JP2001343395A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は振動を電気信号に変
換する加速度センサに関し、特に自動車等に搭載され、
ノッキング制御・エアバッグ制御等を行うことができ、
所定の周波数で平坦特性（フラット型）を有する加速度
センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for converting vibration into an electric signal, and more particularly, it is mounted on an automobile or the like.
Knocking control, airbag control, etc. can be performed.
The present invention relates to an acceleration sensor having a flat characteristic (flat type) at a predetermined frequency.
【０００２】一般に、加速度センサとして実用化されて
いるものは電磁型・圧電型・半導体型・コンデンサ型等
種々の方式がある。この中で、圧電型の加速度センサを
例にとって説明する。また、特性方式として、所定周波
数範囲にて感度の共振周波数ｆ0点を利用する共振型と
平坦部を利用する非共振型があるが、後者の非共振型に
関して説明する。In general, there are various types of sensors practically used as an acceleration sensor, such as an electromagnetic type, a piezoelectric type, a semiconductor type, and a capacitor type. Among them, a piezoelectric acceleration sensor will be described as an example. As the characteristic method, there are a resonance type using a resonance frequency f 0 point of sensitivity in a predetermined frequency range and a non-resonance type using a flat portion. The latter non-resonance type will be described.
【０００３】さらに、非共振型の中では圧電素子と重り
を用いた圧縮型タイプが一般的なので、このタイプの加
速度センサを図13に基づいて説明する。Further, among non-resonant types, a compression type using a piezoelectric element and a weight is generally used. This type of acceleration sensor will be described with reference to FIG.
【０００４】図13は従来の加速度センサを示す図であ
り、図13において、有底筒状の金属ケース１には測定物
（エンジン等）に固定するためのネジ部１ａが形成され
ている。FIG. 13 is a view showing a conventional acceleration sensor. In FIG. 13, a bottomed cylindrical metal case 1 is formed with a screw portion 1a for fixing to an object to be measured (engine or the like).
【０００５】また、金属ケース１の内周底面にはネジタ
ップ１ｂが形成されており、このネジタップ１ｂには固
定ネジ２が螺合されるようになっている。また、金属ケ
ース１の底面にはドーナツ状円盤型の圧電素子３が設け
られており、この圧電素子３の両面には出力用電極３
ａ、３ｂが取付けられている。A screw tap 1b is formed on the inner bottom surface of the metal case 1, and a fixing screw 2 is screwed into the screw tap 1b. A donut-shaped disk-shaped piezoelectric element 3 is provided on the bottom surface of the metal case 1, and output electrodes 3 are provided on both sides of the piezoelectric element 3.
a, 3b are attached.
【０００６】また、圧電素子３上には図14（ａ）に示す
ように中空状の金属等の重り４が搭載されており、この
重り４は圧電素子３への負荷を構成している。また、こ
れら圧電素子３および重り４は固定ネジ２によって金属
ケース１のネジタップ１ｂに固定されている。A weight 4 made of a hollow metal or the like is mounted on the piezoelectric element 3 as shown in FIG. 14A, and the weight 4 constitutes a load on the piezoelectric element 3. The piezoelectric element 3 and the weight 4 are fixed to the screw tap 1b of the metal case 1 by the fixing screw 2.
【０００７】また、圧電素子３および重り４と固定ネジ
２の間には絶縁チューブ５が介装されており、この絶縁
チューブ５は金属ケース１と重り４が固定ネジ２を介し
てショートするのを防止するものである。Further, an insulating tube 5 is interposed between the piezoelectric element 3 and the weight 4 and the fixing screw 2, and this insulating tube 5 is short-circuited between the metal case 1 and the weight 4 via the fixing screw 2. It is to prevent.
【０００８】また、固定ネジ２の頭部２ａと重り４の間
には絶縁スペーサ６が設けられており、この絶縁スペー
サ６は金属ケース１と重り４が固定ネジ２を介してショ
ートするのを防止するものである。Further, an insulating spacer 6 is provided between the head 2a of the fixing screw 2 and the weight 4, and this insulating spacer 6 prevents the metal case 1 and the weight 4 from being short-circuited via the fixing screw 2. It is to prevent.
【０００９】また、絶縁スペーサ６と重り４の間には接
続端子７が介装されており、圧電素子３の出力は金属ケ
ース１と重り４および接続端子７を介した間から取り出
されるようになっている。また、絶縁スペーサ６および
接続端子７は固定ネジ２によって金属ケース１のネジタ
ップ１ｂに固定される。なお、金属ケース１は、一般的
には後段電気回路のアースとなるように構成されてい
る。A connection terminal 7 is interposed between the insulating spacer 6 and the weight 4 so that the output of the piezoelectric element 3 is taken out from between the metal case 1 and the weight 4 and the connection terminal 7. Has become. Further, the insulating spacer 6 and the connection terminal 7 are fixed to the screw tap 1 b of the metal case 1 by the fixing screw 2. In addition, the metal case 1 is generally configured to be a ground of a subsequent electric circuit.
【００１０】また、金属ケース１の上端開口部にはコネ
クタ本体８がカシメ部１ｃによって固定されており、金
属ケース１とコネクタ本体８の間にＯリング９が介装さ
れることにより、金属ケース１とコネクタ本体８の連結
部が防水されている。A connector body 8 is fixed to the upper end opening of the metal case 1 by a caulking portion 1c. An O-ring 9 is interposed between the metal case 1 and the connector body 8 so that the metal case 1 The connection between the connector 1 and the connector body 8 is waterproof.
【００１１】また、コネクタ本体８には出力端子10が設
けられており、この出力端子10はリード線11を介して接
続端子７に接続され、リード線11は半田11ａ、11ｂによ
って接続端子７と出力端子10に固定されている。また、
リード線等を使用せずに、金メッキ等を施した接触端子
等を用いて接続端子７と出力端子10を接続する方法もあ
る。An output terminal 10 is provided on the connector body 8, and the output terminal 10 is connected to the connection terminal 7 via a lead wire 11. The lead wire 11 is connected to the connection terminal 7 by solders 11a and 11b. It is fixed to the output terminal 10. Also,
There is also a method of connecting the connection terminal 7 and the output terminal 10 by using a gold-plated contact terminal or the like without using a lead wire or the like.
【００１２】なお、出力端子10としては筐体をアースと
兼用する一端子タイプと、二本の出力端子を用いる二端
子タイプ等がある。The output terminal 10 includes a one-terminal type in which the housing also serves as a ground, a two-terminal type in which two output terminals are used, and the like.
【００１３】このように構成された加速度センサにあっ
ては、圧電素子３の出力用電極３ａ、３ｂは加速度セン
サヘの外部振動を検知し、この振動により圧電素子３に
発生した電圧を出力として取り出すことができる。In the acceleration sensor configured as described above, the output electrodes 3a and 3b of the piezoelectric element 3 detect external vibrations to the acceleration sensor, and take out a voltage generated in the piezoelectric element 3 by the vibration as an output. be able to.
【００１４】なお、この加速度センサでは内部に電気回
路等を有していないが、インピーダンス変換回路・アン
プ回路、断線検知用に圧電素子３と並列に抵抗を構成し
たタイプ等もある。Although this acceleration sensor does not have an electric circuit or the like inside, there are also an impedance conversion circuit / amplifier circuit, a type in which a resistor is configured in parallel with the piezoelectric element 3 for disconnection detection, and the like.
【００１５】また、例えば、圧電素子３の電極３ａ、３
ｂを分割し、検出用と自己診断用に構成した自己診断機
能を有するタイプもある。Further, for example, the electrodes 3a, 3a of the piezoelectric element 3
There is also a type having a self-diagnosis function in which b is divided and configured for detection and self-diagnosis.
【００１６】一方、図14（ｂ）はこの加速度センサの振
動（一定加速度）に対する周波数特性例であり、図の如
く共振点ｆ0付近は比較的高い出力電圧Ｑを有するが中
・低域は平坦な特性を示す。なお、加速度センサの組立
条件によってはこの共振点ｆ 0が認識できるほどに現れ
ないこともある。FIG. 14B shows the vibration of the acceleration sensor.
This is an example of frequency characteristics for dynamic (constant acceleration), as shown in the figure.
Resonance point f0The vicinity has a relatively high output voltage Q, but
-The low band shows flat characteristics. In addition, the assembly of the acceleration sensor
Depending on conditions, this resonance point f 0Appears recognizable
Not always.
【００１７】また、この共振点ｆ0は中央を固定ネジ２
で押さえる場合、外周部付近の僅かな押さえ力の弱さに
よって高周波領域で振動するために共振点を有すること
になる。したがって、この共振点ｆ0を高くするために
は固定ネジ２のトルクカ、当たり面の加工等にかなりの
高精度が要求される。The center of the resonance point f 0 is a fixing screw 2.
In the case of pressing, a slight pressing force near the outer periphery vibrates in a high frequency range, so that a resonance point is provided. Therefore, in order to increase the resonance point f 0 , considerably high precision is required for the torque of the fixing screw 2 and the machining of the contact surface.
【００１８】また、非共振タイプでは共振周波数ｆ0を2
0kHz付近以上の使用帯域外とすることにより、平坦部の
感度Ｖ0を利用することができる。この加速度センサの
基本動作原理は、質量〔ｍ〕の重り４に加速度〔Ｇ〕が
加わることにより、圧電素子３に［Ｆ＝ｍ・Ｇ］の応力
歪みが印加され出力電圧が得られるものである。In the non-resonant type, the resonance frequency f 0 is 2
The sensitivity V 0 of the flat portion can be used by setting the frequency band outside the used band near 0 kHz or higher. The basic operating principle of this acceleration sensor is that when an acceleration [G] is applied to a weight 4 having a mass [m], a stress distortion of [F = m · G] is applied to the piezoelectric element 3 and an output voltage is obtained. is there.
【００１９】ここで、圧電素子３の電極面積をＳ、板厚
をｔとすれば、出力電圧Ｖ0は次のようになる。Here, assuming that the electrode area of the piezoelectric element 3 is S and the plate thickness is t, the output voltage V 0 is as follows.
【００２０】Ｖ0＝α・Ｆ・ｔ／Ｓ 但し、α：圧電定数等の比例係数V 0 = α · F · t / S where α is a proportional coefficient such as a piezoelectric constant
【００２１】したがって、加速度センサの感度を上げる
には、重り４を重くすること、または、圧電素子３のｔ
／Ｓを大きくすることが考えられる。但し、ｔ／Ｓを大
きくすると、所望の容量等からある程度限定される。Therefore, in order to increase the sensitivity of the acceleration sensor, the weight 4 must be increased, or the t
/ S may be increased. However, when t / S is increased, it is limited to some extent from a desired capacity and the like.
【００２２】[0022]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の加速度センサにあっては、高感度化を図るた
めに、重り４を重くしたり、圧電素子３のｔ／Ｓを大き
くする必要があるため、大型化（特に高さ方向）してし
まうという問題があった。However, in such a conventional acceleration sensor, it is necessary to increase the weight 4 and to increase the t / S of the piezoelectric element 3 in order to increase the sensitivity. For this reason, there is a problem that the size is increased (especially in the height direction).
【００２３】また、重り４、絶縁チューブ５、絶縁スペ
ーサ６および固定ネジ２が必要になってしまうため、部
品点数が多くなってしまうとともにその構造が複雑にな
ってしまう上に、重り４、絶縁チューブ５、絶縁スペー
サ６を固定ネジ２で金属ケース１に組込むために、加速
度センサの自動組立化が困難になってしまった。この結
果、加速度センサの製造コストが増大してしまうという
問題があった。Further, since the weight 4, the insulating tube 5, the insulating spacer 6, and the fixing screw 2 are required, the number of parts increases, the structure becomes complicated, and the weight 4, the insulating Since the tube 5 and the insulating spacer 6 are incorporated into the metal case 1 with the fixing screw 2, it is difficult to automatically assemble the acceleration sensor. As a result, there is a problem that the manufacturing cost of the acceleration sensor increases.
【００２４】また、圧電素子３および重り４を固定ネジ
２によって金属ケース１に固定しているため、固定ネジ
２の弛み等が発生してしまうことが考えられ、高信頼性
を得ることが困難であるという問題があった。Further, since the piezoelectric element 3 and the weight 4 are fixed to the metal case 1 by the fixing screws 2, it is considered that the fixing screws 2 may be loosened, and it is difficult to obtain high reliability. There was a problem that is.
【００２５】さらに、圧電素子３および重り４を固定ネ
ジ２により金属ケース１の底面に密接させる必要がある
ため、固定ネジ２のトルク管理および高い面加工精度等
が要求されてしまうという問題があった。Further, since the piezoelectric element 3 and the weight 4 need to be brought into close contact with the bottom surface of the metal case 1 by the fixing screw 2, there is a problem that torque management of the fixing screw 2 and high surface processing accuracy are required. Was.
【００２６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、簡単な構成で自動組立化に適す
るとともに、低価格で高性能な加速度センサを提供する
ことを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a low-cost, high-performance acceleration sensor suitable for automatic assembly with a simple configuration.
【００２７】[0027]
【課題を解決するための手投】請求項１記載の発明の加
速度センサは、本体と、前記本体の底面の略中央部に設
けられた支持部にその中央部が固定された平板状の振動
体と、前記振動体の片面または両面に固定された平板状
の圧電素子と、前記圧電素子の両面に設けられた一対の
電極と、前記本体を閉塞するように前記本体に取付けら
れ、前記一対の電極からの出力を取り出すように前記一
対の電極に接続されるコネクタ部材とを備え、前記振動
体の板厚をｔ1とし、前記支持部を中心に振動する前記
振動体の実行振動半径をＲ1としたとき、前記ｔ1（mm）
とＲ1（mm）との比Ｒ1／ｔ1を3.3±1.5の範囲に設定し
た構成を有している。According to a first aspect of the present invention, there is provided an acceleration sensor having a flat plate-like shape having a central portion fixed to a main body and a supporting portion provided at a substantially central portion of a bottom surface of the main body. A vibrating body, a plate-shaped piezoelectric element fixed to one or both surfaces of the vibrating body, a pair of electrodes provided on both surfaces of the piezoelectric element, and the pair of electrodes attached to the main body so as to close the main body; A connector member connected to the pair of electrodes so as to extract the output from the electrodes, and setting the plate thickness of the vibrating body to t 1, and setting the effective vibration radius of the vibrating body that vibrates around the support portion to When R 1 is used, the above t 1 (mm)
And a ratio R 1 / t 1 between R 1 and R 1 (mm) is set in a range of 3.3 ± 1.5.
【００２８】このような構成により、圧電素子を含む振
動体の共振周波数ｆ0を20kHz以上に設定することがで
き、最適な感度Ｖ0と共振周波数ｆ0を容易に得ることが
でき、加速度センサの性能を向上させることができる。With this configuration, the resonance frequency f 0 of the vibrating body including the piezoelectric element can be set to 20 kHz or more, and the optimum sensitivity V 0 and resonance frequency f 0 can be easily obtained. Performance can be improved.
【００２９】また、本体の底面の略中央部に設けられた
支持部に圧電素子が設けられた振動体を固定することよ
って加速度を検出することができるため、重りおよび固
定ネジを廃止することができ、簡単な構成で自動組立化
に適した低価格な加速度センサを得ることができる。Further, since the acceleration can be detected by fixing the vibrating body provided with the piezoelectric element to the support provided substantially at the center of the bottom surface of the main body, the weight and the fixing screw can be eliminated. Thus, a low-cost acceleration sensor suitable for automatic assembly can be obtained with a simple configuration.
【００３０】請求項２記載の発明の加速度センサは、請
求項１記載の発明において、前記振動体に対する圧電素
子の外径φＡ2（mm）の取付け位置をＲ2（mm）としたと
き、前記振動体の実行振動半径Ｒ1（mm）の中央付近で
あるＲ2＝0.5±0.25Ｒ1となるように構成されている。[0030] In the acceleration sensor according to the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the mounting position of the outer diameter φA 2 (mm) of the piezoelectric element with respect to the vibrating body is R 2 (mm), It is configured such that R 2 = 0.5 ± 0.25R 1 near the center of the effective vibration radius R 1 (mm) of the vibrating body.
【００３１】このような構成により、共振周波数ｆ0と
感度Ｖ0の両方を高く設定することができ、加速度セン
サをより一層高性能なものにすることができる。With such a configuration, both the resonance frequency f 0 and the sensitivity V 0 can be set high, and the performance of the acceleration sensor can be further improved.
【００３２】請求項３記載の発明の加速度センサは、請
求項１または２記載の発明において、前記圧電素子をド
ーナツ状円盤型に設定した場合に、前記圧電素子の内径
φＢ 2（mm）を前記支持部の取付け位置の径φＣ1（mm）
と略寸法、または大きくなるように構成されている。The acceleration sensor according to the third aspect of the present invention is
3. The invention according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric element is
When set to a donut-shaped disk, the inner diameter of the piezoelectric element
φB Two(Mm) is the diameter φC of the mounting position of the support.1(Mm)
It is configured to have a substantially larger or larger size.
【００３３】このような構成により、共振周波数ｆ0が
多少小さく、かつ出力電圧のＱが多少高くなるが、感度
Ｖ0をさらに向上させることができる。With such a configuration, the sensitivity V 0 can be further improved although the resonance frequency f 0 is somewhat lower and the output voltage Q is slightly higher.
【００３４】請求項４記載の発明の加速度センサは、請
求項１〜３何れかに記載の発明において、前記振動板の
板厚ｔ1（mm）と圧電素子の板厚ｔ2（mm）の比ｔ1／ｔ2
を略同厚、または0.5〜3の範囲になるよう構成されてい
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the acceleration sensor according to any one of the first to third aspects, the thickness t 1 (mm) of the vibration plate and the thickness t 2 (mm) of the piezoelectric element are different from each other. the ratio t 1 / t 2
Are configured to be approximately the same thickness or in the range of 0.5 to 3.
【００３５】このような構成により、共振周波数ｆ0と
感度感度Ｖ0の両方をさらに高く設定することができ、
加速度センサをより一層高性能なものにすることができ
る。With this configuration, both the resonance frequency f 0 and the sensitivity V 0 can be set higher.
The acceleration sensor can have higher performance.
【００３６】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following is an explanation based on an embodiment of the present invention.
【００３７】図１〜５は本発明に係る加速度センサの第
１実施形態を示す図であり、この加速度センサは、自動
車に適用してノッキング制御・エアバッグ制御等を行う
ことができるものであって、共振周波数ｆ0を使用帯域
外に上げる非共振化のための諸条件を満たす構造に関す
るものである。FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of the acceleration sensor according to the present invention. This acceleration sensor can be applied to an automobile to perform knocking control, airbag control and the like. Further, the present invention relates to a structure that satisfies various conditions for non-resonance raising the resonance frequency f 0 outside the use band.
【００３８】まず、構成を説明する。図１、２におい
て、有底筒状の金属ケース（本体）21には測定物（エン
ジン等）に固定するためのためのネジ部21ａが形成され
ている。First, the configuration will be described. 1 and 2, a screw portion 21a for fixing to a measurement object (engine or the like) is formed in a bottomed cylindrical metal case (main body) 21.
【００３９】また、金属ケース21の底面の略中央部には
支持部22が設けられており、この支持部22には金属等か
らなる板状の振動体23が溶接等によって固定されてい
る。また、この振動体23上にはセラミックス等からなる
板状の圧電素子24が接着等により固定されており、この
圧電素子24の上下面には電極25ａ、25ｂが固定されてい
る。A support 22 is provided substantially at the center of the bottom surface of the metal case 21. A plate-shaped vibrator 23 made of metal or the like is fixed to the support 22 by welding or the like. A plate-like piezoelectric element 24 made of ceramics or the like is fixed on the vibrating body 23 by bonding or the like, and electrodes 25a and 25b are fixed on upper and lower surfaces of the piezoelectric element 24.
【００４０】また、振動体23および圧電素子24は中央部
に開口部23ａ、24ｂが形成されたドーナツ状円盤型から
構成されており、組付け時に開口部23ａ、24ｂを支持部
22に形成された孔22ａに位置決めすることにより、振動
体23および圧電素子24の中心部が支持部22に位置決めさ
れるようになっている。The vibrating body 23 and the piezoelectric element 24 are formed in the form of a donut disk having openings 23a and 24b formed in the center, and support the openings 23a and 24b at the time of assembly.
By positioning in the hole 22 a formed in the 22, the center of the vibrator 23 and the piezoelectric element 24 is positioned in the support 22.
【００４１】また、金属ケース21の上端開口部には樹脂
等からなるコネクタ本体26がカシメ部21ｂ等によって固
定されており、コネクタ本体26は金属ケース21を閉塞す
るようになっている。また、金属ケース21とコネクタ本
体26の間にＯリング27が介装されており、このＯリング
27によって金属ケース21とコネクタ本体26の連結部が防
水されている。なお、金属ケース21に、例えばコネクタ
本体26と一体に設けた金属等を溶接等によって固定して
も良い。A connector body 26 made of resin or the like is fixed to the upper end opening of the metal case 21 by a caulking portion 21b or the like, and the connector body 26 closes the metal case 21. An O-ring 27 is interposed between the metal case 21 and the connector main body 26.
The joint between the metal case 21 and the connector main body 26 is waterproofed by 27. Note that, for example, a metal or the like provided integrally with the connector body 26 may be fixed to the metal case 21 by welding or the like.
【００４２】また、コネクタ本体26には出力端子28が設
けられており、この出力端子28はリード線29を介して電
極25ａに接続され、リード線29は半田30ａ、30ｂによっ
て出力端子28と電極25ａに固定されている。An output terminal 28 is provided on the connector main body 26. The output terminal 28 is connected to an electrode 25a via a lead wire 29, and the lead wire 29 is connected to the output terminal 28 by solders 30a and 30b. 25a.
【００４３】また、一方の電極25ｂは振動体23、金属ケ
ース21を介して電気的に接続されている。The one electrode 25b is electrically connected through the vibrating body 23 and the metal case 21.
【００４４】本実施形態では、コネクタ本体26、出力端
子28およびリード線29が電極25ａ、25ｂからの出力を取
り出すコネクタ部材を構成している。In the present embodiment, the connector body 26, the output terminal 28, and the lead wire 29 constitute a connector member for taking out the output from the electrodes 25a and 25b.
【００４５】なお、リード線等を使用せずに、金メッキ
等を施した接触端子等を用いて出力端子28と電極25ａを
接続しても良い。The output terminal 28 and the electrode 25a may be connected to each other by using a gold-plated contact terminal or the like without using a lead wire or the like.
【００４６】一方、本実施形態では、振動体23の板厚を
ｔ1とし、支持部22の径φＣ1を中心に振動する振動体23
の実行振動半径（振動体23の外径φＡ1と支持点φＣ1の
差／２）をＲ1としたとき、ｔ1とＲ1の比Ｒ1／ｔ1を約
3.3±1.5の範囲に設定している。このように設定したの
は、圧電素子24を含む振動体23の共振周波数ｆ0を20kHz
付近以上にするためである。On the other hand, in the present embodiment, the thickness of the vibrating body 23 is t 1, and the vibrating body 23 vibrates about the diameter φC 1 of the supporting portion 22.
When the execution vibration radius (difference / 2 of the outer diameter .phi.A 1 and the supporting point [phi] C 1 of the vibrator 23) was R 1, about the ratio R 1 / t 1 of t 1 and R 1
It is set in the range of 3.3 ± 1.5. The reason for this setting is that the resonance frequency f 0 of the vibrating body 23 including the piezoelectric element 24 is set to 20 kHz.
This is to increase the distance to the vicinity.
【００４７】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.
【００４８】本実施形態にあっては、加速度センサに加
わる加速度〔Ｇ〕により、振動体23に応力〔Ｆ〕が加わ
り、これにより振動体23は外周付近をピーク変位とする
振動を誘発し、中心付近に固定された圧電素子24への応
力歪により起電力が発生し、この出力電圧を電極25ａ、
25ｂから出力端子28によって取り出すことにより、加速
度を検出するものである。In the present embodiment, the stress [F] is applied to the vibrating body 23 by the acceleration [G] applied to the acceleration sensor, whereby the vibrating body 23 induces vibration having a peak displacement near the outer periphery, An electromotive force is generated by stress strain on the piezoelectric element 24 fixed near the center, and this output voltage is
The acceleration is detected by extracting it from the output terminal 25b by the output terminal 28.
【００４９】このときの感度Ｖ0は、概略振動体23の実
行振動半径Ｒの二乗に比例するので、半径が大きい方が
有利となる。また、共振周波数ｆ0は振動体23の板厚ｔ1
を厚くすれば上昇傾向にあるが、実行振動半径Ｒとの比
がある点を超えると振動体23が振動板としての機能を持
たなくなるので、感度Ｖ0・共振周波数ｆ0が低下し始め
ることになる。Since the sensitivity V 0 at this time is approximately proportional to the square of the effective vibration radius R of the vibrating body 23, a larger radius is more advantageous. Further, the resonance frequency f 0 is the thickness t 1 of the vibrating body 23.
When the ratio of the effective vibration radius R exceeds a certain point, the vibrating body 23 has no function as a diaphragm, and the sensitivity V 0 and the resonance frequency f 0 start to decrease. become.
【００５０】このため、本実施形態では、振動体23の板
厚をｔ1とし、支持部22の径φＣ1を中心に振動する振動
体23の実行振動半径をＲ1としたとき、ｔ1とＲ1の比Ｒ1
／ｔ 1を約3.3±1.5の範囲に設定して、感度Ｖ0と共振周
波数ｆ0を共に高くするための条件を満足させるように
したのである。For this reason, in the present embodiment, the plate of the vibrating body 23
Thickness1And the diameter φC of the support portion 221Vibrating around
The effective vibration radius of the body 23 is R1And t1And R1Ratio R1
/ T 1Is set in the range of about 3.3 ± 1.5 and the sensitivity V0And resonance circumference
Wave number f0To satisfy the conditions for raising
It was done.
【００５１】以下、具体的に説明する。Hereinafter, a specific description will be given.
【００５２】感度Ｖ0は主に振動体23の径が大きい方が
高いが、共振周波数ｆ0は小さい方が高くなるという相
反する条件となるため、両者を共に高くする最適点が存
在することになる。実測データから適するｆ0を推測す
ると、フラット領域との関係は次のようになる（出力電
圧のＱとの関係で多少の違いはある）。 （１）平坦化するのはｆ0の約２ｏｃｔ（0.25倍）低い
周波数 （２）１ｏｃｔ低下点ではフラット部に対して約＋3dB
程度以下The sensitivity V 0 is mainly higher when the diameter of the vibrating body 23 is larger, but the resonance frequency f 0 is higher as the resonance frequency f 0 is smaller. Therefore, there is an optimum point for increasing both. become. Extrapolating the f 0 of suitable from the measured data, the relationship between the flat region (there are some differences in relation to the Q output voltage) as follows. (1) Flattening is a frequency about 2 oct (0.25 times) lower than f 0 (2) About 1 oct drop point is about +3 dB to the flat part
Less than
【００５３】例えば、（２）の条件において、15（kH
z）で満足するためにはｆ0＝30（kHz）とする必要があ
る。また、10（kHz）の場合はｆ0＝20（kHz）となる。For example, under the condition (2), 15 (kH
In order to satisfy z), it is necessary to set f 0 = 30 (kHz). In the case of 10 (kHz), f 0 = 20 (kHz).
【００５４】したがって、非共振タイプの一般的特性と
しては使用帯域が約10〜15（kHz）以下のため、10（kH
z）以上でのフラット化が望まれるので、ｆ0は20（kH
z）以上とすることが望ましいことが言える。Ｒ1／ｔ1
の比は実験的に確認した結果から、ｆ0および感度Ｖ0を
最適化するための条件である。Therefore, as a general characteristic of the non-resonant type, since the operating band is about 10 to 15 (kHz) or less,
z) Since flattening at or above is desired, f 0 is 20 (kH
It can be said that z) or more is desirable. R 1 / t 1
Is a condition for optimizing f 0 and sensitivity V 0 from the results confirmed experimentally.
【００５５】この場合の振動体23および圧電素子24のＥ
（ヤング率）、ρ（密度）、σ（ポアソン比）は図３に
示す通りである。In this case, E of the vibrating body 23 and the piezoelectric element 24
(Young's modulus), ρ (density), and σ (Poisson's ratio) are as shown in FIG.
【００５６】また、共振周波数ｆ0は中心固定の円形振
動板の場合に一般的に式（１）のように表され、前記各
定数の影響よりも、振動体23の各部寸法の影響の方が大
きいことが分かる。Further, the resonance frequency f 0 is generally expressed by the following equation (1) in the case of a circular diaphragm fixed at the center, and the influence of the size of each part of the vibrating body 23 is larger than the effects of the above-mentioned constants. Is large.
【００５７】材質の違いがある場合は上述したＥ、ρ、
σ定数が多少違ってくるが、下記ｆ 0の式（１）のルー
ト内部の値が大きく違ってくることが無いことを計算に
より確認している。If there is a difference in material, E, ρ,
Although the σ constant is slightly different, the following f 0Of the formula (1)
To calculate that the values inside the
I have more confirmation.
【数１】 但し、α：0.172 ｔ：板厚 Ｒ：半径(Equation 1) Where α: 0.172 t: thickness R: radius
【００５８】したがって、Ｒ1／ｔ1の比の条件は多少の
違いは生じてしまうが、大きな違いとはならないと言え
る。Therefore, it can be said that the condition of the ratio R 1 / t 1 has a slight difference, but not a large difference.
【００５９】図４は振動体23の外径φＡ1＝φ22（m
m）、圧電素子24の外径φＡ2＝φ13（mm）、圧電素子24
の内径φＢ2＝φ3.1（mm）、圧電素子24の板厚ｔ2＝2
（mm）の場合の実験データ例を示す構成例である。FIG. 4 shows the outer diameter φA 1 = φ22 (m
m), outer diameter φA 2 = φ13 (mm) of piezoelectric element 24, piezoelectric element 24
Inner diameter φB 2 = φ3.1 (mm), thickness t 2 of piezoelectric element 24 = 2
6 is a configuration example showing an example of experimental data in the case of (mm).
【００６０】図５（ａ）はＲ1＝8.85（φＣ1＝4.3（m
m））、図５（ｂ）はＲ1＝8.15（φＣ 1＝5.7（mm））の
場合である。FIG. 5A shows R1= 8.85 (φC1= 4.3 (m
m)), and FIG.1= 8.15 (φC 1= 5.7 (mm))
Is the case.
【００６１】このデータから、感度Ｖ0と共振周波数ｆ0
の両方が高くできる条件としては、Ｒ1／ｔ1が約3.3付
近であることが分かる。なお、使用可能な範囲を考えた
場合、Ｖ0、ｆ0の多少の劣化はあるが、約±1.5の範囲
であるものと考えられる。From this data, the sensitivity V 0 and the resonance frequency f 0
It can be seen that R 1 / t 1 is about 3.3 as a condition that both can be increased. In consideration of the usable range, V 0 and f 0 are slightly degraded, but are considered to be in the range of about ± 1.5.
【００６２】また、支持部22の径φＣ1により、Ｖ0とｆ
0の最大点が変わってくることも分かる。また、ｆ0に関
しては、ある程度板厚が厚くなると式（１）が成立せ
ず、最大に上げられる限界点があることが分かる。Further, V 0 and f are determined by the diameter φC 1 of the support portion 22.
You can also see that the maximum point of 0 changes. Further, with respect to f 0 , it can be seen that Expression (1) does not hold when the plate thickness is increased to some extent, and it is found that there is a limit point that can be increased to the maximum.
【００６３】以上のように本実施形態によれば、金属ケ
ース21の底面の略中央部に設けられた支持部22にその中
央部が固定された平板状の振動体23と、振動体23の片面
に固定された平板状の圧電素子24と、圧電素子24の両面
に設けられた一対の電極25ａ、25ｂと、電極25ａ、25ｂ
からの出力を取り出す出力端子28を有するコネクタ本体
26とを備え、振動体23の板厚をｔ1とし、支持部22を中
心に振動する振動体23の実行振動半径をＲ1としたと
き、ｔ1とＲ1の比Ｒ1／ｔ1を3.3±1.5の範囲に設定した
ため、圧電素子24を含む振動体23の共振周波数ｆ0を20k
Hz以上に設定することができる。このため、最適な感度
Ｖ0と共振周波数ｆ0を容易に得ることができ、加速度セ
ンサの性能を向上させることができる。As described above, according to the present embodiment, the flat plate-shaped vibrator 23 having the center portion fixed to the support portion 22 provided substantially at the center of the bottom surface of the metal case 21, A plate-like piezoelectric element 24 fixed to one side, a pair of electrodes 25a, 25b provided on both sides of the piezoelectric element 24, and electrodes 25a, 25b
Connector body having an output terminal 28 for extracting output from the connector
26, the thickness of the vibrating body 23 is t 1, and the effective vibration radius of the vibrating body 23 that vibrates about the support portion 22 is R 1, and the ratio R 1 / t 1 between t 1 and R 1 is given. Is set in the range of 3.3 ± 1.5, the resonance frequency f 0 of the vibrating body 23 including the piezoelectric element 24 is set to 20 k.
Hz or higher. Therefore, the optimum sensitivity V 0 and the resonance frequency f 0 can be easily obtained, and the performance of the acceleration sensor can be improved.
【００６４】また、金属ケース21の略中央部に設けられ
た支持部22に圧電素子24が設けられた振動体23を固定す
ることよって加速度を検出することができるため、重り
および固定ネジを廃止することができ、簡単な構成で自
動組立化に適した低価格な加速度センサを得ることがで
きる。Further, since the acceleration can be detected by fixing the vibrating body 23 provided with the piezoelectric element 24 to the supporting portion 22 provided substantially at the center of the metal case 21, the weight and the fixing screw are eliminated. Thus, a low-cost acceleration sensor suitable for automatic assembly with a simple configuration can be obtained.
【００６５】なお、本実施形態では、振動体23の片面に
圧電素子24を設けているが、これに限らず、圧電素子は
振動体の両面に設けられていても良い。In the present embodiment, the piezoelectric element 24 is provided on one side of the vibrating body 23. However, the present invention is not limited to this, and the piezoelectric element may be provided on both sides of the vibrating body.
【００６６】図６〜９は本発明に係る加速度センサの第
２実施形態を示す図であり、第１実施形態と同様の構成
には同一番号を付して説明を省略する。FIGS. 6 to 9 are views showing a second embodiment of the acceleration sensor according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
【００６７】本実施形態では、図６に示すように振動体
23の外径に対する圧電素子24の外径についての最適条件
に関するものであり、振動体23に対する圧電素子24の外
径φＡ2の取付け位置をＲ2としたとき、振動体23の実行
振動半径Ｒ1の中央付近であるＲ2＝0.5±0.25Ｒ1となる
ようにしたものでものである。In this embodiment, as shown in FIG.
Relates optimal conditions for the outer diameter of the piezoelectric element 24 to the outer diameter of 23, when the mounting position of the outer diameter .phi.A 2 of the piezoelectric element 24 against the vibrating member 23 was set to R 2, running vibration radius R of the vibrating body 23 those obtained by such a R 2 = 0.5 ± 0.25R 1 is near 1 in the center.
【００６８】以下、このようにした理由を説明する。Hereinafter, the reason for this will be described.
【００６９】式（１）から明らかなように、圧電素子24
の各定数は振動体23に比較して必然的に共振周波数が低
くなりやすいと言える。ここで振動体（Ｎｉ鋼）と圧電
素子の式（１）におけるルート内部の値を求めると下記
ようになる。As is apparent from the equation (1), the piezoelectric element 24
It can be said that each of the constants inevitably tends to lower the resonance frequency in comparison with the vibrating body 23. Here, the values inside the route in equation (1) for the vibrating body (Ni steel) and the piezoelectric element are obtained as follows.
【００７０】 Ｎｉ鋼……5.28ｘ103 圧電素子……3.05ｘ103 Ni steel: 5.28 × 10 3 Piezoelectric element: 3.05 × 10 3
【００７１】したがって、同一寸法の場合、圧電素子24
のｆ0は約0.578倍となる。ｆ0は振動体23と圧電素子24
の平均的な値を示すため、ｆ0値を低下させてしまう要
因となる。Therefore, in the case of the same size, the piezoelectric element 24
F 0 is about 0.578 times. f 0 is the vibrating body 23 and the piezoelectric element 24
To show the average value of a factor that will reduce the f 0 value.
【００７２】例えば、振動体23と圧電素子24の板厚が同
一の場合、同一ｆ0時のＲ2を式（１）より求めると、For example, when the vibrating body 23 and the piezoelectric element 24 have the same plate thickness, R 2 at the same f 0 is obtained from the equation (1).
【数２】 のようになり、圧電素子24の半径Ｒ2は振動体23のＲ1の
0.76倍になる。また、圧電素子24のｆ0が振動体23のｆ0
に影響を与えないようにするためには、約２倍程度にす
る必要があり、このときの半径Ｒ2は、(Equation 2) It looks like, the radius R 2 of the piezoelectric element 24 is the R 1 of the vibrator 23
0.76 times. Further, f 0 of f 0 of the piezoelectric element 24 the vibration element 23
Must be about twice in order not to affect the radius, and the radius R 2 at this time is
【数３】 より、Ｒ1の0.538倍とする必要があることが分かる。(Equation 3) More, it can be seen that there needs to be 0.538 times the R 1.
【００７３】また、感度Ｖ0を考えた場合、圧電素子24
の起電力は主に素子への応力が大きい中心部に発生する
ことが考えられる。したがって、外周付近よりも中心部
分の方が大きいため、起電力の少ない外周付近はＶ0＝
Ｑ／Ｃ（Ｑ：発生電荷、Ｃ：素子容量）より、容量Ｃの
増大によって感度Ｖ0を低下させていると考えられる。When the sensitivity V 0 is considered, the piezoelectric element 24
It is considered that the electromotive force is mainly generated in the central portion where the stress on the element is large. Therefore, since the center portion is larger than the vicinity of the outer periphery, V 0 =
From Q / C (Q: generated charge, C: element capacitance), it is considered that the sensitivity V 0 is decreased by increasing the capacitance C.
【００７４】すなわち、圧電素子24の外径はｆ0同様に
振動体23の外径よりも小さい方が良い傾向を示すものと
考えられる。That is, it is considered that the smaller the outer diameter of the piezoelectric element 24 is, the larger the outer diameter of the vibrating body 23 is, like the case of f 0 , the better.
【００７５】図７は、図６に示す振動体23の外径φＡ1
＝φ22（mm）、圧電素子24の板厚ｔ2＝２（mm）とした
ときの振動体23の板厚ｔ1をパラメータとする半径比Ｒ2
／Ｒ1と共振周波数ｆ0の関係示す計算結果である。図７
（ａ）はＲ1＝8.85（φＣ1＝4.3（mm））、図７（ｂ）
はＲ1＝8.15（φＣ1＝5.7（mm）の場合である。図７か
ら明らかなように、共振周波数ｆ0を高くするために
は、Ｒ2＜0.75Ｒ1が良いことが分かる。FIG. 7 shows the outer diameter φA 1 of the vibrating body 23 shown in FIG.
= Φ22 (mm), the radius ratio R 2 to parameter thickness t 1 of the vibrating body 23 when the plate thickness t 2 = 2 of the piezoelectric element 24 (mm)
It is a calculation result showing the relationship between / R 1 and the resonance frequency f 0 . FIG.
(A) is R 1 = 8.85 (φC 1 = 4.3 (mm)), FIG. 7 (b)
Is the case where R 1 = 8.15 (φC 1 = 5.7 (mm). As is clear from FIG. 7, it is understood that R 2 <0.75R 1 is better for increasing the resonance frequency f 0 .
【００７６】また、感度Ｖ0の最大点に関しては、図８
に示すように振動体23の板厚ｔ1＝3（mm）、圧電素子24
の板厚ｔ2＝2（mm）、支持径φＣ1＝4.3（mm）とした場
合に、図９に感度Ｖ0・共振周波数ｆ0の実験データ例を
示すようにＲ2＝0.4〜0.5Ｒ1付近が最も良いことが分か
る。The maximum point of the sensitivity V 0 is shown in FIG.
As shown in the figure, the thickness t 1 of the vibrating body 23 is 3 (mm), and the piezoelectric element 24
When the plate thickness t 2 = 2 (mm) and the support diameter φC 1 = 4.3 (mm), R 2 = 0.4 to 0.5 as shown in FIG. 9 showing an example of experimental data of sensitivity V 0 and resonance frequency f 0. it can be seen near the R 1 is the best.
【００７７】以上のことから本実施形態では、振動体23
に対する圧電素子24の外径φＡ2の取付け位置をＲ2とし
たとき、振動体23の実行振動半径Ｒ1の中央付近である
Ｒ2＝0.5±0.25Ｒ1とすることが望ましいと考えられ、
このようにすることで、共振周波数ｆ0と感度感度Ｖ0の
両方を高く設定することができ、加速度センサをより一
層高性能なものにすることができるのである。As described above, in the present embodiment, the vibrating body 23
When the mounting position of the outer diameter φA 2 of the piezoelectric element 24 to R 2 is R 2, it is considered desirable that R 2 = 0.5 ± 0.25R 1 near the center of the effective vibration radius R 1 of the vibrating body 23.
By doing so, both the resonance frequency f 0 and the sensitivity sensitivity V 0 can be set high, and the performance of the acceleration sensor can be further improved.
【００７８】但し、素子径が小さい方では振動体24への
接着面積（強度）の激減およびバラツキの増加が考えら
れるので、あまり好ましいとは言えない。However, if the element diameter is smaller, the area of adhesion (strength) to the vibrating body 24 can be drastically reduced and the dispersion can be increased.
【００７９】図10、11は本発明に係る加速度センサの第
３実施形態を示す図であり、第１実施形態と同様の構成
には同一番号を付して説明を省略する。FIGS. 10 and 11 are views showing a third embodiment of the acceleration sensor according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
【００８０】本実施形態では、ドーナツ状円盤型の圧電
素子24を振動体23に取付け、この圧電素子24の内径につ
いての最適条件に関するものであり、図10に示すように
圧電素子24の内径φＢ2を振動体23の支持径φＣ1よりも
大きくした例を示す。In the present embodiment, a donut-shaped disk-shaped piezoelectric element 24 is mounted on the vibrating body 23 and relates to the optimum condition for the inner diameter of the piezoelectric element 24. As shown in FIG. 2 shows an example in which greater than the support diameter [phi] C 1 of the vibrator 23.
【００８１】また、図11は圧電素子41の内径φＢ2と支
持部22の支持径φＣ1を変えたときの感度Ｖ0と共振周波
数ｆ0の実測例を示すものである。なお、振動体23の外
径φＡ 1＝22（mm）の場合である。FIG. 11 shows the inner diameter φB of the piezoelectric element 41.TwoAnd support
Support diameter φC of holding part 221V when changing0And resonance frequency
Number f0FIG. The outside of the vibrating body 23
Diameter φA 1= 22 (mm).
【００８２】この結果から、圧電素子24の内径φＢ2を
振動体23の支持径φＣ1と略同寸法又は大きくなる様に
構成した方が、ｆ0の多少の低下はあるが感度Ｖ0を更に
向上できる利点があることが分かる。なお、例を示して
いないが、Ｑが多少高くなる傾向はある。大きい場合は
前述したように接着面積の減少につながるため、また、
感度Ｖ0の減少等から自ずと限界がある。From this result, it is found that when the inner diameter φB 2 of the piezoelectric element 24 is configured to be substantially the same size or larger than the support diameter φC 1 of the vibrating body 23, the sensitivity V 0 is reduced although the f 0 is slightly reduced. It can be seen that there is an advantage that can be further improved. Although an example is not shown, Q tends to be slightly higher. If it is large, it leads to a decrease in the bonding area as described above.
There is naturally a limit due to a decrease in the sensitivity V 0 and the like.
【００８３】このように本実施形態では、ドーナツ状円
盤型の圧電素子24を用いた場合に、圧電素子24の内径φ
Ｂ2を支持部22の径φＣ1と略寸法、または大きくなるよ
うにしたため、共振周波数ｆ0が多少小さく、かつ出力
電圧のＱが多少高くなるが、感度Ｖ0をさらに向上させ
ることができる。As described above, in this embodiment, when the donut-shaped disk-shaped piezoelectric element 24 is used, the inner diameter φ of the piezoelectric element 24
Due to the B 2 in the radial [phi] C 1 substantially the dimensions of the support portion 22 or larger as, the resonance frequency f 0 is slightly smaller, and although Q of the output voltage is slightly higher, it is possible to further enhance the sensitivity V 0 .
【００８４】本発明に係る加速度センサの第４実施形態
については、第１実施形態と同様の構成には同一番号を
付して説明を省略するが、本実施形態は、振動体の板厚
ｔ1と圧電素子の板厚ｔ2の最適比に関するものである。In the fourth embodiment of the acceleration sensor according to the present invention, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. 1 and relates to the optimal ratio of the thickness t 2 the piezoelectric element.
【００８５】図12は振動体23の板厚ｔ1と圧電素子24の
板厚ｔ2の比ｔ1／ｔ2による感度Ｖ0と共振周波数ｆ0の
実測を示すものである。[0085] Figure 12 shows the actual measurement of the thickness t 1 and the sensitivity V 0 according to the ratio t 1 / t 2 of the sheet thickness t 2 of the piezoelectric element 24 resonant frequency f 0 of the vibrator 23.
【００８６】図12に示すようにｔ1／ｔ2を略同厚（ｔ1
＝ｔ2）または0.5〜3となるように構成することによ
り、ｆ0およびＶ0をさらに最適化できる利点があること
が分かる。As shown in FIG. 12, t 1 / t 2 is substantially equal in thickness (t 1 / t 2 ).
= T 2 ) or 0.5 to 3 has the advantage that f 0 and V 0 can be further optimized.
【００８７】なお、上記各実施形態では金属ケース21と
コネクタ本体26によって加速度センサの内部を密閉構造
にしているが、金属ケース21等に孔を構成すれば、マイ
クロホンまたはスピーカ等の音響変換器としての機能を
有し、その応用も考えられる。したがって、このような
変換器への応用の場合でも、本発明の主旨と同一である
ことはいうまでもない。In the above embodiments, the inside of the acceleration sensor is hermetically sealed by the metal case 21 and the connector main body 26. However, if a hole is formed in the metal case 21 or the like, the acceleration sensor can be used as an acoustic transducer such as a microphone or a speaker. It has the function of and its application is also conceivable. Therefore, it goes without saying that the case of application to such a converter is the same as the gist of the present invention.
【００８８】なお、本実施形態では、金属ケース21を用
いているが、金属ケース21の代りに樹脂材等により一体
化した筐体からなるケースを構成しても良い。この場合
には、電極25ｂと出力端子28をリード線等で接続すれば
良い。Although the metal case 21 is used in the present embodiment, a case composed of a housing integrated with a resin material or the like may be used instead of the metal case 21. In this case, the electrode 25b and the output terminal 28 may be connected by a lead wire or the like.
【００８９】[0089]
【発明の効果】本発明によれば、圧電素子を含む振動体
の共振周波数ｆ0を約20kHz以上に設定することができ、
最適な感度Ｖ0と共振周波数ｆ0を容易に得ることがで
き、加速度センサの性能を向上させることができる。According to the present invention, it is possible to set the resonance frequency f 0 of the vibrating body including a piezoelectric element above about 20 kHz,
Optimal sensitivity V 0 and resonance frequency f 0 can be easily obtained, and the performance of the acceleration sensor can be improved.
【００９０】また、本体の底面の略中央部に設けられた
支持部に圧電素子が設けられた振動体を固定することよ
って加速度を検出することができるため、重りおよび固
定ネジを廃止することができ、簡単な構成で自動組立化
に適した低価格な加速度センサを得ることができる。Further, since the acceleration can be detected by fixing the vibrating body provided with the piezoelectric element to the support provided substantially at the center of the bottom surface of the main body, the weight and the fixing screw can be eliminated. Thus, a low-cost acceleration sensor suitable for automatic assembly can be obtained with a simple configuration.
【図１】本発明に係る加速度センサの第１実施形態を示
す図であり、その断面図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an acceleration sensor according to the present invention, and is a cross-sectional view thereof.
【図２】第１実施形態の振動体および圧電素子部分の断
面図である。FIG. 2 is a sectional view of a vibrating body and a piezoelectric element according to the first embodiment.
【図３】第１実施形態の振動体と圧電素子の材質と定数
の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between materials and constants of a vibrating body and a piezoelectric element according to the first embodiment.
【図４】第１実施形態の振動体および圧電素子部分の大
きさを示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating sizes of a vibrating body and a piezoelectric element portion according to the first embodiment.
【図５】（ａ）は第１実施形態の振動体の板厚ｔ1と感
度Ｖ0／共振周波数ｆ0の関係を示す図であり、Ｒ1＝8.8
5（φＣ1＝4.3）の場合を示す図、（ｂ）はＲ1＝8.15
（φＣ1＝5.7）の場合を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the plate thickness t 1 of the vibrating body of the first embodiment and the sensitivity V 0 / resonance frequency f 0 , where R 1 = 8.8.
5 (φC 1 = 4.3), FIG. 5 (b) shows R 1 = 8.15.
It is a figure showing the case of (φC 1 = 5.7).
【図６】本発明に係る加速度センサの第２実施形態を示
す図であり、振動体および圧電素子部分の断面図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the acceleration sensor according to the present invention, and is a cross-sectional view of a vibrating body and a piezoelectric element.
【図７】第２実施形態の振動体と圧電素子の半径比Ｒ2
／Ｒ1と共振周波数ｆ0の関係を示す図であり、（ａ）は
φＣ1＝4.3の場合を示す図、（ｂ）はφＣ1＝5.7の場合
を示す図である。FIG. 7 shows a radius ratio R 2 between the vibrating body and the piezoelectric element according to the second embodiment.
FIG. 7A is a diagram illustrating a relationship between / R 1 and a resonance frequency f 0 , FIG. 7A is a diagram illustrating a case where φC 1 = 4.3, and FIG. 7B is a diagram illustrating a case where φC 1 = 5.7.
【図８】第２実施形態の振動体および圧電素子部分の他
の形状の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of another shape of a vibrating body and a piezoelectric element portion according to a second embodiment.
【図９】第２実施形態の振動体と圧電素子の半径比Ｒ2
／Ｒ1と共振周波数ｆ0の他の関係を示す図である。FIG. 9 shows a radius ratio R 2 between the vibrating body and the piezoelectric element according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating another relationship between / R 1 and the resonance frequency f 0 .
【図10】本発明に係る加速度センサの第３実施形態を示
す図であり、振動体および圧電素子部分の断面図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the acceleration sensor according to the present invention, and is a cross-sectional view of a vibrating body and a piezoelectric element portion.
【図11】第３実施形態の圧電素子41の内径φＢ2と支持
部22の支持径φＣ1を変えたときの感度Ｖ0と共振周波数
ｆ0の実測例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an actual measurement example of the sensitivity V 0 and the resonance frequency f 0 when the inner diameter φB 2 of the piezoelectric element 41 and the support diameter φC 1 of the support unit 22 are changed according to the third embodiment.
【図12】本発明に係る加速度センサの第４実施形態を示
す図であり、振動体23の板厚ｔ 1と圧電素子24の板厚ｔ2
の比ｔ1／ｔ2による感度Ｖ0と共振周波数ｆ0の実測を示
す図である。FIG. 12 shows a fourth embodiment of the acceleration sensor according to the present invention.
FIG. 1And the thickness t of the piezoelectric element 24Two
Ratio t1/ TTwoSensitivity V0And the resonance frequency f0Show actual measurement
FIG.
【図13】従来の加速度センサの断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional acceleration sensor.
【図14】（ａ）は圧電素子と重りの分解図、（ｂ）は従
来の加速度センサの周波数特性を示す図である。14A is an exploded view of a piezoelectric element and a weight, and FIG. 14B is a view illustrating a frequency characteristic of a conventional acceleration sensor.
21 金属ケース（本体） 22 支持部 23 振動体 24 圧電素子 25ａ、25ｂ 電極（コネクタ部材） 26 コネクタ本体（コネクタ部材） 28 出力端子（コネクタ部材） 29 リード線（コネクタ部材） 21 Metal case (main body) 22 Support part 23 Vibration body 24 Piezoelectric element 25a, 25b Electrode (connector member) 26 Connector body (connector member) 28 Output terminal (connector member) 29 Lead wire (connector member)
Claims (4)
けられた支持部にその中央部が固定された平板状の振動
体と、前記振動体の片面または両面に固定された平板状
の圧電素子と、前記圧電素子の両面に設けられた一対の
電極と、前記本体を閉塞するように前記本体に取付けら
れ、前記一対の電極からの出力を取り出すように前記一
対の電極に接続されるコネクタ部材とを備え、 前記振動体の板厚をｔ1（mm）とし、前記支持部を中心
に振動する前記振動体の実行振動半径をＲ1（mm）とし
たとき、前記ｔ1とＲ1の比Ｒ1／ｔ1を3.3±1.5の範囲に
設定したことを特徴とする加速度センサ。A plate-shaped vibrator having a center fixed to a support provided at a substantially central portion of a bottom surface of the main body; and a plate-shaped vibrator fixed to one or both surfaces of the vibrator. A piezoelectric element, and a pair of electrodes provided on both surfaces of the piezoelectric element, attached to the main body so as to close the main body, and connected to the pair of electrodes so as to take out the output from the pair of electrodes. and a that connector member, the thickness of the vibrator and t 1 (mm), when the execution vibration radius of the vibrating body oscillates about the supporting portion is R 1 as (mm), and the t 1 an acceleration sensor, characterized in that setting the ratio R 1 / t 1 of R 1 in the range of 3.3 ± 1.5.
2（mm）の取付け位置をＲ2（mm）としたとき、前記振動
体の実行振動半径Ｒ1（mm）の中央付近であるＲ2＝0.5
±0.25Ｒ1となるようにしたことを特徴とする請求項１
記載の加速度センサ。2. An outer diameter φA of a piezoelectric element with respect to the vibrating body.
2 when the attachment position of (mm) was R 2 (mm), the a vicinity of the center of the running vibration of the vibrating body radius R 1 (mm) R 2 = 0.5
2. The method according to claim 1, wherein the value is ± 0.25R1.
The acceleration sensor according to any one of the preceding claims.
した場合に、前記圧電素子の内径φＢ2（mm）を前記支
持部の取付け位置の径φＣ1（mm）と略寸法、または大
きくなるように設定したことを特徴とする請求項１また
は２記載の加速度センサ。3. When the piezoelectric element is set to have a donut-shaped disk shape, the inner diameter φB 2 (mm) of the piezoelectric element becomes substantially equal to or larger than the diameter φC 1 (mm) of the mounting position of the support portion. 3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is set as follows.
の板厚ｔ2（mm）の比ｔ1／ｔ2を略同厚、または0.5〜3
の範囲になるように設定したことを特徴とする請求項１
〜３何れかに記載の加速度センサ。4. The thickness t 1 (mm) of the vibration plate and the ratio t 1 / t 2 of the thickness t 2 (mm) of the piezoelectric element are substantially the same, or 0.5 to 3
2. The method according to claim 1, wherein the setting is made so as to fall within the range of
4. The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2000167403A JP2001343395A (en) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | Acceleration sensor |
| EP01112870A EP1162468A3 (en) | 2000-06-05 | 2001-05-31 | Acceleration sensor |
| CA002349657A CA2349657A1 (en) | 2000-06-05 | 2001-06-04 | Acceleration sensor |
| US09/874,703 US6622559B2 (en) | 2000-06-05 | 2001-06-05 | Acceleration sensor |
| US10/619,269 US6779403B2 (en) | 2000-06-05 | 2003-07-14 | Acceleration sensor |
| US10/909,859 US6925878B2 (en) | 2000-06-05 | 2004-08-02 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2000167403A JP2001343395A (en) | 2000-06-05 | 2000-06-05 | Acceleration sensor |
Publications (1)
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ID=18670561
Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001343395A (en) |
-
2000
- 2000-06-05 JP JP2000167403A patent/JP2001343395A/en active Pending
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