JP3228089B2 - Accelerometer support structure - Google Patents

Accelerometer support structure

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JP3228089B2
JP3228089B2 JP24056095A JP24056095A JP3228089B2 JP 3228089 B2 JP3228089 B2 JP 3228089B2 JP 24056095 A JP24056095 A JP 24056095A JP 24056095 A JP24056095 A JP 24056095A JP 3228089 B2 JP3228089 B2 JP 3228089B2
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vibrating body
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尾 翼 増
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は加速度センサの支
持構造に関し、特にたとえば、移動体の受ける外的加速
度を検知するもので、加速度から移動速度を計算して、
移動体の軌跡を地図上に表示するナビゲーションなどの
運転支援システムに応用できる、加速度センサの支持構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a support structure for an acceleration sensor, and more particularly to, for example, detecting an external acceleration received by a moving body and calculating a moving speed from the acceleration.
The present invention relates to a support structure for an acceleration sensor, which can be applied to a driving support system such as navigation for displaying a trajectory of a moving object on a map.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来の加速度センサの支持構造の
一例を示す斜視図である。この加速度センサ1は、長さ
方向に振動する振動子2を含む。振動子2は、たとえば
短冊状の振動体3を含む。振動体3の長手方向における
中央から一端側の部分の両主面には、2つの圧電素子4
aおよび4bが対向するように形成される。同様に、振
動体3の長手方向における中央から他端側の部分の両主
面にも、2つの圧電素子4cおよび4dが対向するよう
に形成される。これらの圧電素子4a〜4dは、それぞ
れ、圧電体層を含み、圧電体層の両主面には、電極がそ
れぞれ形成される。そして、圧電体層の一方の主面上の
電極が振動体3の主面に接着される。また、圧電素子4
aおよび4bの圧電体層は、それぞれ、外側から振動体
3側に厚み方向に分極されている。逆に、圧電素子4c
および4dの圧電体層は、それぞれ、振動体3側から外
側に厚み方向に分極されている。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional support structure for an acceleration sensor. The acceleration sensor 1 includes a vibrator 2 that vibrates in a length direction. The vibrator 2 includes, for example, a strip-shaped vibrator 3. Two piezoelectric elements 4 are provided on both main surfaces of a portion of the vibrating body 3 at one end from the center in the longitudinal direction.
a and 4b are formed so as to face each other. Similarly, two piezoelectric elements 4c and 4d are also formed on both main surfaces of the portion from the center to the other end in the longitudinal direction of the vibrating body 3 so as to face each other. Each of these piezoelectric elements 4a to 4d includes a piezoelectric layer, and electrodes are respectively formed on both main surfaces of the piezoelectric layer. Then, an electrode on one main surface of the piezoelectric layer is bonded to the main surface of the vibrating body 3. Also, the piezoelectric element 4
The piezoelectric layers a and 4b are polarized in the thickness direction from the outside toward the vibrating body 3 respectively. Conversely, the piezoelectric element 4c
The piezoelectric layers 4d and 4d are polarized in the thickness direction from the vibrating body 3 side to the outside.

【0003】振動子2の長手方向における一端側には、
2つの支持部材5が形成される。これらの支持部材5
は、振動子2の一端側を支持するためのものである。2
つの支持部材5は、振動体3の長手方向における一端側
のノード部分および端部から幅方向に延びて振動体3と
一体的に形成される。この場合、支持部材5は、短冊状
の水平支持部6aを含む。水平支持部6aは、その幅方
向の一端側でかつその長さ方向の両端から延びる2つの
結合部6bで振動体3と接続される。また、水平支持部
6aの幅方向の他端側には、その端部から下に垂直に延
びる垂直支持部6cが形成される。
At one end of the vibrator 2 in the longitudinal direction,
Two support members 5 are formed. These support members 5
Is for supporting one end side of the vibrator 2. 2
The two support members 5 extend in the width direction from a node portion and an end on one end side in the longitudinal direction of the vibrating body 3 and are formed integrally with the vibrating body 3. In this case, the support member 5 includes a strip-shaped horizontal support portion 6a. The horizontal support portion 6a is connected to the vibrating body 3 by two coupling portions 6b extending from one end side in the width direction and both ends in the length direction. On the other end in the width direction of the horizontal support portion 6a, a vertical support portion 6c extending vertically downward from the end portion is formed.

【0004】さらに、振動子2の長手方向における他端
側には、細い接続部材6を介して、取付部材7が形成さ
れる。この場合、接続部材6および取付部材7は、振動
体3の長手方向における他端側の端部から延びて振動体
3と一体的に形成される。そして、取付部材7の両主面
には、溶接あるいははんだ付けによって、重り8が取り
付けられる。この重り8は、加速度による振動子2の撓
みを大きくするためのものである。
Further, a mounting member 7 is formed on the other end of the vibrator 2 in the longitudinal direction via a thin connecting member 6. In this case, the connecting member 6 and the mounting member 7 extend from the other end of the vibrating body 3 in the longitudinal direction and are formed integrally with the vibrating body 3. The weights 8 are attached to both main surfaces of the attachment member 7 by welding or soldering. The weight 8 is for increasing the deflection of the vibrator 2 due to acceleration.

【0005】この加速度センサ1では、支持部材5を固
定することによって振動子2の一端側を支持するととも
に、4つの圧電素子4a〜4bに同位相の駆動信号を印
加すれば、振動体2が長さ方向に振動する。この場合、
圧電素子4aおよび4bと、圧電素子4cおよび4dと
は、互いに逆方向に分極されているので、互いに逆方向
に変位する。そのため、振動体3の長手方向における中
央から一端側の部分が伸びるときには、振動体3の長手
方向における中央から他端側の部分が縮む。逆に、振動
体3の長手方向における中央から一端側の部分が縮むと
きには、振動体3の長手方向における中央から他端側の
部分が伸びる。また、この場合、振動体3の長手方向に
おける中央から一端側の部分の伸縮量と、振動体3の長
手方向における中央から他端側の部分の伸縮量とが相殺
されるので、振動体3の長手方向における両端間の距離
がほとんど変化しない。さらに、この場合、振動体3
は、圧電素子4aおよび4b間の中央部分と圧電素子4
cおよび4d間の中央部分とをノード部分として振動す
る。また、振動体3は、その長手方向における両端部分
を腹として振動する。
In this acceleration sensor 1, the supporting member 5 is fixed to support one end of the vibrator 2, and when the driving signals of the same phase are applied to the four piezoelectric elements 4 a to 4 b, the vibrating body 2 becomes Vibrates in the longitudinal direction. in this case,
Since the piezoelectric elements 4a and 4b and the piezoelectric elements 4c and 4d are polarized in directions opposite to each other, they are displaced in directions opposite to each other. Therefore, when the portion on one end side from the center in the longitudinal direction of the vibrating body 3 extends, the portion on the other end side from the center in the longitudinal direction of the vibrating body 3 contracts. Conversely, when the portion on the one end side from the center in the longitudinal direction of the vibrating body 3 contracts, the portion on the other end side from the center in the longitudinal direction of the vibrating body 3 extends. Further, in this case, the amount of expansion and contraction of the portion from the center to the one end side in the longitudinal direction of the vibrating body 3 is offset from the amount of expansion and contraction of the portion from the center to the other end side in the longitudinal direction of the vibrating body 3. The distance between both ends in the longitudinal direction hardly changes. Further, in this case, the vibrating body 3
Is a central part between the piezoelectric elements 4a and 4b and the piezoelectric element 4
The center part between c and 4d vibrates as a node part. The vibrating body 3 vibrates with both ends in the longitudinal direction as antinodes.

【0006】そして、振動子2の振動体3にその主面に
直交する方向に加速度を加えると、その加速度に応じて
振動体3が圧電素子4a〜4dとともに撓み、その撓み
に応じた電圧が圧電素子4a〜4dに発生する。そのた
め、圧電素子4a〜4dに発生する電圧のいずれかを測
定することによって、加速度を検出することができる。
すなわち、この加速度センサ1は、片持ち梁り構造の振
動子2の先端に重り9を付けたもので、常時は長さ方向
に縦振動している。そして、この加速度センサ1に外的
加速度が加わると、屈曲振動が励振され、振動子2の両
面に配置した圧電素子に発生する出力電圧に差異が生じ
ることを利用している。
When an acceleration is applied to the vibrating body 3 of the vibrator 2 in a direction orthogonal to the main surface, the vibrating body 3 bends together with the piezoelectric elements 4a to 4d according to the acceleration, and a voltage corresponding to the bending is generated. It occurs in the piezoelectric elements 4a to 4d. Therefore, the acceleration can be detected by measuring any of the voltages generated in the piezoelectric elements 4a to 4d.
In other words, the acceleration sensor 1 has a weight 9 attached to the tip of a vibrator 2 having a cantilever structure, and normally vibrates longitudinally in the length direction. When an external acceleration is applied to the acceleration sensor 1, a bending vibration is excited, and a difference is generated between output voltages generated in piezoelectric elements arranged on both surfaces of the vibrator 2.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この加
速度センサ1では、たとえば温度変化などにより支持部
材5に不規則な振動によるドリフトが発生し、振動子2
の振動が不安定になる恐れがあった。
However, in the acceleration sensor 1, drift occurs due to irregular vibrations in the support member 5 due to, for example, a change in temperature and the like.
There was a risk that the vibrations of the robot became unstable.

【0008】図6は、図5に示す加速度センサ1と同様
に、支持部材5に切欠き部が設けられていない従来の他
の加速度センサの振動状態をたとえば有限要素法により
解析して視覚的にわかりやすくした図解図である。な
お、図6において、図5に示した加速度センサと同じ符
号を付した部材は、同じ機能を有するものである。この
従来の加速度センサ1に加速度が加わった場合、振動子
2の長さ方向の振動に対して、結合部6b,6bは長さ
方向に大きく変位する。振動子2のノード部Nは長さ方
向には変位せず、幅方向に小さい変位を起こす。そのた
め、水平支持部6aが大きく波打って、支持部材5が不
規則に振動する。これが誘因となり振動子2の振動が不
安定になるので、出力電圧が変動し正確に加速度を検出
することができず、Qm も低下する。
FIG. 6 is a view similar to the acceleration sensor 1 shown in FIG. 5 in which a vibration state of another conventional acceleration sensor in which a notch is not provided in the support member 5 is analyzed by, for example, a finite element method, and visualized. FIG. In FIG. 6, members denoted by the same reference numerals as those of the acceleration sensor shown in FIG. 5 have the same functions. When acceleration is applied to the conventional acceleration sensor 1, the coupling portions 6b, 6b are greatly displaced in the longitudinal direction with respect to vibration in the longitudinal direction of the vibrator 2. The node portion N of the vibrator 2 is not displaced in the length direction but causes a small displacement in the width direction. Therefore, the horizontal support portion 6a is largely wavy, and the support member 5 vibrates irregularly. Since this vibration of the vibrator 2 becomes incentive becomes unstable, the output voltage varies can not be accurately detected acceleration, Q m is also reduced.

【0009】すなわち、振動子2の振動が不安定になる
と、加速度センサ1に加速度が加わっていない状態で
も、振動子2が撓んで出力電圧が発生する。そのため、
正確に加速度を検出することができず、誤動作の原因と
なる。このような従来の加速度センサ1をたとえば移動
体の速度検出などに用いた場合、ドリフト電圧が発生し
て、その誤差が蓄積されることになり、それを補正する
回路等が必要となる。
That is, when the vibration of the vibrator 2 becomes unstable, the vibrator 2 is bent and an output voltage is generated even when no acceleration is applied to the acceleration sensor 1. for that reason,
Acceleration cannot be detected accurately, causing a malfunction. When such a conventional acceleration sensor 1 is used, for example, for detecting the speed of a moving body, a drift voltage is generated, and errors are accumulated, and a circuit for correcting the error is required.

【0010】それゆえに、この発明の主たる目的は、外
的加速度が無いときに発生する不規則な振動を抑制する
ことができる、加速度センサの支持構造を提供すること
である。
[0010] Therefore, a main object of the present invention is to provide a support structure for an acceleration sensor capable of suppressing irregular vibrations occurring when there is no external acceleration.

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】 請求項に記載の発明
は、長さ方向に振動する振動子を含む片持ち梁構造の加
速度センサであって、振動子は、板状の振動体と振動体
の両主面に形成される圧電素子とを含み、さらに、支持
部材は、振動体と並行に配置される水平支持板と、振動
体の一端部および振動体の一端側のノード部近傍に形成
され、振動体と水平支持板とを接続する結合部と、水平
支持板の端部から垂直に延びる垂直支持板とを含み、切
欠き部は、水平支持板に形成される、加速度センサの支
持構造である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an acceleration sensor having a cantilever structure including a vibrator vibrating in a longitudinal direction, wherein the vibrator comprises a plate-shaped vibrator and a vibrator. A piezoelectric element formed on both main surfaces of the body, and furthermore, the support member has a horizontal support plate arranged in parallel with the vibrator, and one end of the vibrator and a vicinity of a node on one end of the vibrator. is formed, it includes a coupling portion for connecting the vibrating body and the horizontal support plate, and a vertical support plate extending perpendicularly from an end portion of the horizontal support plate, the cutout portion, Ru is formed into a horizontal supporting plate, acceleration sensors It is a support structure.

【0013】請求項に記載の発明は、切欠き部が水平
支持板の端部から振動体の長さ方向と同方向に延びて形
成される、請求項に記載の加速度センサの支持構造で
ある。
[0013] According to a second aspect of the invention, the cutout portion is formed to extend in the longitudinal direction in the same direction of the vibration member from the end portion of the horizontal support plate, the support structure of the acceleration sensor according to claim 1 It is.

【0014】請求項に記載の発明は、切欠き部が水平
支持板の幅方向の端部に形成される、請求項に記載の
加速度センサの支持構造である。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the acceleration sensor support structure according to the first aspect , wherein the notch is formed at an end in the width direction of the horizontal support plate.

【0015】請求項に記載の発明は、切欠き部がさら
に前記垂直支持板に形成される、請求項ないしのい
ずれかに記載の加速度センサの支持構造である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the acceleration sensor support structure according to any one of the first to third aspects, wherein a notch is further formed in the vertical support plate.

【0016】[0016]

【作用】請求項1〜に記載の発明では、切欠き部は、
ドリフトの原因となる支持部材の不規則な振動を抑制
し、それに基づくドリフト電圧を抑制する。そのため、
振動子の振動が安定し、機械的品質係数Qm が向上す
る。
According to the invention as set forth in claims 1 to 4 , the notch portion is
Irregular vibration of the support member that causes drift is suppressed, and a drift voltage based on the vibration is suppressed. for that reason,
Vibration of the vibrator is stabilized, mechanical quality factor Q m is increased.

【0017】[0017]

【発明の効果】請求項1〜に記載の発明によれば、ド
リフトの原因になる支持部材の不規則な振動を抑制する
ことができる。この場合、請求項に記載の発明によれ
ば、垂直支持板にも切欠き部が形成されるので、より一
層、支持部材の不規則な振動を抑制することができる。
そのため、振動子の振動が安定し、Qm が向上する。し
たがって、外的加速度が無いときに発生する不規則な振
動に基づくドリフト電圧を抑制することができる、加速
度センサの支持構造が得られる。
According to the first to fourth aspects of the present invention, irregular vibration of the support member that causes drift can be suppressed. In this case, according to the fourth aspect of the present invention, since the notch is also formed in the vertical support plate, irregular vibration of the support member can be further suppressed.
Therefore, vibration of the vibrator is stabilized, Q m is increased. Therefore, it is possible to obtain a support structure of the acceleration sensor that can suppress a drift voltage based on irregular vibration generated when there is no external acceleration.

【0018】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。
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments of the present invention with reference to the drawings.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態の一
例を示す斜視図であり、図2はその側面図である。この
発明の実施の形態例では、長さ方向に縦振動し、2つの
ノード部分を有する振動子を含む片持ち梁構造の加速度
センサについて説明する。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view thereof. In the embodiment of the present invention, an acceleration sensor having a cantilever structure that includes a vibrator having two node portions and vibrating longitudinally in a longitudinal direction will be described.

【0020】この加速度センサ10は、長さ方向に縦振
動する振動子12を含む。振動子12は、たとえば短冊
状の振動体14を含む。振動体14は、たとえば、ニッ
ケル,鉄,クロム,チタン、あるいはそれらの合金たと
えばエリンバ,鉄−ニッケル合金などの恒弾性金属材料
で形成される。なお、振動体14は、たとえば、石英,
ガラス,水晶,セラミックなどのように一般的に機械的
な振動を生じる金属以外の材料で形成されてもよい。
The acceleration sensor 10 includes a vibrator 12 that vibrates longitudinally in the longitudinal direction. The vibrator 12 includes, for example, a strip-shaped vibrator 14. The vibrating body 14 is made of, for example, a constant elastic metal material such as nickel, iron, chromium, titanium, or an alloy thereof such as elinvar or an iron-nickel alloy. The vibrating body 14 is made of, for example, quartz,
It may be formed of a material other than a metal that generally generates mechanical vibration, such as glass, quartz, or ceramic.

【0021】振動体14の長さ方向における中央から一
端側の部分の両主面には、2つの圧電素子16aおよび
16bが対向するように形成される。一方の圧電素子1
6aは、たとえばセラミックからなる圧電体層18aを
含み、圧電体層18aの両主面には、電極20aおよび
22aがそれぞれ形成される。そして、電極20aが、
振動体14の一方の主面にたとえば接着剤で接着され
る。同様に、他方の圧電素子16bは、たとえばセラミ
ックからなる圧電体層18bを含み、圧電体層18bの
両主面には、電極20bおよび22bがそれぞれ形成さ
れる。そして、電極20bが、振動体14の他方の主面
にたとえば接着剤で接着される。また、これらの圧電素
子16aおよび16bの圧電体層18aおよび18b
は、電極22aおよび22bから電極20aおよび20
bに向かって、すなわち外側から振動体14側に向かっ
て厚み方向に分極されている。
Two piezoelectric elements 16a and 16b are formed so as to face each other on both main surfaces of a portion from the center to one end in the length direction of the vibrating body 14. One piezoelectric element 1
6a includes a piezoelectric layer 18a made of, for example, ceramic, and electrodes 20a and 22a are formed on both main surfaces of the piezoelectric layer 18a, respectively. And the electrode 20a is
One main surface of the vibrating body 14 is adhered with, for example, an adhesive. Similarly, the other piezoelectric element 16b includes a piezoelectric layer 18b made of, for example, ceramic, and electrodes 20b and 22b are formed on both main surfaces of the piezoelectric layer 18b, respectively. Then, the electrode 20b is bonded to the other main surface of the vibrating body 14 with, for example, an adhesive. Also, the piezoelectric layers 18a and 18b of these piezoelectric elements 16a and 16b
Are connected to the electrodes 20a and 20b from the electrodes 22a and 22b.
b, that is, polarized in the thickness direction from the outside toward the vibrating body 14.

【0022】さらに、振動体14の長さ方向における中
央から他端側の部分の両主面には、2つの圧電素子16
cおよび16dが対向するように形成される。一方の圧
電素子16cは、たとえばセラミックからなる圧電体層
18cを含み、圧電体層18cの両主面には、電極20
cおよび22cがそれぞれ形成される。そして、電極2
0cが、振動体14の一方の主面にたとえば接着剤で接
着される。同様に、他方の圧電素子16dは、たとえば
セラミックからなる圧電体層18dを含み、圧電体層1
8dの両主面には、電極20dおよび22dがそれぞれ
形成される。そして、電極20dが、振動体14の他方
の主面にたとえば接着剤で接着される。また、これらの
圧電素子16cおよび16dの圧電体層18cおよび1
8dは、電極20cおよび20dから電極22cおよび
22dに向けて、すなわち振動体14側から外側に向か
って厚み方向に分極されている。
Further, two piezoelectric elements 16 are provided on both main surfaces of the portion from the center to the other end in the longitudinal direction of the vibrating body 14.
c and 16d are formed to face each other. One of the piezoelectric elements 16c includes a piezoelectric layer 18c made of, for example, ceramic, and electrodes 20 are provided on both main surfaces of the piezoelectric layer 18c.
c and 22c are formed respectively. And electrode 2
Oc is bonded to one main surface of vibrating body 14 with, for example, an adhesive. Similarly, the other piezoelectric element 16d includes a piezoelectric layer 18d made of, for example, a ceramic.
Electrodes 20d and 22d are formed on both main surfaces of 8d, respectively. Then, the electrode 20d is bonded to the other main surface of the vibrating body 14 with, for example, an adhesive. Also, the piezoelectric layers 18c and 1c of these piezoelectric elements 16c and 16d are formed.
8d is polarized in the thickness direction from the electrodes 20c and 20d toward the electrodes 22c and 22d, that is, from the vibrating body 14 side to the outside.

【0023】この発明の実施の形態の実施例では、圧電
体層18a,18b,18c,18dは、たとえばチタ
ン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミックスで形成さ
れる。また、電極20a,22a,20b,22b,2
0c,22c,20d,22dは、たとえば銀ペイント
を焼結したものを長さ11.5mm,幅3.0mm,厚
み0.2mmの大きさに切断し、それをエポキシ樹脂か
らなる接着剤などで圧電体層18a〜18dの表面およ
び裏面にそれぞれ接着することにより形成される。
In the embodiment of the present invention, the piezoelectric layers 18a, 18b, 18c and 18d are made of, for example, ceramics mainly containing lead zirconate titanate. Further, the electrodes 20a, 22a, 20b, 22b, 2
For 0c, 22c, 20d and 22d, for example, a sintered silver paint is cut into a size of 11.5 mm in length, 3.0 mm in width and 0.2 mm in thickness, and is cut with an adhesive made of epoxy resin. It is formed by bonding to the front and back surfaces of the piezoelectric layers 18a to 18d, respectively.

【0024】この振動子12は、圧電素子16a〜16
dに同位相の駆動信号を印加すれば、長さ方向に縦振動
する。この場合、圧電素子16aおよび16bと、圧電
素子16cおよび16dとは、互いに逆方向に分極され
ているので、互いに逆方向に変位する。そのため、図2
の実線の矢印で示すように、振動体14の長さ方向にお
ける中央から一端側の部分が伸びるときには、振動体1
4の長さ方向における中央から他端側の部分が縮む。逆
に、図2に1点鎖線の矢印で示すように、振動体14の
長さ方向における中央から一端側の部分が縮むときに
は、振動体14の長さ方向における中央から他端側の部
分が伸びる。また、この場合、振動体14の長さ方向に
おける中央から一端側の部分の伸縮量と、振動体14の
長さ方向における中央から他端側の部分の伸縮量とが相
殺されるので、振動体14の長さ方向における両端間の
距離がほとんど変化しない。さらに、この場合、振動体
14は、圧電素子16aおよび16b間の中央部分と圧
電素子16cおよび16d間の中央部分とをノード部分
として振動する。また、振動体14は、その長さ方向に
おける両端部分を腹として振動する。
The vibrator 12 includes piezoelectric elements 16a to 16a
When a drive signal having the same phase is applied to d, longitudinal vibration occurs in the length direction. In this case, since the piezoelectric elements 16a and 16b and the piezoelectric elements 16c and 16d are polarized in opposite directions, they are displaced in opposite directions. Therefore, FIG.
As shown by the solid line arrow, when the portion on one end side extends from the center in the length direction of the vibrating body 14, the vibrating body 1
The portion on the other end side from the center in the length direction of 4 shrinks. Conversely, as shown by the one-dot chain line arrow in FIG. 2, when the portion on the one end side from the center in the length direction of the vibrator 14 contracts, the portion on the other end side from the center in the length direction of the vibrator 14 is extend. Further, in this case, the amount of expansion and contraction of the portion from the center to one end in the length direction of the vibrator 14 and the amount of expansion and contraction of the portion from the center to the other end in the length direction of the vibrator 14 cancel each other. The distance between both ends in the length direction of the body 14 hardly changes. Further, in this case, the vibrating body 14 vibrates with the central part between the piezoelectric elements 16a and 16b and the central part between the piezoelectric elements 16c and 16d as node parts. Further, the vibrating body 14 vibrates with both ends in the length direction as antinodes.

【0025】この振動子12の長さ方向における一端側
には、2つの支持部材24が形成される。2つの支持部
材24は、振動体14の長さ方向における一端側のノー
ド部分および端部から幅方向に延びて振動体14と一体
的に形成される。これらの支持部材24は、振動子12
の一端側の部分を支持するためのものである。すなわ
ち、支持部材24は、振動体14と間隔を隔てて平行に
配置されるたとえば短冊状の水平支持板26を含む。水
平支持板26には、その長さ方向の一端および他端から
水平支持板26の長さ方向に延びて、それぞれ、切欠き
部28および30が形成される。切欠き部28および3
0は、たとえば平面略U字状に形成され、水平支持板2
6の長さ方向の一端および他端でかつその幅方向の中央
から、水平支持板26の長さ方向に延びて形成される。
つまり、切欠き部28および30は、振動体14の長さ
方向と並行して形成される。
Two support members 24 are formed at one end of the vibrator 12 in the longitudinal direction. The two support members 24 extend in the width direction from a node portion and an end on one end side in the length direction of the vibrating body 14 and are formed integrally with the vibrating body 14. These support members 24 support the vibrator 12
To support a portion on one end side of the. That is, the support member 24 includes, for example, a strip-shaped horizontal support plate 26 that is disposed in parallel with the vibrator 14 at an interval. Notches 28 and 30 are formed in the horizontal support plate 26 extending from one end and the other end in the length direction thereof in the length direction of the horizontal support plate 26, respectively. Notches 28 and 3
0 is, for example, formed in a substantially U-shaped plane, and
6 is formed at one end and the other end in the length direction and from the center in the width direction to extend in the length direction of the horizontal support plate 26.
That is, the notches 28 and 30 are formed in parallel with the length direction of the vibrating body 14.

【0026】この水平支持板26は、2つの結合部32
および34で振動体14と接続される。結合部34は、
振動体14のノード部分近傍の両側に配置される。この
場合、ノード部は、振動体14の縦振動の節となり、振
動体14の長さ方向の端部からおおむね振動体14の全
長の1/4の長さの位置にある。水平支持板26は、振
動体14の長さ方向における一端側のノード部分および
端部から幅方向に延びて結合部32および34で接続さ
れる。2つの結合部32および34は、それぞれ、水平
支持板26の幅方向の一端でかつその長さ方向の一端部
および他端部に接続される。2つの結合部32および3
4は、振動体14と一体的に形成される。
The horizontal support plate 26 includes two connecting portions 32
And 34 are connected to the vibrating body 14. The coupling unit 34
It is arranged on both sides near the node portion of the vibrating body 14. In this case, the node portion serves as a node of the longitudinal vibration of the vibrating body 14 and is located at a position approximately one-fourth of the entire length of the vibrating body 14 from the longitudinal end of the vibrating body 14. The horizontal support plate 26 extends in the width direction from a node portion and an end portion on one end side in the length direction of the vibrating body 14 and is connected by coupling portions 32 and 34. The two coupling portions 32 and 34 are connected to one end in the width direction of the horizontal support plate 26 and to one end and the other end in the length direction, respectively. Two joints 32 and 3
4 is formed integrally with the vibrator 14.

【0027】さらに、水平支持板26の幅方向の他端に
は、垂直支持板36が形成される。垂直支持板36は、
水平支持板26の幅方向の他端から下に垂直に延びて形
成される。この垂直支持板36には、その長さ方向の一
端および他端でかつその幅方向の中央部に、たとえば平
面略U字状の切欠き部38および40がそれぞれ形成さ
れる。これらの切欠き部38および40は、垂直支持板
36の幅方向に延びて形成される。つまり、切欠き部3
8および40は、それぞれ、振動体14の主面と直交す
る方向に並行して形成される。なお、2つの支持部材2
4は、たとえばガラス−エポキシ系プラスチックからな
るプリント基板(図示せず)などに固着される。この場
合、たとえば半田付けなどで垂直支持板36がプリント
基板に固着される。
Further, a vertical support plate 36 is formed at the other end of the horizontal support plate 26 in the width direction. The vertical support plate 36
It is formed to extend vertically downward from the other end in the width direction of the horizontal support plate 26. The vertical support plate 36 has notches 38 and 40, for example, each having a substantially U-shaped plane, at one end and the other end in the length direction and at the center in the width direction. These notches 38 and 40 are formed to extend in the width direction of the vertical support plate 36. That is, the notch 3
8 and 40 are respectively formed in parallel with a direction orthogonal to the main surface of the vibrating body 14. The two support members 2
4 is fixed to a printed board (not shown) made of, for example, glass-epoxy plastic. In this case, the vertical support plate 36 is fixed to the printed board by, for example, soldering.

【0028】この発明の実施の形態の実施例では、振動
体14がたとえば長さ23mm,幅2mm,厚み0.2
mmの大きさに形成され、結合部32,34が幅0.2
mm,長さ1mm,厚み0.2mmの大きさに形成され
る。また、水平支持板26は、たとえば幅2mm,長さ
5.8mm,厚み0.2mmの大きさに形成され、垂直
支持板36は、たとえば高さ4.5mm,長さ5.8m
m,厚み0.2mmの大きさに形成される。さらに、振
動体14の長さ方向の他端側の自由端部に設けられる重
り46,46は、それぞれ、その重さがたとえば0.6
gのものが用いられる。
In the embodiment of the present invention, the vibrating body 14 has a length of 23 mm, a width of 2 mm and a thickness of 0.2 mm, for example.
mm, and the connecting portions 32 and 34 have a width of 0.2 mm.
mm, a length of 1 mm, and a thickness of 0.2 mm. The horizontal support plate 26 is formed to have a size of, for example, 2 mm in width, 5.8 mm in length, and 0.2 mm in thickness, and the vertical support plate 36 is, for example, 4.5 mm in height and 5.8 m in length.
m and a thickness of 0.2 mm. Further, the weights 46, 46 provided at the free ends on the other end side in the longitudinal direction of the vibrating body 14 each have a weight of, for example, 0.6.
g is used.

【0029】また、振動体14と支持部材24とは、た
とえばFe−Ni合金(42Ni)からなる板材に、フ
ォトリソグラフィなどによるエッチングを施すことよっ
て形成される。この場合、振動体14と結合部32,3
2および34,34とは同一平面に形成されるが、垂直
支持板36は水平支持板26の幅方向の一端部を垂直に
折り曲げることにより形成される。なお、エッチング液
としてはたとえば塩化第二鉄が用いられ、レジストとし
てはたとえばポリビニールアルコール系のものが用いら
れる。
The vibrating body 14 and the support member 24 are formed by etching a plate made of, for example, an Fe—Ni alloy (42Ni) by photolithography or the like. In this case, the vibrating body 14 and the coupling portions 32, 3
The vertical support plate 36 is formed by bending one end of the horizontal support plate 26 in the width direction vertically. For example, ferric chloride is used as an etchant, and a polyvinyl alcohol-based resist is used as a resist, for example.

【0030】さらに、切欠き部28,30および38,
40は、それぞれ、たとえば幅0.2mm,長さ1.0
mm,厚み0.2mmの大きさに形成される。なお、切
欠き部28,30および38,40の長さをたとえば
2.0mm以上に形成すると、振動子12が水平支持板
36に屈曲振動を誘発させ、支持部材24に不規則な振
動を発生させるので、却って振動子12の振動が不安定
になる。
Further, the notches 28, 30 and 38,
40 are, for example, 0.2 mm in width and 1.0 in length, respectively.
mm and a thickness of 0.2 mm. If the cutouts 28, 30 and 38, 40 are formed to have a length of, for example, 2.0 mm or more, the vibrator 12 induces bending vibration on the horizontal support plate 36 and generates irregular vibration on the support member 24. Therefore, the vibration of the vibrator 12 becomes unstable.

【0031】一方、振動子12の長さ方向における他端
側には、たとえば略コ字形の細い接続部材42を介し
て、帯状の取付部材44が形成される。この場合、接続
部材42および取付部材44は、振動体14の長さ方向
における他端側の端部から延びて振動体14と一体的に
形成される。そして、取付部材44の両主面には、溶接
あるいははんだ付けによって、重り46が取り付けられ
る。この重り46は、加速度による振動子12の撓みを
大きくするためのものである。
On the other hand, a band-shaped mounting member 44 is formed on the other end side in the length direction of the vibrator 12 via, for example, a substantially U-shaped thin connecting member 42. In this case, the connection member 42 and the attachment member 44 extend from the end on the other end side in the length direction of the vibration body 14 and are formed integrally with the vibration body 14. The weights 46 are attached to both main surfaces of the attachment member 44 by welding or soldering. The weight 46 is for increasing the deflection of the vibrator 12 due to acceleration.

【0032】この加速度センサ10では、2つの支持部
材24を固定することによって振動子12の一端側を支
持するとともに、4つの圧電素子16a〜16dに同位
相の駆動信号を印加すれば、振動子12は、図2の実線
の矢印および1点鎖線の矢印で示すように、長さ方向に
振動する。すなわち、この振動子12の振動モードとし
ては、長さ方向縦振動となる。
In this acceleration sensor 10, one end of the vibrator 12 is supported by fixing the two support members 24, and the driving signals of the same phase are applied to the four piezoelectric elements 16a to 16d. Numeral 12 vibrates in the length direction as indicated by the solid line arrow and the dashed line arrow in FIG. That is, the vibration mode of the vibrator 12 is longitudinal vibration in the length direction.

【0033】そして、振動子12の振動体14にその主
面に直交する方向に加速度を加えると、その加速度に応
じて振動体14が圧電素子16a〜16dとともに撓
み、その撓みに応じた電圧が圧電素子16a〜16dに
発生する。そのため、圧電素子16a〜16dに発生す
る電圧のいずれか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。
When acceleration is applied to the vibrating body 14 of the vibrator 12 in a direction perpendicular to the main surface, the vibrating body 14 bends together with the piezoelectric elements 16a to 16d in accordance with the acceleration, and a voltage corresponding to the bending is generated. It occurs in the piezoelectric elements 16a to 16d. Therefore, the acceleration can be detected by measuring any of the voltages generated in the piezoelectric elements 16a to 16d.

【0034】この加速度センサ10では、振動体14の
一端部と振動体14の一端側のノード部分近傍とを結合
部32および34を介して結合しているため、振動子1
2が長さ方向に振動することにより、支持部材24の水
平支持板26が波打つように振動するが、水平支持板2
6に形成された切欠き部28および30によって、その
水平支持板26の振動が抑制される。そのため、水平支
持板26の振動による変位が緩和され、支持部材24の
不規則な振動が抑制される。この場合、垂直支持板36
にも切欠き部38および40が形成されているため、よ
り一層、支持部材24の不規則な振動が抑制される。す
なわち、切欠き部28,30,38,40によって、支
持部材24の不要振動が開放され、除外される。
In this acceleration sensor 10, since one end of the vibrating body 14 and the vicinity of the node on one end side of the vibrating body 14 are connected via the connecting portions 32 and 34, the vibrator 1
2 vibrates in the longitudinal direction, so that the horizontal support plate 26 of the support member 24 vibrates in a wavy manner.
The notches 28 and 30 formed in 6 suppress vibration of the horizontal support plate 26. Therefore, displacement due to vibration of the horizontal support plate 26 is reduced, and irregular vibration of the support member 24 is suppressed. In this case, the vertical support plate 36
Since the notches 38 and 40 are also formed, the irregular vibration of the support member 24 is further suppressed. That is, unnecessary vibrations of the support member 24 are released by the notches 28, 30, 38, and 40 and are excluded.

【0035】そのため、この加速度センサ10では、支
持部材24の不規則な振動で誘発される振動子12の不
規則な振動が抑制され、振動子12の振動が安定する。
つまり、振動子12のQm が向上する。したがって、こ
の加速度センサ10では、圧電素子16a〜16dに発
生する出力電圧の変動を防止することができ、温度ドリ
フトなどによる誤動作などを防止することができる。
Therefore, in the acceleration sensor 10, the irregular vibration of the vibrator 12 induced by the irregular vibration of the support member 24 is suppressed, and the vibration of the vibrator 12 is stabilized.
That, Q m of vibrator 12 is increased. Therefore, in this acceleration sensor 10, it is possible to prevent fluctuations in the output voltage generated in the piezoelectric elements 16a to 16d, and to prevent malfunction due to temperature drift or the like.

【0036】図3および図4は、図1および図2に示す
加速度センサと同様に、支持部材に切欠き部を設けた他
の加速度センサの振動状態をたとえば有限要素法により
解析して視覚的にわかりやすくした図解図である。この
場合、図3は支持部材の水平支持板に切欠き部を設けた
場合の振動状態を示す図解図であり、図4は支持部材の
水平支持板および垂直支持板に切欠き部を設けた場合の
図解図である。なお、図3および図4において、図1お
よび図2に示した加速度センサと同じ符号を付した部材
は、それぞれ同じ機能を有するものである。
FIGS. 3 and 4 show a visual analysis of the vibration state of another acceleration sensor provided with a notch in the support member, for example, by the finite element method, similarly to the acceleration sensor shown in FIGS. FIG. In this case, FIG. 3 is an illustrative view showing a vibration state when a notch is provided in the horizontal support plate of the support member, and FIG. 4 is a diagram in which notches are provided in the horizontal support plate and the vertical support plate of the support member. FIG. 7 is an illustrative view in a case. In FIGS. 3 and 4, members denoted by the same reference numerals as those of the acceleration sensor shown in FIGS. 1 and 2 have the same functions.

【0037】支持部材24の水平支持板26だけに切欠
き部28,30を設けた加速度センサ10では、図3に
示すように、振動子12の一端部と振動子12の一端側
のノード部分近傍とを結合部32および34を介して結
合しているため、振動子12が長さ方向に振動すること
により、支持部材24の水平支持板26が波打つように
振動するが、水平支持板26に形成された切欠き部28
および30によって、その水平支持板26の振動が抑制
されている。さらに、垂直支持板36に切欠き部38,
40を設けた加速度センサ10では、図4に示すよう
に、図3に示す加速度センサ10と比べて、一層、支持
部材24の不要振動が抑制されている。すなわち、支持
部材に切欠き部を形成した加速度センサでは、支持部材
の不規則な振動が抑制され、振動子の振動が安定する。
つまり、振動子のQm も向上する。そのため、不要な振
動による出力電圧の変動を防止して、正確に加速度を検
出することができる。
In the acceleration sensor 10 in which the notches 28 and 30 are provided only in the horizontal support plate 26 of the support member 24, as shown in FIG. 3, one end of the vibrator 12 and a node portion on one end of the vibrator 12 are provided. Since the vibrator 12 vibrates in the longitudinal direction and vibrates in a longitudinal direction, the horizontal support plate 26 of the support member 24 vibrates in a wavy manner because the vibrator 12 vibrates in the longitudinal direction. Notch 28 formed in
The vibration of the horizontal support plate 26 is suppressed by the and 30. Further, notches 38,
In the acceleration sensor 10 provided with 40, as shown in FIG. 4, unnecessary vibration of the support member 24 is further suppressed as compared with the acceleration sensor 10 shown in FIG. That is, in the acceleration sensor in which the notch is formed in the support member, irregular vibration of the support member is suppressed, and vibration of the vibrator is stabilized.
That is also improved Q m of vibrator. Therefore, fluctuation of the output voltage due to unnecessary vibration can be prevented, and the acceleration can be accurately detected.

【0038】上述の各実施例では、切欠き部28,30
が支持部材24の水平支持板26の長さ方向の両端か
ら、水平支持板26の長さ方向に延びて形成されたが、
この切欠き部28,30は水平支持板26の幅方向に延
びるように形成してもよい。また、切欠き部28,30
は、水平支持板26の幅方向の端部から、その長さ方向
あるいは幅方向に延びるように形成してもよい。
In each of the above embodiments, the notches 28, 30
Are formed to extend in the length direction of the horizontal support plate 26 from both ends in the length direction of the horizontal support plate 26 of the support member 24,
The notches 28, 30 may be formed to extend in the width direction of the horizontal support plate 26. Also, the notches 28, 30
May be formed so as to extend from the widthwise end of the horizontal support plate 26 in the length direction or the width direction.

【0039】なお、上述の各実施例では、振動体14お
よび支持部材24をたとえばFe−Ni合金で形成した
が、これらの部材は、たとえばNi−Span−C(商
品名)等の恒弾性鋼やインバー等の板材で形成してもよ
い。この場合、板の厚みは、たとえば0.1〜1.0m
mが望ましい。また、支持部材24に設けられる切欠き
部28,30,38,40の大きさは、振動体14の材
質や形状によって最適条件が異なるので、振動体14の
形状や大きさが異なれば、たとえば有限要素法等の手法
により設定するとよい。
In each of the above-described embodiments, the vibrating body 14 and the support member 24 are formed of, for example, an Fe—Ni alloy. However, these members may be formed of a constant elastic steel such as Ni-Span-C (trade name). It may be formed of a plate material such as or invar. In this case, the thickness of the plate is, for example, 0.1 to 1.0 m.
m is desirable. The size of the cutouts 28, 30, 38, and 40 provided in the support member 24 has different optimum conditions depending on the material and shape of the vibrating body 14. Therefore, if the shape and size of the vibrating body 14 are different, for example, It may be set by a method such as the finite element method.

【0040】また、上述の各実施例では、圧電素子16
aおよび16bに発生する電圧の差や圧電素子16cお
よび16dに発生する電圧の差を検出することによって
も、加速度を検出することができる。さらに、上述の各
実施例において、1以上の圧電素子の圧電体層の分極方
向を逆にするとともに、分極方向を逆にした圧電素子に
印加する駆動信号の位相を逆にしてもよい。なお、上述
の各実施例において、振動子を長さ方向に縦振動してい
るのは、常時振動子が縦振動していると、加速度0付近
に不感帯がなく、微小加速度が検出できるからであり、
振動子に加速度を加えた場合に振動子が大きく撓み、加
速度を検出する感度がよくなるからである。
In each of the above embodiments, the piezoelectric element 16
The acceleration can also be detected by detecting the difference between the voltages generated at a and 16b and the difference between the voltages generated at the piezoelectric elements 16c and 16d. Further, in each of the above-described embodiments, the polarization direction of the piezoelectric layer of one or more piezoelectric elements may be reversed, and the phase of the drive signal applied to the piezoelectric element whose polarization direction is reversed may be reversed. In each of the above-described embodiments, the reason why the vibrator is longitudinally vibrated in the length direction is that if the vibrator constantly vibrates longitudinally, there is no dead zone near zero acceleration and a small acceleration can be detected. Yes,
This is because, when acceleration is applied to the vibrator, the vibrator is largely bent, and the sensitivity for detecting acceleration is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す加速度センサの側面図である。FIG. 2 is a side view of the acceleration sensor shown in FIG.

【図3】支持部材の水平支持板に切欠き部を設けた他の
加速度センサに加速度が加わったときの振動子および支
持部材の変位状態を有限要素法により解析して視覚的に
わかりやすくした図解図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a displacement state of a vibrator and a support member when acceleration is applied to another acceleration sensor having a notch in a horizontal support plate of the support member by a finite element method to make it visually easy to understand. FIG.

【図4】支持部材の水平振動板および垂直振動板の両側
に切欠き部を設けたさらに他の加速度センサに加速度が
加わったときの振動子および支持部材の変位状態を有限
要素法により解析して視覚的にわかりやすくした図解図
である。
FIG. 4 is an analysis of a displacement state of a vibrator and a support member when acceleration is applied to still another acceleration sensor having cutouts on both sides of a horizontal diaphragm and a vertical diaphragm of a support member by a finite element method. FIG.

【図5】従来の加速度センサの一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional acceleration sensor.

【図6】支持部材に切欠き部が設けられていない他の従
来の加速度センサに加速度が加わったときの振動子およ
び支持部材の変位状態を有限要素法により解析して視覚
的にわかりやすくした図解図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a displacement state of a vibrator and a support member when acceleration is applied to another conventional acceleration sensor in which a notch is not provided in the support member by a finite element method to make it visually easy to understand. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 加速度センサ 12 振動子 14 振動体 16a〜16d 圧電素子 18a〜18d 圧電体層 20a〜20d,22a〜22d 電極 24 支持部材 26 水平支持板 28,30,38,40 切欠き部 32,34 結合部 36 垂直支持板 42 接続部材 44 取付部材 46 重り DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acceleration sensor 12 Vibrator 14 Vibrator 16a-16d Piezoelectric element 18a-18d Piezoelectric layer 20a-20d, 22a-22d Electrode 24 Supporting member 26 Horizontal support plate 28, 30, 38, 40 Notch 32, 34 Coupling part 36 vertical support plate 42 connecting member 44 mounting member 46 weight

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 長さ方向に振動する振動子を含む片持ち
梁構造の加速度センサであって、 前記振動子は、板状の振動体および前記振動体の両主面
に形成される圧電素子を含み、さらに、 前記支持部材は、前記振動体と並行に配置される水平支
持板と、前記振動体の一端部および前記振動体の一端側
のノード部近傍に形成され、前記振動体と前記水平支持
板とを接続する結合部と、前記水平支持板の端部から垂
直に延びる垂直支持板とを含み、 前記切欠き部は、前記水平支持板に形成される、加速度
センサの支持構造。
1. An acceleration sensor having a cantilever structure including a vibrator vibrating in a longitudinal direction, wherein the vibrator is a plate-shaped vibrator and piezoelectric elements formed on both main surfaces of the vibrator. Further, the support member is formed in the vicinity of a horizontal support plate arranged in parallel with the vibrating body, one end of the vibrating body and a node portion on one end side of the vibrating body, the vibrating body and the a coupling portion for connecting the horizontal support plate, and a vertical support plate extending perpendicularly from an end portion of the horizontal support plate, wherein the notch, the Ru is formed to a horizontal support plate, the support structure of the acceleration sensor .
【請求項2】 前記切欠き部は、前記水平支持板の端部
から前記振動体の長さ方向と同方向に延びて形成され
る、請求項に記載の加速度センサの支持構造。
Wherein said notch, said formed from the end of the horizontal support plate extending in the longitudinal direction in the same direction of the vibrator, the supporting structure of the acceleration sensor according to claim 1.
【請求項3】 前記切欠き部は、前記水平支持板の幅方
向の端部に形成される、請求項に記載の加速度センサ
の支持構造。
Wherein the notch is formed on the end portion in the width direction of the horizontal support plate, the support structure of the acceleration sensor according to claim 1.
【請求項4】 前記切欠き部は、さらに前記垂直支持板
に形成される、請求項ないしのいずれかに記載の加
速度センサの支持構造。
Wherein said notch is further formed on the vertical support plate, the support structure of the acceleration sensor according to any of claims 1 to 3.
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WO2013150731A1 (en) 2012-04-03 2013-10-10 日本電気株式会社 Piezoelectric vibration sensor

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WO2013150731A1 (en) 2012-04-03 2013-10-10 日本電気株式会社 Piezoelectric vibration sensor

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