JPS63252257A - 加速度検出装置 - Google Patents

加速度検出装置

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JPS63252257A
JPS63252257A JP62246691A JP24669187A JPS63252257A JP S63252257 A JPS63252257 A JP S63252257A JP 62246691 A JP62246691 A JP 62246691A JP 24669187 A JP24669187 A JP 24669187A JP S63252257 A JPS63252257 A JP S63252257A
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fixed
weight
deformation
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Akihiro Kobayashi
聡宏 小林
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、加速度を検出する加速度検出装置に関するも
のである。
（従来の技術） 従来より、第１６図に示した加速度検出装置が知られて
いる。この検出装置は、一端が台座３に固定され、他端
が自由端とされた片持梁１と、片持梁ｌの表面に形成さ
れた歪ゲージ２を備えている。
この検出装置に加速度が加えられると、片持梁１の自由
端が変位し、片持梁ｌには撓みが発生する。そして、片
持梁ｌに発生した撓みは、歪ゲージ２によって電気信号
に変換される。
ところで、片持梁ｌに発生する撓みは、加速度の大きさ
に比例する。したがって、歪ゲージ２によって変換され
た電気信号は、加速度の大きさに比例した信号となる。
このような加速度検出装置は、例えば特開昭６１−１３
９７５８号公報等に提案されている。
（発明が解決しまうとする問題点） 上述した従来の加速度検出装置において、より小さなレ
ベルの加速度を検出可能にするためには、小さなレベル
の加速度に対し、片持梁ｌを大きく撓ませる必要がある
。
他にも、電気的増幅手段の増幅率を比較的高く設定して
、歪ゲージ２によって変換された電気信号を増幅する方
法も考えられるが、この方法は好ましくない。なぜなら
ば、必要な電気信号だけではなく雑音成分も同時に増幅
されてしまうからである。
小さなレベルの加速度に対し、大きく撓む片持梁ｌを構
成するためには、片持梁１の機械的強度を低下させるこ
と、即ち、片持梁１を細くしたり、片持梁１の他端に重
りを取り付け、自由端の質量を増すこと等が必要となる
。
ところが、片持梁ｌの機械的強度を低下させると、通常
使用する加速度に比べて比較的大きな加速度が加えられ
た後に、加速度の検出が正常に行えなくなることがある
。なぜならば、片持梁１の折損や片持梁１の塑性変形等
により、加速度の検出特性が変化してしまうからである
。
そこで、本発明は、より小さなレベルの加速度を検出す
ることができ、しかも比較的大きな加速度が加わっても
加速度の検出特性が変化しにくい加速度検出装置を構成
することを技術的課題とする。
〔発明の構成〕
（問題点を解決するための手段） 前述した技術的課題を達成するために講じた技術的手段
は、台座と、該台座に両端が固定された両端固定梁と、
該両端固定梁の略中央部に設けられ、前記両端固定梁の
長手方向に対して垂直方向に突出する重りと、前記両端
固定梁の変形量を検出する検出手段とを設けたことであ
る。
（作用） 本発明の加速度検出装置に加速度が加えられると、重り
には加速度の大きさに比例した力が発生する。重りは両
端固定梁の長手方向に対して垂直方向に突出して配設さ
れているので、重りに発生した力は、両端固定梁を捻じ
る方向の応力として作用し、両端固定梁に加速度の大き
さに応じた捻じれ変形を発生させる。そしてこの時、両
端固定梁に発生した変形量は検出手段によって検出され
る。
ところで、本発明の加速度検出装置は、両端を固定した
梁、即ち、両端固定梁を使用している。
従って、比較的大きな加速度により、梁に大きな応力が
作用しても、作用した応力は梁の両端に分散して支承さ
れる。即ち、本発明の加速度検出装置では、梁の一端に
応力が集中しないので、比較的大きな加速度が加えられ
ても梁の折損等は発生しない。
また、本発明の加速度検出装置では、梁に捻じれ変形が
発生するよう構成されている。捻じれ変形は、梁の全長
に均一に分布する特性を有することから、梁は比較的大
きな変形量に耐えることができる。従って、本発明の加
速度検出装置は、より小さな加速度から比較的大きな加
速度まで連続的に検出することができる。
このように、本発明によれば、より小さなレベルの加速
度を検出することができ、しかも比較的大きな加速度が
加わっても加速度の検出特性が変化しにくい加速度検出
装置を構成することができる。
ところで、本発明の加速度検出装置では、加速度に応じ
て変位する重りの軌跡が、両端固定梁の長手方向の軸を
中心とした円軌跡を描（、シたがって、両端固定梁に作
用する応力は、両端固定梁の変形量が大きくなるに従っ
て減少する。結果として、本発明の加速度検出装置では
、加速度の大きさが非常に大きくなると、加速度の大き
さと両端固定梁の変形量が比例しなくなる。それゆえに
、予め定められた許容誤差に応じて、検出できる加速度
の範囲を予め設定しておくことが好ましい。
そこで、本発明の好ましい実施！様においては、重りの
周囲に所定の間隙を設けてストッパ部材を配設する。
そうすれば、両端固定梁が所定量変位したところで重り
とストッパ部材が当接し、加速度検出装置が検出でき２
加速度が所定の範囲内に制限される。
本発明のその他の目的、及び優位点は図面を参照した以
下の説明により明らかにする。
（実施例） 以下、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。
第１図と第２図は本発明の第１実施例を示す。
図示されているように、第１実施例は、台座１２゜１３
と、台座１２．１３に両端が固定された両端固定梁１１
と、両端固定梁１１の中央部に設けられ、両端固定梁１
１の長手方向に対して垂直方向に突出する重り１５と、
両端固定梁１１の変形量を検出する歪ゲージ１６とを主
要な構成要件とする加速度検出装置１０である。
両端固定梁１１の両端は、台座１２と台座１３によって
、それぞれ固定されている。この両端固定梁１１の中央
部には、突出部材１４が両端固定梁１１に固定されてい
る。この突出部材１４は、両端固定梁１１の一側面１１
ａに対して垂直に突き出している。また、この突出部材
１４の一端には、重り１５が固定されている。
一方、両端固定梁１１には、重り１５の両側に二つの歪
ゲージ１６が貼り付けられている。二つの歪ゲージ１６
は、両端固定梁１１の−−面に、互いに平行に、かつ、
両端固定梁１１の長手方向に対して４５度傾斜した方向
の歪を検出するように貼着されている。この歪ゲージ１
６は、リード線（図示せず）により信号処理回路２１に
接続される。
両端固定梁１１、および、台座１２．１３は、ケース１
７の内部に収納されている。ケース１７には、ストッパ
１８が固定されている。ストッパ１８と重り１５との間
にには、隙間２０が存在する。隙間２０の大きさは、両
端固定梁１１の機械的強度に合わせて設定してもよいが
、第１実施例では、加速度検出装置１０の許容誤差に応
じて設定している。
誤差が発生する原因を第３図を参照して説明する。加速
度検出装置１０に加速度αが加えられると、重り１５に
は加速度の大きさに比例した力Ｆが発生する。この時、
重り１５は、両端固定梁１１の捻じれ変形により、両端
固定梁１１の長手方向の軸１１ｂを中心に回転する。
重り１５が回転すると、重りに発生する力Ｆが一定であ
るにも係わらず、両端固定梁１１の捻じれ変形に関与す
る応力ｆは減少する。従って、両端固定梁１１の捻じれ
変形量が大きくなればなるほど、即ち、加えられる加速
度の大きさが大きくなればなるほど、実際の加速度αと
両端固定梁１１の捻じれ変形量が比例しなくなり、誤差
が増大する。それゆえに、第１実施例では許容誤差の大
きさに応じて重り１５とストッパ１８の間隙２０の大き
さを決定している。
再び第１図と第２図を参照して、第１実施例の加速度検
出装置１０の動作を説明する。
第２図に示したＸ−Ｘ方向に加速度が加えられると、重
り１５には、加速度の大きさに比例した力が発生する。
重り１５に発生した力は、両端固定梁１１に作用し、両
端固定梁１１に、加速の大きさに比例した大きさの捻じ
れ変形を引き起こす。
この時、両端固定梁１１に発生した捻じれ変形は、両端
固定梁１１の全長に均一に分布する。
両端固定梁１１に捻じれ変形が発生すると、両端固定梁
１１には、変形量に応じた大きさの歪が発生する。両端
固定梁１１に発生した歪の大きさは、歪ゲージ１６によ
り電気信号に変換される。
また、過大な加速度が加えられると、両端固定梁１１に
過大な捻じれ変形が発生するが、ストッパ１８により捻
じれ変形の最大量が予め設定されているので、両端固定
梁１１が折損や塑性変形を起こすことはない。
ところで、第１実施例の加速度検出装置１０は、両端固
定梁１１の捻じれ変形を利用して加速度の検出を行う０
両端固定梁１１に捻じれ変形が発生すると、両端固定梁
１１の表面には圧縮歪と引張歪が互いに直行する方向に
同時に発生する。発生した圧縮歪と引張歪は両端固定梁
１１の長手方向の軸１１ｂに対して、それぞれ４５度の
角度で交わる。従って、歪ゲージ１６を両端固定梁１１
の長手方向に対して４５度傾斜した方向に向けて貼り付
ければ、圧縮歪と引張歪のどちらか一方が電気信号に変
換される。
また、第１実施例の加速度検出装置ＩＯは、重り１５を
両端固定梁ｌｌの中央に固定しているので、両端固定！
９１１には、重り１５を中心とした左右対称な捻じれ変
形が発生する。
従って、二つの歪ゲージ１６を、■重り１５（７）両側
に、■互いに平行に、しかも■両端固定梁１１の長手方
向に対して４５度傾斜した方向に貼り付けることにより
、ホイートストーンブリッジ回路の適用が可能となる。
なぜならば、一方の歪ゲージ１６で圧縮歪を検出し、他
方の歪ゲージ１６で引張歪を検出するように構成できる
からである。
第４図に第１実施例の信号処理回路２１を示す。
ホイートストーンブリッジ回路は、既に多くの文献に紹
介されているので、詳細な回路動作の説明は省略するが
、二つの歪ゲージ１６をホイートストーンブリッジ回路
に組み込むことによって、加速度検出装置１０は、温度
変化等による歪ゲージの特性の変化を相殺し、小さなレ
ベルの加速度を精度よく検出できるようになる。
さらに、第１実施例の加速度検出装置ｌＯは、両端固定
梁１１の全長に均一な捻じれ変形が発生するので、両端
固定梁ｌｌの全長に均一な歪が発生する。従って、歪ゲ
ージ１６の張り付は位置がばらついても、二つの歪ゲー
ジ１６が互いに平行で、かつ両端固定梁１１の長手方向
に対して４５度傾斜した方向に張り着けてありさえすれ
ば、加速度検出装置ｔｏの特性はばらつかない、それゆ
えに、第１実施例は、特性の均一な加速度検出装置１０
を大量生産するのに通している。
次に、本発明の第２実施例を説明する。第５図と第６図
は本発明の第２実施例を示す、第２実施例は、第１実施
例の突出部材１４を省略し、両端固定梁１１に重り１５
を直接固定した例である。
また、第２実施例では、第１実施例のストッパ１８を省
略し、隙間２０を重り１５とケース１７の間に設けてい
る。隙間２０の大きさは、第１実施例と同様に、加速度
検出装置１０の許容誤差に応じて設定しである。
他の構成は前述した第１実施例の加速度検出装置ｌＯと
同様であるので、説明を省略する。
次に、本発明の第３実施例を説明する。第７図、第８図
、及び、第９図は本発明の第３実施例を示す、第３実施
例は、第１実施例で二つ使用されていた歪ゲージ！６を
四つに増やした例である。
四つの歪ゲージｌ　６　ａ、１６　ｂ、１６　ｃ、１６
　ｄは以下のように配設される。即ち、歪ゲージ１６ａ
と１６ｃは、■両端固定梁１１の一面に、■重り１５の
両側に、■互いに平行に、かつ、■両端固定梁１１の長
手方向に対して＋４５度傾斜した方向の歪を検出するよ
うに貼着される。また、歪ゲージ１６ｂと１６ｄは、■
両端固定梁１１の一面に、■重り１５の両側に、■互い
に平行に、かつ、■両端固定梁１１の長手方向に対して
一４５度傾斜した方向の歪を検出するように貼着される
。そして、これら四つの歪ゲージ１６ａ−１６４は、リ
ード線（図示せず）により信号処理回路２２に接続され
る。
第３実施例の信号処理回路２２は、周知のホイートスト
ーンブリッジ回路であるので、詳細な回路動作の説明は
省略するが、四つの歪ゲージ１６ａ〜１６ｄを用いてホ
イートストーンブリッジ回路を構成することにより、加
速度検出装置１０は、温度変化等による歪ゲージの特性
の変化を相殺し、より小さなレベルの加速度を精度よく
検出できるようになる。
他の構成は前述した第１実施例の加速度検出袋ＷＩＯと
同様であるので、説明を省略する。
次に、本発明の第４実施例を説明する。第１０図と第１
１図は本発明の第４実施例を示す。第４実施例は、第３
実施例の両端固定梁１１の取り付は方向を、両端固定梁
１１の長手方向の軸１１ｂを中心に９０度回転させた例
である。即ち、第３実施例の加速度検出装置１０におい
て、重り１５の突出方向を長手方向の軸１１ｂを中心に
９０度回転させた例である。
第４実施例の加速度検出装置１０では、両端固定梁１１
の機械的強度が高い方向に重り１５が突出しているので
、第１０図に示したＹ−Ｙ方向、及び、Ｚ−Ｚ方向の加
速度に対する両端固定梁ｌｌの変形量が少ない、それゆ
えに、第４実施例では、第１１図に示したＸ−Ｘ方向の
加速度のみを検出する特性、即ち指向性に優れた加速度
検出装置１０が構成できる。また、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚ方向
に過大な加速度に対して耐久性の高い加速度検出装置が
構成できる。
他の構成は前述した第３実施例の加速度検出装置１０と
同様であるので、説明を省略する。
次に、本発明の第５実施例を説明する。第１２図は本発
明の第５実施例を示す。第５実施例は、第４実施例の構
成を簡略化し、シリコンウェハ２３をマイクロマシーニ
ングすることにより、両端固定梁１１．突出部材１４．
重り１５を一体に形成した例である。
第５実施例では、歪ゲージ１６ａ〜１６ｄはシリコンの
拡散抵抗として両端固定梁１１に直接形成しである。そ
れゆえに、歪ゲージ１６ａ〜１６ｄの取り付は位置を非
常に精密に設定することができ、特性の均一な加速度検
出装置１０を大量生産するのに適している。
また、第５実施例では、エツチングによって両端固定梁
１１を薄くすることができる。従って、検出すべき最小
レベルの加速度に応じて、両端固定梁１１の厚さを任意
に設定することができる。
他の構成は前述した第４実施例の加速度検出装置１０と
同様であるので、説明を省略する。
次に、本発明の第６実施例を説明する。第１３図は本発
明の第６実施例を示す、第６実施例は、両端固定梁１１
の変形量を検出する検出手段として、第４実施例の歪ゲ
ージ１６ａ〜１６ｄに代えて光センサを使用した例であ
る。
第１３図を参照して説明する。ケース１７の外側には、
光源としての発光ダイオード２４が固定されている。発
光ダイオード２４には光ファイバ２５の一端が固定され
ている。そして、光ファイバ２５の他端は、重り１５に
固定されている。発光ダイオード２４が発生した光は、
光ファイバ２５の他端から、半導体装置検出素子２６に
入射する。なお、半導体装置検出素子２６は、入射した
光の位置を電圧、または電流のレベルに変換する素子で
ある。
第６実施例の加速度検出装置１０では、加速度が加えら
れて両端固定梁１１が変形すると、両端固定梁１１の変
形量に応じて半導体装置検出素子２６に入射する光の位
置が変移し、半導体装置検出素子２６から加えられた加
速度に比例した電圧が出力される。
他の構成は前述した第４実施例の加速度検出装置ｌＯと
同様であるので、説明を省略する。
次に、本発明の第７実施例を説明する。第１４図は本発
明の第７実施例を示す。第７実施例は、両端固定梁１１
の変形量を検出する検出手段として、第４実施例の歪ゲ
ージ１６ａ〜１６ｄに代えて一次コイル２７と二つの二
次コイル２８を巻回した例である。
第１４図を参照して説明する０重り１５には、−次コイ
ル２７が巻回されており、−次コイル２７は所定の周波
数の交流電圧によって励磁される。
また、重り１５の近傍には、−次コイル２７に対向して
二つの二次コイル２Ｂが巻回されている。
二次コイル２８は、固定手段（図示せず）によってケー
ス１７に固定されている。なお、重り１５と二次コイル
２８の間には、所定の大きさの空隙が設けてあり、両端
固定梁１１が変形し、重り１５が変位しても、重り１５
と二次コイル２８が干渉することはない。
第７実施例の加速度検出装置１０では、加速度が加えら
れて両端固定梁１１が変形すると、両端固定梁１１の変
形量に応じて一次コイル２７と二次コイル２８の間の相
互インダクタンスが変化し、二次コイル２８に発生する
誘導電圧が変化する。
二つの二次コイル２８は、第１５図に示した信号処理回
路２９にそれぞれ入力され、信号処理回路２９からは、
加速度の大きさに比例した電圧が出力される。
他の構成は前述した第４実施例の加速度検出装置ｌＯと
同様であるので、説明を省略する。
以上′の説明から明らか・なように、本発明は様々な実
施態様で実施可能である。従って、両端固定梁１１に重
り１５を固定する固定手段や両端固定梁１１の変形量を
検出する検出手段等は種々の変更が可能である。
ところで、一般に両端固定梁１１を捻じるために必要な
応力は、両端固定梁１１の長さと無関係に定まることが
知られている。それゆえに、本発明の実施例として示し
た加速度検出装置では、両端固定梁の長さを短く設定す
ることにより、検出可能な加速度のレベルを低下させる
ことなく、両端固定梁１１の曲げ方向の強度を上げるこ
とができる。
また、本発明の実施例として示した加速度検出装置では
、両端固定梁１１の変形量が大きく取れる上に、両端固
定梁１１から重り１５が突出している。それゆえに、重
り１５の先端の移動量が大きくなる。従って、ストッパ
１８の取り付は位置が極めて容易に設定できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、より小さなレベルの加速度を検出する
ことができ、しかも比較的大きな加速度が加わっても加
速度の検出特性が変化しにくい加速度検出装置を構成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例を描いた縦断面図である
。 第２図は、本発明の第１実施例を描いた横断面図である
。 第３図は、本発明の第１実施例において、誤差が発生す
る原因を説明した説明用概略断面図である。 第４図は、本発明の第１実施例の信号処理回路を描いた
回路図である。 第５図は、本発明の第２実施例を描いた縦断面図である
。 第６図は、本発明の第２実施例を描いた横断面図である
。 第７図は、本発明の第３実施例を描いた縦断面図である
。 第８図は、本発明の第３実施例を描いた横断面図である
。 第９図は、本発明の第３実施例の信号処理回路を描いた
回路図である。 第１０図は、本発明の第４実施例を描いた縦断面図であ
る。 第１１図は、本発明の第４実施例を描いた横断面図であ
る。 第１２図は、本発明の第５実施例を描いた斜視図である
。 第１３図は、本発明の第６実施例を描いた縦断面図であ
る。 第１４図は、本発明の第７実施例を描いた縦断面図であ
る。 第１５図は、本発明の第７実施例の信号処理回路を描い
た回路図である。 第１６図は、従来の加速度検出装置を描いた平面図であ
る。 ｌＯ・・・加速度検出装置 １１・・・両端固定梁（両端固定梁） １２．１３・・・台座（台座） １４・・・突止部材 １５・・・重り　（重り） １６・・・歪ゲージ（検出手段） １７・・・ケース（ストッパ部材） １８・・・ストッパ（ストッパ部材） ２０・・・隙間 ２１・・・信号処理回路 ２２・・・信号処理回路 ２３・・・シリコンウェハ ２４・・・発光ダイオード（検出手段）２５・・・光フ
ァイバ（検出手段） ２６・・・半導体装置検出素子（検出手段）２７・・・
−次コイル（検出手段） ２８・・・二次コイル（検出手段） ２９・・・信号処理回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）台座と、 該台座に両端が固定された両端固定梁と、 該両端固定梁の略中央部に設けられ、前記両端固定梁の
    長手方向に対して垂直方向に突出する重りと、 前記両端固定梁の変形量を検出する検出手段と、を備え
    た加速度検出装置。
  2. （２）前記台座は、さらに、 前記重りの周囲に所定の間隙を有して配設され、前記重
    りが所定量変位した時、当接するストツパ部材を有する
    、特許請求の範囲第１項に記載の加速度検出装置。
JP62246691A 1986-11-20 1987-09-30 加速度検出装置 Pending JPS63252257A (ja)

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