JPS6375568A - 加速度検出器 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両、搬送機、ロボットアームなどのように
、人、物を移動させる装置の加速度検出や、物体の衝突
、接′触の際に生じる加速度及びその変化の検出に用い
られる加速度検出器に関するものである。

（従来の技術） 車両、エレベータ等大を移動させることを目的とする各
種装置に於て人に出来るだけ加速度の変化を感じさせな
いことが望ましい。

すなわち、人の質量をＭとした場合、人に与えられる力
ＦはＦ＝Ｍα（α；加速度）であり、加速度が一定であ
れば、人体は一定の力を感じるだけでゆすられた感じは
しない。

自動車等においては、タイヤのグリップ力を１廻る力を
生ずるような加減速、急ハンドリングは危険であり、又
、乗ってる人に不快感を与える。

これらは人だけに限らず物に対しても同じことである。

以上のことから加速度を検出することは、これらの装置
において重要視されている。

従来ピエゾ圧電効果を利用した加速度検出器が実用上多
くの利便を有しているとして多数使用されている。

このピエゾ圧電効果とは、ある素子が力を受けひずみを
生じると電荷を発生する現象をいい、この素子をピエゾ
圧電素子という。

例えば、チタン酸バリウム磁器のような代表的ピエゾ圧
電素子もあり、最近では有機性の特殊プラスチック等ま
で幾多の素子が開発されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の加速度検出器では電荷を測定して
加速度を検出しようとするものであるから、時間的な変
化が極めて少ない加速度（例えば重力加速度）の計測は
不向きである。ところが、加速度計としての周波数特性
は低周波域までフラン１−であることが望まれている。

従来の加速度検出器については、１１４２以下の低周波
域までフラットにすることは困難であること、また極め
て高い入力インピーダンスを有する増幅器いわゆるチャ
ージアンプを必要とする等の問題があった。

本発明はこれらの欠点を解決するためにシリコン単結晶
のピエゾ抵抗効果の圧力センサを利用した加速度検出器
を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明を実施例に対応する第
１図を用いて説明する。

本発明による加速度検出器は、一端に通孔６ａが設けら
れ、その通孔６ａを伸縮膜９で密封した閉塞部を有する
中空筒体１の中空部１ｂに他端の開口部１ａより圧力セ
ンサ４の圧力室４ｆの圧力導入管４ａが挿入され、上記
中空部１ｂに外周面にシール部材３の固着された質量体
２が上記中空部１ｂの内周壁１ｃに上記シール部材３を
経て摺接された状態で収納され、上記質量体２と上記圧
力導入管４ａとの間の中空部１ｄ及び上記圧力センサ４
の圧力室４ｆ及び上記質量体２と上記伸縮膜９との間の
中空部１ｅ内に非圧縮性流体５が充填されて構成される
。

（作用） 本発明によれば、シリコン単結晶のピエゾ抵抗効果を利
用した圧力センサ４を用い、圧力伝達の方法として中空
部１ｂに外周面にシール部材３が固着され、中空部１ｂ
の内周壁］、ｃにシール部材３が摺接した状態で中空部
１ｂに収納された質量体２と中空筒体１との相対的な移
動が非圧縮性流体５によって圧力センサ４に圧力として
伝達されるので加速度検出器に印加された加速度に応じ
た圧力センサ４からの電気信号出力を得ることができる
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の加速度検出器を説明する断
面図であり、図中１は金属製の中空筒体、２は質量体、
３はシール部材、４は圧力センサ、５は非圧縮性流体、
６は閉塞部で６８の通孔が設けられ、その一端を９の伸
縮膜で密封しである。

また１ａは中空筒体１の開口部、１ｂは中空筒体１の中
空部、１　ｃは中空部１ｂの内周壁となっている。

尚、圧力センサ４は第２図に示すように４ｆの圧力室に
連通した４ａの圧力導入管、４ｂのダイヤフラム、４ｃ
のリードピン、４ｄの温度特性補償基板が４０のケース
に固定され構成されている。

そしてリードピン４ｃが４ｈの増幅器に接続されている
。

圧力導入管４ａより非圧縮性流体５を介して圧力が圧力
室４ｆのダイヤフラム４ｂに伝達されると、ダイヤフラ
ム４ｂ上にホイートストンブリッジ状に形成されたピエ
ゾ感圧抵抗体（図示せず）にひずみを生じ、抵抗値が変
化しブリッジの平衡がくずれ、ある一定入力電圧に対し
て出力電圧に変化を生じる。この出力電圧がひずみ、即
ち圧力に比例することを利用したものがピエゾ抵抗型圧
力センサである。

次に本発明の詳細な説明する。第３図、第４図は圧力セ
ンサ４を除いた断面図である。

今、第３図のような質量体２の位置を基準とすると、第
４図の矢印方向に加速度検出器に力を加えて移動させる
と、質量体２はシール部材３により中空部１ｂの内周壁
１ｃに摺接された状態であるため慣性により、基準位置
にとどまろうとする。

即ち、中空筒体１と質量体２は相対的に移動し、その移
動は非圧縮性流体５を通して圧力センサ４に圧力上昇と
して伝達される。一方中空部］−ｂ内の圧力はシール部
材３によって非圧縮性流体５を中空部１ｅには移動させ
ず、また中空部１ｅより大気中へは伸縮膜により放出さ
れない。

こうして前述のように圧力センサ４がらは圧力に比例し
た電気信号出力を得ることができるので加速度検出器と
しての機能を満足できる。

本発明では圧力センサ４はピエゾ抵抗効果を利用したも
ののためピエゾ圧電効果型と違い、前記ブリッジ状に形
成された感圧抵抗体に一定の久方電圧を与え、圧力によ
って生ずるダイヤフラム４ｂのひずみに応じた抵抗変化
から出力を得るので時間的変化が遅い場合（例えば重力
加速度）は出力が直流分で現われる。従って検出器とし
ての周波数特性は極く低周波域までフラットになること
を可能とし、チャージアンプも必要とはしない。

尚、シール部材３と質量体２とは第５〜７図に示すよう
にシール部材３にダイヤフラム３ａ、質量体には比重の
比較的大きい鉛をそれぞれ使用しく８） たもの（第５図）。

または、シール部材３に磁性流体３ｂ、質量体２にはマ
グネット７と強磁性体８で構成されたものを使用したも
の（第６図）。

もしくは、シール部材３に高粘度油３ｃ、質量体２には
比較的比重の大きい鉛をそれぞれ使用したもの（第７図
）等が適している。

さらに、非圧縮性流体５としては圧縮率が２゜Ｘ　１０
−６Ｃａｌ／ｋｇ　ｆ　）以下、粘度が１−０２（Ｐａ
・Ｓ）以上の液体が適しているが第６図で示したシール
部材３に磁性流体３ｂ、質量体２にマグネッ１〜７と強
磁性体８とで構成されたものに対して、流動パラフィン
またはグリセリンは磁性流体と混合しない点で適してい
る。

尚、さらに第５図、第７図で示したシール部材３、質量
体２に対しては、上述の流動パラフィン、グリセリンは
勿論のこと、シリコンオイル、真空油、機械油等が適し
ている。

また、第８〜９図に伸縮膜９にダイヤフラム９ａ、ベロ
ーズ９ｂを用いたものの一部拡大図を示す。伸縮膜９に
ダイヤフラム９ａを用いたものであり第９図は伸縮膜９
にベローズ９ｂを用いたものである。

（発明の効果） 以」二説明したように１本発明によれば加速度検出器と
して、ピエゾ抵抗効果型圧力センサを使用するので直流
成分から始まる極く低周波域での周波数特性をフラット
にすることができ、極めて高い入力インピーダンスを有
する増幅器をも必要としない利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した断面図、第２図は圧
力センサの構成断面図、第３図、第４図は圧力発生原理
を示した断面図、第５図はシール部材にダイヤフラムを
使用した断面図、第６図はシール部材に磁性流体を使用
した断面図、第７図はシール部材に高粘度油を使用した
断面図、第８図は伸縮膜にダイヤフラムを使用した断面
図、第９図は伸縮膜にベローズを使用した断面図。 １　・中空筒体　１ａ・・開口部　　１ｂ・・中空部（
］Ｏ） １ｃ・・内周壁　１ｄ・・中空部 １ｅ・・中空部 ２・・質量体 ３・・シール部材　３ａ・・ダイヤフラム３ｂ・・磁性
流体 ３ｃ・・高粘度油 ４・・圧力センサ　４ａ・・圧力導入管４ｂ・・ダイヤ
フラム ４ｃ・・リードピン ４ｄ・・温度特性補償基板 ４ｅ・・ケース ４ｆ・・圧力室 ４ｇ・・通孔　　４ｈ・・増幅器 ５・・非圧縮性流体 ６・・閉塞部　６ａ・・通孔 ７・・マグネット ８・・強磁性体 ９・・伸縮膜　９ａ・・ダイヤフラム ９ｂ・・ベローズ 特許出願人　コパル電子株式会社 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 第２図 第３図 ５　１ｄ　　　　　２　１ｅ 第５図 第６図 第７図 第８図 ５　　　１ｅ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６１年特許願第２１．７９０２号 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 ５、補正により増加する発明の数 ６、補正の対象　　　　　　　　　図面（全回）７、補
正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端に通孔が設けられ、その通孔を伸縮膜で密封し
   た閉塞部を有する中空筒体の中空部に他端の開口部より
   圧力センサの圧力室の圧力導入管が挿入され、 上記中空部に外周面にシール部材の固着された質量体が
   上記中空部の内周壁に上記シール部材を経て摺接された
   状態で収納され、 上記質量体と上記圧力導入管との間の中空部及び上記圧
   力センサの圧力室及び上記質量体と、上記伸縮膜との間
   の中空部内に非圧縮性流体が充填され、 てなることを特徴とする加速度検出器 ２、上記圧力センサはシリコン単結晶のピエゾ抵抗効果
   を利用した圧力センサであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の加速度検出器 ３、上記質量体は比重の大きい金属、上記シール部材は
   ダイヤフラムでそれぞれ構成されたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の加速度検出器 ４、上記質量体は永久磁石または永久磁石と強磁性体の
   組合せからなり、上記シール部材は磁性流体でそれぞれ
   構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の加速度検出器 ５、上記質量体は比重の大きい金属、上記シール部材は
   高粘度油でそれぞれ構成されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の加速度検出器 ６、上記非圧縮性流体は圧縮率が２０×１０＾−＾６（
   ｃｍ＾２／ｋｇｆ）以下、粘度が１０＾２（Ｐａ・Ｓ）
   以上の液体であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の加速度検出器 ７、上記伸縮膜はダイヤフラム又はベローズであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加速度検出器