JP3139211B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特にたとえば、複数の向きの加速度を検出することがで
き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,
In particular, for example, the present invention relates to an acceleration sensor capable of detecting accelerations in a plurality of directions.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、１つの素子で複数の向きの加速度
を検出することができる加速度センサを製造することは
困難であった。そこで、発明者は、図１０および図１１
に示すような加速度センサ１を作製した。この加速度セ
ンサ１は、角柱状の振動体２を含む。振動体２の長さ方
向の中央部の一方側には、対向する側面に圧電素子３が
形成される。さらに、振動体２の長さ方向の中央部の他
方側には、別の対向する側面に圧電素子４が形成され
る。これらの圧電素子３，４に駆動信号を印加すること
によって、振動体２を長さ方向に振動させることができ
る。振動体２に長さ振動をさせることによって、振動体
２に慣性が与えられる。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been difficult to manufacture an acceleration sensor capable of detecting accelerations in a plurality of directions with one element. Then, the inventor of FIG. 10 and FIG.
The acceleration sensor 1 shown in FIG. The acceleration sensor 1 includes a prism-shaped vibrating body 2. A piezoelectric element 3 is formed on one side of the central portion in the longitudinal direction of the vibrating body 2, on the opposite side surface. Further, a piezoelectric element 4 is formed on another opposing side surface on the other side of the longitudinal center portion of the vibrating body 2. By applying a drive signal to these piezoelectric elements 3 and 4, the vibrating body 2 can be vibrated in the length direction. By causing the vibrating body 2 to vibrate in length, inertia is given to the vibrating body 2.
【０００３】この状態で、たとえば圧電素子３に直交す
る向きに加速度が加わると、振動体２には圧電素子３形
成面に直交する向きに撓みが生じる。この撓みによっ
て、振動体２の両面の圧電素子３に電圧が生じる。これ
らの電圧は互いに逆位相となるため、差動回路などでそ
の差を測定すれば、加速度センサ１に加わった加速度を
検出することができる。このとき、振動体２には慣性が
与えられているため、微小な加速度も検出することがで
きる。なお、２つの圧電素子３を差動回路に接続すれ
ば、振動体２を振動させるための駆動信号は相殺され、
加速度に応じた出力信号のみを取り出すことができる。
同様にして、圧電素子４に直交する向きの加速度も検出
することができる。したがって、この加速度センサ１を
用いれば、直交する向きの加速度を検出することができ
る。In this state, for example, when acceleration is applied in a direction perpendicular to the piezoelectric element 3, the vibrating body 2 bends in a direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric element 3 is formed. Due to this bending, a voltage is generated in the piezoelectric elements 3 on both surfaces of the vibrating body 2. Since these voltages have opposite phases, if the difference is measured by a differential circuit or the like, the acceleration applied to the acceleration sensor 1 can be detected. At this time, since the vibrating body 2 is given inertia, a slight acceleration can be detected. If the two piezoelectric elements 3 are connected to a differential circuit, the drive signal for vibrating the vibrating body 2 is canceled out,
Only an output signal corresponding to the acceleration can be extracted.
Similarly, acceleration in a direction orthogonal to the piezoelectric element 4 can be detected. Therefore, if this acceleration sensor 1 is used, it is possible to detect the acceleration in the orthogonal direction.
【０００４】[0004]
【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では、振動体が角柱状であるた
め、加速度が加わる向きの厚みが大きく、加速度による
振動体の撓み量が少ない。そのため、振動体の撓みによ
って圧電素子に発生する電圧が小さく、加速度の検出感
度を大きくすることが困難であった。However, in such a conventional acceleration sensor, since the vibrating body has a prismatic shape, the thickness in the direction in which acceleration is applied is large, and the amount of bending of the vibrating body due to acceleration is small. Therefore, the voltage generated in the piezoelectric element due to the bending of the vibrating body is small, and it has been difficult to increase the acceleration detection sensitivity.
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、複
数の向きの加速度を検出することができ、しかも検出感
度が大きい加速度センサを提供することである。Therefore, a main object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting accelerations in a plurality of directions and having high detection sensitivity.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、１本の中心
軸上において互いの主面が交わるように連結される複数
の板状の振動体と、複数の振動体の主面上に形成される
圧電素子とを含み、圧電素子に駆動信号を印加すること
によって、連結された複数の振動体をその長さ方向の中
央部の両側で伸びと縮みとが逆となるような長さ振動を
するようにした、加速度センサである。また、この発明
は、１本の中心軸上において互いの主面が交わるように
連結される圧電体で形成された複数の板状の振動体と、
複数の振動体の主面上に形成される電極とを含み、電極
に駆動信号を印加することによって、連結された複数の
振動体をその長さ方向の中央部の両側で伸びと縮みとが
逆となるような長さ振動をするようにした、加速度セン
サである。According to the present invention, there are provided a plurality of plate-shaped vibrators connected so that their main surfaces intersect on one central axis, and a plurality of vibrators formed on the main surfaces of the plurality of vibrators. The piezoelectric element includes a piezoelectric vibrator, and by applying a drive signal to the piezoelectric vibrator, the connected plurality of vibrators are vibrated such that the expansion and contraction are opposite on both sides of the center in the length direction. This is an acceleration sensor. Also, the present invention provides a plurality of plate-shaped vibrators formed of piezoelectric bodies that are connected so that their main surfaces intersect on one central axis;
An electrode formed on the main surface of the plurality of vibrators, and by applying a drive signal to the electrodes, the connected plurality of vibrators can expand and contract on both sides of a central portion in the longitudinal direction thereof. This is an acceleration sensor that performs length vibration in the opposite direction.
【０００７】[0007]
【作用】複数の振動体の主面に形成された圧電素子また
は電極に駆動信号を印加することにより、振動体を長さ
方向に振動させることができ、振動体に慣性が与えられ
る。この状態で、振動体の中心軸に直交する向きに加速
度が加わると、振動体に撓みが生じる。このとき、振動
体は板状であるため、角柱状の振動体に比べて大きい撓
み量を得ることができる。圧電素子または電極は、板状
の振動体の主面に形成されており、しかも各振動体の主
面は互いに交わっている。そのため、圧電素子の圧電体
または圧電体で形成された振動体には、振動体の主面に
直交する向きの加速度成分に対応した電圧が発生する。By applying a drive signal to the piezoelectric elements or electrodes formed on the main surfaces of the plurality of vibrating bodies, the vibrating bodies can be vibrated in the longitudinal direction, and inertia is given to the vibrating bodies. In this state, when acceleration is applied in a direction orthogonal to the central axis of the vibrating body, the vibrating body bends. At this time, since the vibrating body has a plate shape, a larger amount of deflection can be obtained as compared with a prismatic vibrating body. The piezoelectric element or the electrode is formed on the main surface of the plate-shaped vibrator, and the main surfaces of the vibrators cross each other. Therefore, a voltage corresponding to an acceleration component in a direction orthogonal to the main surface of the vibrating body is generated in the piezoelectric body of the piezoelectric element or the vibrating body formed of the piezoelectric body.
【０００８】[0008]
【発明の効果】この発明によれば、振動体の主面に直交
する向きの加速度成分に対応して、圧電素子または電極
から出力電圧を得ることができるため、振動体の中心軸
に直交する全ての向きの加速度を検出することができ
る。しかも、振動体が板状であるため、加速度による撓
み量が大きく、それに応じて出力電圧も大きくなる。し
たがって、小さい加速度に対しても、大きい出力電圧を
得ることができ、検出感度の大きい加速度センサを得る
ことができる。According to the present invention, an output voltage can be obtained from the piezoelectric element or the electrode in accordance with the acceleration component orthogonal to the main surface of the vibrating body, so that the output voltage is orthogonal to the central axis of the vibrating body. Accelerations in all directions can be detected. Moreover, since the vibrating body has a plate shape, the amount of deflection due to acceleration is large, and the output voltage is correspondingly large. Therefore, a large output voltage can be obtained even for a small acceleration, and an acceleration sensor having a high detection sensitivity can be obtained.
【０００９】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実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
【００１０】[0010]
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図２および図３はそれぞれ図１の線ＩＩ−ＩＩおよ
び線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を含む。第１の
振動体１２の長手方向の端部には、矩形板状の第２の振
動体１４が形成される。第１の振動体１２および第２の
振動体１４は、１本の中心軸上において互いに主面が直
交するように配置される。第１の振動体１２および第２
の振動体１４は、たとえばエリンバ，鉄−ニッケル合
金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般的に機
械的な振動を生じる材料で形成される。第１の振動体１
２と第２の振動体１４との連結は、たとえば溶接や接着
などにより行うことができる。また、金属板を打抜き加
工し、その中央部でねじり加工を行うことによって、連
結された第１の振動体１２および第２の振動体１４を形
成してもよい。1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are sectional views taken along lines II-II and III-III of FIG. 1, respectively. The acceleration sensor 10 includes a first vibrating body 12 having a rectangular plate shape. A rectangular plate-shaped second vibrator 14 is formed at the longitudinal end of the first vibrator 12. The first vibrating body 12 and the second vibrating body 14 are arranged such that their main surfaces are orthogonal to each other on one central axis. First vibrating body 12 and second vibrating body
The vibrating body 14 is generally made of a material that generates mechanical vibration, such as, for example, an elinvar, an iron-nickel alloy, quartz, glass, quartz, or ceramic. First vibrating body 1
The connection between the second vibrating body 14 and the second vibrating body 14 can be performed by, for example, welding or bonding. Alternatively, the connected first vibrating body 12 and second vibrating body 14 may be formed by punching a metal plate and performing torsion processing at a central portion thereof.
【００１１】第１の振動体１２の対向する主面には、そ
れぞれ圧電素子１６ａ，１６ｂが形成される。圧電素子
１６ａは、たとえば圧電セラミックで形成される圧電板
１８ａを含む。この圧電板１８ａの両面に、電極２０
ａ，２２ａが形成される。そして、一方の電極２２ａ
が、第１の振動体１２の主面に接着される。同様に、圧
電素子１６ｂは圧電板１８ｂを含み、圧電板１８ｂの両
面に電極２０ｂ，２２ｂが形成される。そして、一方の
電極２２ｂが、第１の振動体１２の主面に接着される。
これらの圧電素子１６ａ，１６ｂにおいては、それぞれ
圧電板１８ａ，１８ｂは、外側から第１の振動体１２側
に向かって分極させられる。The piezoelectric elements 16a and 16b are formed on the opposing main surfaces of the first vibrating body 12, respectively. Piezoelectric element 16a includes a piezoelectric plate 18a formed of, for example, piezoelectric ceramic. Electrodes 20 are provided on both sides of the piezoelectric plate 18a.
a, 22a are formed. Then, one electrode 22a
Is adhered to the main surface of the first vibrating body 12. Similarly, the piezoelectric element 16b includes a piezoelectric plate 18b, and electrodes 20b and 22b are formed on both surfaces of the piezoelectric plate 18b. Then, one electrode 22 b is bonded to the main surface of the first vibrating body 12.
In these piezoelectric elements 16a and 16b, the piezoelectric plates 18a and 18b are polarized from the outside toward the first vibrating body 12, respectively.
【００１２】また、第２の振動体１４の対向する主面に
は、それぞれ圧電素子２４ａ，２４ｂが形成される。圧
電素子２４ａ，２４ｂは圧電板２６ａ，２６ｂを含み、
これらの圧電板２６ａ，２６ｂの両面に、電極２８ａ，
３０ａおよび電極２８ｂ，３０ｂが形成される。そし
て、一方の電極３０ａ，３０ｂが、第２の振動体１４の
主面に接着される。これらの圧電素子２４ａ，２４ｂに
おいては、圧電板２６ａ，２６ｂは、第２の振動体１４
側から外側に向かって分極させられる。The piezoelectric elements 24a and 24b are formed on the opposing main surfaces of the second vibrating body 14, respectively. The piezoelectric elements 24a and 24b include piezoelectric plates 26a and 26b,
On both surfaces of these piezoelectric plates 26a, 26b, electrodes 28a,
30a and electrodes 28b and 30b are formed. Then, one of the electrodes 30 a and 30 b is bonded to the main surface of the second vibrating body 14. In these piezoelectric elements 24a and 24b, the piezoelectric plates 26a and 26b
Polarized from side to side.
【００１３】第１の振動体１２は、第１のフレーム３２
に支持される。第１のフレーム３２はコ字状に形成さ
れ、その中央部に第１の振動体１２が取り付けられる。
このとき、第１の振動体１２は、その幅方向の両端で第
１のフレーム３２に接続される。したがって、第１の振
動体１２と第１のフレーム３２との接続部分には、孔３
４が形成される。さらに、第１の振動体１２の端部側に
は、重り３６が形成される。The first vibrating body 12 includes a first frame 32
Supported by The first frame 32 is formed in a U-shape, and the first vibrating body 12 is attached to a central portion thereof.
At this time, the first vibrating body 12 is connected to the first frame 32 at both ends in the width direction. Therefore, the connecting portion between the first vibrating body 12 and the first frame 32 has a hole 3
4 are formed. Further, a weight 36 is formed at the end of the first vibrating body 12.
【００１４】同様に、第２の振動体１４は、第２のフレ
ーム３８に支持される。第２のフレーム３８はコ字状に
形成され、その中央部に第２の振動体１４が取り付けら
れる。このとき、第２の振動体１４は、その幅方向の両
端で第２のフレーム３８に接続される。したがって、第
２の振動体１４と第２のフレーム３８との接続部分に
は、孔４０が形成される。さらに、第２の振動体１４の
端部側には、重り４２が形成される。Similarly, the second vibrator 14 is supported by a second frame 38. The second frame 38 is formed in a U-shape, and the second vibrator 14 is attached to a central portion thereof. At this time, the second vibrating body 14 is connected to the second frame 38 at both ends in the width direction. Therefore, a hole 40 is formed at a connection portion between the second vibrator 14 and the second frame 38. Further, a weight 42 is formed at the end of the second vibrating body 14.
【００１５】第１のフレーム３２および第２のフレーム
３８は、たとえば図４に示すように、リング状の支持部
材４４に支持される。このとき、第１の振動体１２およ
び第２の振動体１４の接続部分に対応する位置で、各フ
レーム３２，３８が支持部材４４に支持される。The first frame 32 and the second frame 38 are supported by a ring-shaped support member 44, for example, as shown in FIG. At this time, each of the frames 32 and 38 is supported by the support member 44 at a position corresponding to a connection portion between the first vibrating body 12 and the second vibrating body 14.
【００１６】この加速度センサ１０を使用する場合、図
５に示すように、抵抗５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ
を介して、圧電素子１６ａ，１６ｂ，２４ａ，２４ｂ
に、発振回路５２が接続される。また、圧電素子１６
ａ，１６ｂは、第１の差動回路５４に接続され、圧電素
子２４ａ，２４ｂは第２の差動回路５６に接続される。When this acceleration sensor 10 is used, as shown in FIG. 5, resistors 50a, 50b, 50c, 50d
Via the piezoelectric elements 16a, 16b, 24a, 24b
Is connected to the oscillation circuit 52. Also, the piezoelectric element 16
a and 16b are connected to a first differential circuit 54, and the piezoelectric elements 24a and 24b are connected to a second differential circuit 56.
【００１７】この加速度センサ１０を使用するときに
は、発振回路５２から圧電素子１６ａ，１６ｂ，２４
ａ，２４ｂに、同位相の駆動信号が印加される。圧電素
子１６ａ，１６ｂは互いに対向するように形成され、別
の圧電素子２４ａ，２４ｂも互いに対向するように形成
されているため、各振動体１２，１４は長さ方向に振動
する。また、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子２４
ａ，２４ｂとは逆方向に分極しているため、同位相の駆
動信号によって互いに逆方向に変位する。したがって、
図１の実線の矢印に示すように、第１の振動体１２が伸
びるとき、第２の振動体は収縮する。また、図１の１点
鎖線の矢印に示すように、第１の振動体１２が収縮する
とき、第２の振動体１４は伸びる。このようにして、第
１の振動体１２および第２の振動体１４は、その長さ方
向に振動する。したがって、各振動体１２，１４の両端
部の変位が吸収され、各振動体１２，１４のフレーム側
の端部は変位しないため、各フレーム３２，３８への振
動漏れが少ない。そのため、安定した振動を得ることが
できる。When the acceleration sensor 10 is used, the oscillation circuit 52 supplies the piezoelectric elements 16a, 16b, 24
Drive signals of the same phase are applied to a and 24b. Since the piezoelectric elements 16a and 16b are formed so as to face each other, and the other piezoelectric elements 24a and 24b are also formed so as to face each other, the vibrators 12 and 14 vibrate in the length direction. The piezoelectric elements 16a and 16b and the piezoelectric element 24
Since they are polarized in the directions opposite to the directions a and 24b, they are displaced in the directions opposite to each other by the drive signal in phase. Therefore,
As shown by the solid arrow in FIG. 1, when the first vibrating body 12 extends, the second vibrating body contracts. When the first vibrating body 12 contracts, the second vibrating body 14 expands, as indicated by an alternate long and short dash line arrow in FIG. Thus, the first vibrating body 12 and the second vibrating body 14 vibrate in the length direction. Therefore, the displacement of both ends of each of the vibrators 12 and 14 is absorbed, and the ends of the vibrators 12 and 14 on the frame side are not displaced, so that the vibration leakage to the frames 32 and 38 is small. Therefore, stable vibration can be obtained.
【００１８】第１の振動体１２および第２の振動体１４
が振動することによって、これらの振動体１２，１４に
慣性が与えられる。この状態で、たとえば第１の振動体
１２の主面に直交する向きに加速度が加わると、図６に
示すように、第１の振動体１２はその主面に直交する向
きに撓む。このとき、加速度は第２の振動体１４の幅方
向に加わるため、第２の振動体１４には撓みが発生しな
い。また、第２の振動体１４は、幅方向の両端部で第２
のフレーム３８に支持されているため、その中央部で支
持されている場合のように、幅方向に振れることが防止
される。このように第２の振動体１４の幅方向の振れを
防ぐためには、第２の振動体１４の端部全体が第２のフ
レーム３８に支持されてもよく、その場合孔４０は形成
されない。First vibrating body 12 and second vibrating body 14
By vibrating, these vibrators 12 and 14 are given inertia. In this state, if acceleration is applied in a direction perpendicular to the main surface of the first vibrating body 12, for example, the first vibrating body 12 bends in a direction perpendicular to the main surface as shown in FIG. At this time, since the acceleration is applied in the width direction of the second vibrating body 14, the second vibrating body 14 does not bend. Further, the second vibrating body 14 has the second vibrator at both ends in the width direction.
Is supported by the frame 38, so that it is prevented from swinging in the width direction as in the case where it is supported at the center. In order to prevent the second vibrating body 14 from swinging in the width direction as described above, the entire end of the second vibrating body 14 may be supported by the second frame 38, in which case the hole 40 is not formed.
【００１９】第１の振動体１２が撓むことにより、第１
の振動体１２の振動が妨げられ、共振特性が変化する。
この共振特性の変化を測定することにより、加速度を検
出することができる。このようにして加速度を検出する
ためには、圧電素子１６ａ，１６ｂに発生する電圧を測
定すればよい。圧電素子１６ａ，１６ｂの出力電圧は、
第１の差動回路５４で測定される。加速度センサ１０に
加速度が加わっていないときには、圧電素子１６ａ，１
６ｂに同位相で同じ大きさの電圧が発生する。したがっ
て、第１の差動回路５４の出力は０となる。また、加速
度センサ１０に加速度が加わって第１の振動体１２が撓
むと、対向する圧電素子１６ａ，１６ｂには逆位相の電
圧が発生する。そのため、対向する圧電素子１６ａ，１
６ｂの出力電圧の差を測定することにより、第１の差動
回路５４から大きい出力信号を得ることができる。した
がって、第１の振動体１２の主面に直交する向きの加速
度を高感度で検出することができる。なお、圧電素子１
６ａ，１６ｂに印加される駆動信号は、第１の差動回路
５４で相殺されるため、第１の差動回路５４からは出力
されない。When the first vibrating body 12 bends, the first
Of the vibrating body 12 is hindered, and the resonance characteristics change.
By measuring the change in the resonance characteristics, the acceleration can be detected. In order to detect the acceleration in this manner, the voltage generated in the piezoelectric elements 16a and 16b may be measured. The output voltage of the piezoelectric elements 16a and 16b is
It is measured by the first differential circuit 54. When no acceleration is applied to the acceleration sensor 10, the piezoelectric elements 16a, 1
A voltage having the same magnitude and the same phase is generated in 6b. Therefore, the output of the first differential circuit 54 becomes 0. When acceleration is applied to the acceleration sensor 10 and the first vibrating body 12 bends, opposite-phase voltages are generated in the opposing piezoelectric elements 16a and 16b. Therefore, the opposing piezoelectric elements 16a, 1
By measuring the difference between the output voltages 6b, a large output signal can be obtained from the first differential circuit 54. Therefore, acceleration in a direction orthogonal to the main surface of the first vibrating body 12 can be detected with high sensitivity. The piezoelectric element 1
Since the drive signals applied to 6a and 16b are canceled by the first differential circuit 54, they are not output from the first differential circuit 54.
【００２０】また、第２の振動体１４の主面に直交する
向きに加速度が加わると、図７に示すように、第２の振
動体１４が撓む。そして、それによって発生する圧電素
子２４ａ，２４ｂの出力電圧の差を第２の差動回路５６
で測定することにより、加速度を検出することができ
る。このとき、第１の振動体１２の幅方向に加速度が加
わるため、それによる第１の振動体１２の振れを防ぐた
めに、その幅方向の両端部で第１のフレーム３２に支持
されている。もちろん、第１の振動体１２についても、
端部全体で第１のフレーム３２に支持されてもよく、そ
の場合孔３４は形成されない。Further, when acceleration is applied in a direction perpendicular to the main surface of the second vibrating body 14, the second vibrating body 14 is bent as shown in FIG. Then, the difference between the output voltages of the piezoelectric elements 24a and 24b generated thereby is calculated by the second differential circuit 56.
The acceleration can be detected by performing the above measurement. At this time, since acceleration is applied in the width direction of the first vibrating body 12, the first vibrating body 12 is supported by the first frame 32 at both ends in the width direction in order to prevent the first vibrating body 12 from swinging due to the acceleration. Of course, also for the first vibrating body 12,
The entire end may be supported by the first frame 32, in which case the hole 34 is not formed.
【００２１】さらに、第１の振動体１２の主面および第
２の振動体１４の主面のどちらにも直交しない加速度が
加わったとき、それぞれの振動体１２，１４は、その主
面に直交する加速度成分に対応した撓み量で変形する。
したがって、第１の差動回路５４および第２の差動回路
５６からは、それぞれの振動体１２，１４の主面に直交
する加速度成分に対応した信号が出力される。そのた
め、これらの出力信号から、振動体１２，１４の中心軸
に直交する全ての向きの加速度を算出することができ
る。Further, when an acceleration that is not orthogonal to both the main surface of the first vibrating body 12 and the main surface of the second vibrating body 14 is applied, the respective vibrating bodies 12 and 14 are orthogonal to the main surfaces. Deformation by the amount of bending corresponding to the acceleration component that occurs.
Therefore, the first differential circuit 54 and the second differential circuit 56 output signals corresponding to acceleration components orthogonal to the main surfaces of the respective vibrators 12 and 14. Therefore, from these output signals, it is possible to calculate accelerations in all directions orthogonal to the central axes of the vibrators 12 and 14.
【００２２】この加速度センサ１０では、各振動体１
２，１４の端部に重り３６，４２が形成されているた
め、第１の振動体１２や第２の振動体１４が撓んだとき
に、重り３６，４２の質量によって撓みが大きくなる。
そのため、小さい加速度が加わっても、大きい出力信号
を得ることができ、検出感度の良好な加速度センサを得
ることができる。In this acceleration sensor 10, each vibrating body 1
Since the weights 36 and 42 are formed at the ends of the weights 2 and 14, when the first vibrating body 12 and the second vibrating body 14 bend, the weights of the weights 36 and 42 increase the bending.
Therefore, even if a small acceleration is applied, a large output signal can be obtained, and an acceleration sensor with good detection sensitivity can be obtained.
【００２３】また、この加速度センサ１０では、振動体
１２，１４が板状に形成されているため、従来の角柱状
の振動体を用いた加速度センサに比べて、同じ加速度に
対する振動体の撓み量を大きくすることができる。した
がって、従来の加速度センサに比べて、同じ加速度に対
する出力信号を大きくすることができ、検出感度を大き
くすることができる。Further, in the acceleration sensor 10, since the vibrating members 12 and 14 are formed in a plate shape, the amount of deflection of the vibrating member with respect to the same acceleration is larger than that of a conventional acceleration sensor using a prismatic vibrating member. Can be increased. Therefore, as compared with the conventional acceleration sensor, the output signal for the same acceleration can be increased, and the detection sensitivity can be increased.
【００２４】なお、図８および図９に示すように、第１
の振動体１２および第２の振動体１４に別の圧電素子６
０ａ，６０ｂおよび圧電素子６２ａ，６２ｂを形成して
もよい。そして、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび圧電素
子２４ａ，２４ｂは駆動用として用いられ、圧電素子６
０ａ，６０ｂおよび圧電素子６２ａ，６２ｂは検出用と
して用いられる。この場合、圧電素子６０ａ，６０ｂお
よび圧電素子６２ａ，６２ｂの出力電圧を測定すること
により、加速度センサ１０に加わった加速度を検出する
ことができる。As shown in FIGS. 8 and 9, the first
Another piezoelectric element 6 is attached to the vibrating body 12 and the second vibrating body 14.
0a, 60b and the piezoelectric elements 62a, 62b may be formed. The piezoelectric elements 16a and 16b and the piezoelectric elements 24a and 24b are used for driving, and the piezoelectric element 6
0a and 60b and the piezoelectric elements 62a and 62b are used for detection. In this case, the acceleration applied to the acceleration sensor 10 can be detected by measuring the output voltages of the piezoelectric elements 60a and 60b and the piezoelectric elements 62a and 62b.
【００２５】また、上述の実施例では、圧電素子１６
ａ，１６ｂと圧電素子２４ａ，２４ｂとを逆方向に分極
したが、全ての圧電素子を同じ方向に分極してもよい。
つまり、圧電素子１６ａ，１６ｂ，２４ａ，２４ｂを外
側から振動体側に向かって分極してもよいし、振動体側
から外側に向かって分極してもよい。このような場合、
圧電素子１６ａ，１６ｂに印加される駆動信号と圧電素
子２４ａ，２４ｂに印加される駆動信号とは、互いに逆
位相である。このようにしても、第１の振動体１２と第
２の振動体１４とを、伸びと縮みとが逆になるように振
動させることができる。In the above embodiment, the piezoelectric element 16
Although a and 16b and the piezoelectric elements 24a and 24b are polarized in opposite directions, all the piezoelectric elements may be polarized in the same direction.
That is, the piezoelectric elements 16a, 16b, 24a, and 24b may be polarized from the outside toward the vibrator, or may be polarized from the vibrator toward the outside. In such a case,
The drive signals applied to the piezoelectric elements 16a and 16b and the drive signals applied to the piezoelectric elements 24a and 24b have phases opposite to each other. Even in this case, the first vibrating body 12 and the second vibrating body 14 can be vibrated such that the expansion and contraction are reversed.
【００２６】さらに、振動体１２，１４の材料として
は、圧電セラミックで形成してもよい。この場合、上述
の各実施例と同様の位置に、電極が形成される。そし
て、これらの電極に駆動信号を印加することによって、
振動体１２，１４を振動させることができる。また、電
極からの出力電圧を測定することによって、加速度を検
出することができる。Further, the vibrators 12 and 14 may be made of piezoelectric ceramic. In this case, electrodes are formed at the same positions as in the above-described embodiments. Then, by applying a drive signal to these electrodes,
The vibrators 12 and 14 can be vibrated. Also, acceleration can be detected by measuring the output voltage from the electrodes.
【００２７】さらに、振動体１２と振動体１４とは、直
交していなくてもよい。これらの振動体１２，１４の主
面が互いに交わっていれば、その主面に直交する加速度
成分を検出することができるため、その加速度成分と振
動体１２，１４の交差角度から全ての方向の加速度を算
出することができる。また、振動体の数は２つに限ら
ず、３つ以上の振動体を１本の中心軸上に連結してもよ
い。この場合、各振動体の主面の向きを変化させておけ
ば、複数の向きの加速度を検出することができる。３つ
以上の振動体を使用する場合でも、連結した振動体の中
央部の両側で、伸びと縮みとが逆となるように振動させ
ることによって、フレームへの振動漏れを防ぐことがで
き、特性の良好な加速度センサを得ることができる。Further, the vibrating body 12 and the vibrating body 14 need not be orthogonal. If the main surfaces of these vibrators 12 and 14 intersect with each other, an acceleration component orthogonal to the main surface can be detected. The acceleration can be calculated. Further, the number of vibrators is not limited to two, and three or more vibrators may be connected on one central axis. In this case, if the direction of the main surface of each vibrator is changed, accelerations in a plurality of directions can be detected. Even when three or more vibrating bodies are used, vibration can be prevented from leaking to the frame by vibrating so that the expansion and contraction are reversed on both sides of the center of the connected vibrating bodies. And an acceleration sensor having a good value can be obtained.
【００２８】また、振動体１２，１４は、幅方向の両端
部でフレーム３２，３８に支持されているが、図１に示
すような振動体１２，１４の長さ方向に延びて支持する
方法に限らない。たとえば、振動体１２，１４の幅方向
の両端部から斜め方向に延びてフレーム３２，３８に支
持されてもよく、また振動体１２，１４の幅方向に延び
てフレーム３２，３８に支持されてもよい。また、フレ
ーム３２，３８は振動体１２，１４の両側に平行して形
成されているが、振動体１２，１４の片側だけに形成さ
れていてもよい。The vibrators 12, 14 are supported by the frames 32, 38 at both ends in the width direction, but are supported by extending the vibrators 12, 14 in the longitudinal direction as shown in FIG. Not limited to For example, the vibrators 12 and 14 may extend from both ends in the width direction in an oblique direction and may be supported by the frames 32 and 38, or may extend in the width direction of the vibrators 12 and 14 and be supported by the frames 32 and 38. Is also good. Further, the frames 32 and 38 are formed parallel to both sides of the vibrators 12 and 14, but may be formed only on one side of the vibrators 12 and 14.
【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す加速度センサの線ＩＩ−ＩＩにおけ
る断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the acceleration sensor taken along line II-II of FIG.
【図３】図１に示す加速度センサの線ＩＩＩ−ＩＩＩに
おける断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the acceleration sensor shown in FIG. 1, taken along line III-III.
【図４】図１に示す加速度センサを支持部材に支持した
状態を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a state where the acceleration sensor shown in FIG. 1 is supported by a support member.
【図５】図１に示す加速度センサを使用するときの回路
を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit when the acceleration sensor shown in FIG. 1 is used.
【図６】図１に示す加速度センサの第１の振動体の主面
に直交する加速度が加わったときの状態を示す図解図で
ある。FIG. 6 is an illustrative view showing a state when acceleration orthogonal to a main surface of a first vibrating body of the acceleration sensor shown in FIG. 1 is applied;
【図７】図１に示す加速度センサの第２の振動体の主面
に直交する加速度が加わったときの状態を示す図解図で
ある。FIG. 7 is an illustrative view showing a state when acceleration orthogonal to a main surface of a second vibrating body of the acceleration sensor shown in FIG. 1 is applied;
【図８】この発明の他の実施例を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing another embodiment of the present invention.
【図９】図８に示す加速度センサの側面図である。9 is a side view of the acceleration sensor shown in FIG.
【図１０】この発明の背景となる従来の加速度センサの
一例を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional acceleration sensor as a background of the present invention.
【図１１】（Ａ）は図１０に示す従来の加速度センサの
正面図であり、（Ｂ）はその側面図である。11A is a front view of the conventional acceleration sensor shown in FIG. 10, and FIG. 11B is a side view thereof.
１０ 加速度センサ １２ 第１の振動体 １４ 第２の振動体 １６ａ，１６ｂ 圧電素子 ２４ａ，２４ｂ 圧電素子 ３２ 第１のフレーム ３６ 重り ３８ 第２のフレーム ４２ 重り ４４ 支持部材 ５２ 発振回路 ５４ 第１の差動回路 ５６ 第２の差動回路 ６０ａ，６０ｂ 圧電素子 ６２ａ，６２ｂ 圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acceleration sensor 12 1st vibrating body 14 2nd vibrating body 16a, 16b Piezoelectric element 24a, 24b Piezoelectric element 32 First frame 36 Weight 38 Second frame 42 Weight 44 Support member 52 Oscillator circuit 54 First difference Dynamic circuit 56 Second differential circuit 60a, 60b Piezoelectric element 62a, 62b Piezoelectric element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−156375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−88573（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248867（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−302166（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−27466（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/09 - 15/10 H03H 9/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-156375 (JP, A) JP-A-49-88573 (JP, A) JP-A-2-248867 (JP, A) JP-A-1- 302166 (JP, A) Fully open sho 59-27466 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/09-15/10 H03H 9/24
Claims (2)
わるように連結される複数の板状の振動体、および前記
複数の振動体の主面上に形成される圧電素子を含み、 前記圧電素子に駆動信号を印加することによって、連結
された前記複数の振動体をその長さ方向の中央部の両側
で伸びと縮みとが逆となるような長さ振動をするように
した、加速度センサ。1. A plurality of plate-shaped vibrators connected so that their main surfaces intersect on one central axis, and a piezoelectric element formed on the main surfaces of the plurality of vibrators, By applying a drive signal to the piezoelectric element, the plurality of connected vibrators vibrate in length so that expansion and contraction are reversed on both sides of the central portion in the length direction, Acceleration sensor.
わるように連結される圧電体で形成された複数の板状の
振動体、および前記複数の振動体の主面上に形成される
電極を含み、 前記電極に駆動信号を印加することによって、連結され
た前記複数の振動体をその長さ方向の中央部の両側で伸
びと縮みとが逆となるような長さ振動をするようにし
た、加速度センサ。2. A plurality of plate-shaped vibrators formed of piezoelectric bodies connected so that their main surfaces cross each other on one central axis, and formed on the main surfaces of the plurality of vibrators. By applying a drive signal to the electrodes, the plurality of connected vibrators vibrate in length such that expansion and contraction are opposite on both sides of a central portion in the length direction. Acceleration sensor.
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