度センサの一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図であ
る。

【図４】図１に示す加速度センサを使用するための回路
を示すブロック図である。

【図５】加速度が加わったときの加速度センサの状態を
示す斜視図である。

【図６】この発明の加速度センサの他の例を示す斜視図
である。

【図７】この発明の加速度センサのさらに他の例を示す
斜視図である。

【図８】この発明の加速度センサの別の例を示す斜視図
である。

【図９】従来の加速度センサの一例を示す図解図であ
る。

【符号の説明】１０加速度センサ１２第１の振動体１４第２の振動体１６，１８連結部２０連結部２２ａ，２２ｂ延長部２４重り２６ａ，２６ｂ支持部２８第１の圧電素子３０第２の圧電素子４４発振回路４６交流増幅回路４８位相補正回路５０差動増幅回路５２同期検波回路５４平滑回路５６直流増幅回路５８ａ，５８ｂ延長部６０支持部６２折曲げ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの板状の振動体、前記２つの振動体の両端および中央部を連結するための
連結部、前記２つの振動体の同じ側の面に形成され、２つの入出
力部を有する圧電素子、および前記振動体の中央部に対
応する位置に配置され、前記振動体に加速度による慣性
力を得るための重りを含み、加速度によって２つの前記振動体が逆向きに変形するよ
うにした、加速度センサ。
【請求項２】前記圧電素子の２つの入出力部は、前記
振動体の長手方向の中央部を境としてその両側に配置さ
れた、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】前記圧電素子の２つの入出力部は、前記
振動体の幅方向の中央部を境としてその両側に配置され
た、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項４】前記重りは前記２つの振動体の中央部を
連結する前記連結部から延びる延長部に取り付けられ、
前記２つの振動体の長手方向の中央部における前記振動
体の縁部が支持される、請求項１ないし請求項３のいず
れかに記載の加速度センサ。
【請求項５】前記重りは前記２つの振動体の長手方向
の中央部における前記振動体の縁部から延びる延長部に
取り付けられ、前記２つの振動体の中央部を連結する前
記連結部が支持される、請求項１ないし請求項３のいず
れかに記載の加速度センサ。
【請求項６】それぞれの前記圧電素子の一方の入出力
部を駆動用とし、他方の入出力部を検出用とし、前記検
出用の入出力部からの出力信号の和を帰還信号として前
記駆動用の入出力部に駆動信号を与える発振回路を構成
し、かつ前記検出用の入出力部からの出力信号の差を加
速度検出信号とした、請求項１ないし請求項５のいずれ
かに記載の加速度センサ。