加速度検出装置

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【発明の名称】	加速度検出装置
【発明者】	【氏名】中溝佳幸【氏名】福久孝治
【要約】	【課題】低加速度を高い精度で測定できる加速度検出装置を得る。【解決手段】ダイアフラム１を合成樹脂材料を用いて重錘２及びベース３と共に一体に成形する。合成樹脂材料の中に補強用繊維材料からなる織布または不織布を含有させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】中央部に重錘が設けられたダイアフラムと、前記ダイアフラムの外周部を支持するベースと、前記ダイアフラムの前記重錘が設けられた面と反対側の面上に固定され、前記重錘に作用する加速度に基づく前記ダイアフラムの変形に応じた加速度信号を出力する加速度センサとを具備してなる加速度検出装置であって、前記ダイアフラムが合成樹脂材料によって形成されていることを特徴とする加速度検出装置。
【請求項２】中央部に重錘が設けられたダイアフラムと、前記ダイアフラムの外周部を支持するベースと、前記ダイアフラムの前記重錘が設けられた面と反対側の面上に固定され、前記重錘に作用する加速度に基づく前記ダイアフラムの変形に応じて加速度信号を出力する加速度センサとを具備してなる加速度検出装置であって、前記ダイアフラムが補強材を含有する合成樹脂材料によって形成されていることを特徴とする加速度検出装置。
【請求項３】前記補強材は、ガラス繊維、カーボンファイバー等の補強用繊維材料である請求項２に記載の加速度検出装置。
【請求項４】前記補強材は、ガラス繊維、カーボンファイバー等の補強用繊維材料によって形成された織布または不織布である請求項２に記載の加速度検出装置。
【請求項５】前記ダイアフラム及び前記重錘が前記合成樹脂材料により一体に成形されている請求項１または２に記載の加速度検出装置。
【請求項６】前記ダイアフラム、前記重錘及び前記ベースが前記合成樹脂材料により一体に成形されている請求項１または２に記載の加速度検出装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は、一般的な加速度検出装置の概略断面図である。図２に示すように、加速度検出装置は、ダイアフラム１０１と、ダイアフラム１０１の裏面中央に取り付けられた金属製の重錘１０２と、ダイアフラム１０１の外周部を支持する金属、樹脂またはガラス等からなる筒状のベース１０３と、ダイアフラム１０１の重錘１０２が取り付けられた面とは反対側の面上に取付けられた加速度センサからなる加速度検出素子１０４とを有している。この加速度検出素子１０４は、例えば、圧電セラミックス基板の一方の面上に加速度検出用電極を有し他方の面上に対向電極を有する構造の検出部１０５と、図示していないがこの検出部１０５から出力される電圧信号を処理する処理回路とを備えた三軸加速度検出素子である。この加速度検出素子１０４では、重錘１０２に加速度が作用したときに変形するダイアフラム１０１の変形領域に検出部１０５が接合されている。この加速度検出装置では、ダイアフラム１０１の変形により検出部１０５を駆動することにより、重錘１０２に作用した加速度の変化に応じた信号を加速度検出素子１０４が出力する。従来の加速度検出装置では、接着剤からなる接合層１０６及び１０７を用いてダイアフラム１０１を重錘１０２及びベース１０３にそれぞれ接合していた。そして、例えばアンバーと呼ばれるニッケル－クロム合金や、真鍮等からなる四角形の金属板によりダイアフラム１０１を形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】金属板は、外部の力による変形または可撓性に限度があるため、従来の加速度検出装置のように、ダイアフラム１０１を金属板により形成すると、重錘１０２に低加速度が作用したときにダイアフラム１０１が十分に変形しない。そのため、従来の加速度検出装置では、２Ｇ以下のような低い加速度を測定することが難しかった。
【０００４】なお、低加速度を測定するには、ダイアフラム１０１の厚みを薄くして、重錘１０２の重量を重くすることが考えられる。しかしながら、このようにしても２Ｇ以下の低加速度を高い精度で測定することには限界があった。
【０００５】また、従来の加速度検出装置では、ダイアフラム１０１、重錘１０２及びベース１０３を別部材により形成しているため、加速度検出装置の部品点数が多くなり、製造が繁雑になるという問題があった。
【０００６】本発明の目的は、低加速度を高い精度で検出することができる加速度検出装置を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、部品点数が少なく、製造が容易な加速度検出装置を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、重錘のダイアフラムに対する取付け位置を正確にできる加速度検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の対象とする加速度検出装置は、中央部に重錘が設けられたダイアフラムと、ダイアフラムの外周部を支持するベースと、ダイアフラムの重錘が設けられた面と反対側の面上に固定され、重錘に作用する加速度に基づくダイアフラムの変形に応じて加速度信号を出力する加速度センサ（加速度検出素子）とを具備している。加速度検出素子は、重錘に加速度が作用したときのダイアフラムの変形に応じて加速度に対応した信号を出力するものである。なお、ここでいう加速度検出装置は、一軸（Ｘ軸）方向のみの加速度を検出する一軸加速度検出装置、二軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向の加速度を検出する二軸加速度検出装置、三軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向の加速度を検出する三軸加速度検出装置のいずれであってもよい。また、ダイアフラムの変形を信号に変える加速度検出素子の検出原理は、自発分極電荷の変化を利用するもの、静電容量の変化を利用するもの等いずれでもよい。
【００１０】本発明では、ダイアフラムを合成樹脂材料によって形成する。合成樹脂材料は金属に比べて外部の力によって変形しやすい、即ち金属に比べて大きな可撓性を有している。そのため、本発明によれば、２Ｇ以下のような低い加速度も十分に測定することができる。
【００１１】しかしながら、ダイアフラムを合成樹脂材料によって形成した場合、ダイアフラムにクラックが生じるおそれがある。そこで、必要に応じて合成樹脂材料に補強材を含有させるのが好ましい。このような補強材としては、例えば、ガラス繊維、カーボンファイバー等の補強用繊維材料を用いることができる。この種の補強用繊維材料を用いる場合は、補強用繊維材料を織布または不織布にして補強材として用いればよい。
【００１２】ダイアフラム及び重錘、または、ダイアフラム，重錘及びベースは、合成樹脂材料により一体に成形するのが好ましい。このようにすれば、加速度検出装置の部品点数を少なくして、加速度検出装置の製造が容易になる。特に重錘のダイアフラムに対する取付け位置の誤差が加速度の測定精度に影響を与える。本発明によれば、ダイアフラム及び重錘を一体に成形するため、重錘のダイアフラムに対する取付け位置が一定となり、測定精度の低下を防止できる。なお、重錘を合成樹脂材料により成形すると、重錘の重量は大きく低下するが、ダイアフラムの可撓性が高くなるため、重錘の重量低下に基づく感度の低下は防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態の加速度検出装置の主要部の概略断面図である。本図に示すように、この加速度検出装置は、ダイアフラム１と、重錘２と、ダイアフラム１を支持する筒状のベース３と、ダイアフラム１の重錘２が取り付けられた面側とは反対側の面上に取付けられた加速度検出素子４とを備えている。三軸加速度センサからなる加速度検出素子４は、ダイアフラム１の表面に接着剤を介して接合された検出部５とこの検出部５から出力される信号を処理する図示しない処理回路とから構成される。そしてベース３は、ケース等の取付部材６に固定されている。
【００１４】加速度検出素子４の検出部５は、圧電セラミックス基板５ａの表面に三軸加速度検出用の電極パターンＥ1 が形成され、裏面に電極パターンＥ1 と対向する対向電極Ｅ0 が形成されて構成されている。そして、電極パターンＥ1 と対向電極Ｅ0 との間の圧電セラミックス基板５ａの部分は、分極処理されている。検出部５は、ダイアフラム１の変形領域１ａの変形を利用して駆動される。なお圧電セラミックスを用いたこのような加速度検出素子用検出部の構成については、米国特許第５，３６５，７９９号公報等の複数の公報に開示されている。この例では対向電極Ｅ0 がエポキシ系の接着剤によりダイアフラム１の変形領域１ａの表面に接合されて、検出部５がダイアフラム１に取り付けられている。前述の通り、圧電セラミックス基板５ａは、内部に応力が加わると自発分極電荷を発生するように分極処理が施されており、輪郭形状は四角形をなしている。そして電極パターンＥ1 は、相互に直交する三軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の加速度を検出する三軸加速度検出用の複数の電極を含むパターンとして形成されている。この加速度検出装置では、重錘２に加速度が作用したときのダイアフラム１の変形領域１ａの変形が駆動力となって圧電セラミックス基板５ａの内部に応力が作用して圧電セラミックス基板５ａが歪み、この歪みにより対向電極Ｅ0 と電極パターンＥ1 との間に発生する自発分極電荷に基づいて三軸方向の加速度を検出する。
【００１５】ダイアフラム１は、該ダイアフラム１の面方向に広がる補強用繊維材料の織布または不織布を含有する合成樹脂材料により重錘２及びベース３と一体に成形されている。ダイアフラム１は矩形の板形状を有しており、０．１５ｍｍの厚みを有している。ベース３の内側は円柱状を呈している。合成樹脂材料としては、液晶ポリマー，フェノール樹脂，エポキシ樹脂等を用いることができる。また、補強用繊維材料としては、ガラス繊維、カーボンファイバー等を用いることができる。このダイアフラム１は、検出部５が接合される変形領域１ａと、この変形領域１ａを囲みベース３に支持される非変形領域１ｂとを有している。変形領域１ａは、合成樹脂材料により形成されていることにより、重錘２に２Ｇ以下の低い加速度が作用した場合でも十分に変形する可撓性を有している。本実施例では、補強用繊維材料を内部に配置した金型に合成樹脂材料を射出する射出成形により重錘２及びベース３と一体にダイアフラム１を成形した。また、合成樹脂材料に短繊維状の補強用繊維材料を混入させてダイアフラムを成形してもよい。
【００１６】ダイアフラム１と一体に成形されている重錘２は、円柱形状を有しており、その軸線の延長部分がダイアフラム１の中心を通るように配置されている。
【００１７】本例では、ダイアフラム，重錘及びベースを合成樹脂材料により一体に成形したが、ダイアフラム及び重錘を合成樹脂材料により一体に成形し、ベースを別部材により形成してもよい。また、ダイアフラムのみを合成樹脂材料により形成し、重錘及びベースをそれぞれ別部材により形成してもよい。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムを可撓性の高い合成樹脂材料によって形成するので低い加速度も高い精度で測定することができる。また、ダイアフラム及び重錘、または、ダイアフラム，重錘及びベースを合成樹脂材料により一体に成形するので、加速度検出装置の部品点数を少なくすることができ、加速度検出装置の製造が容易になる。また、重錘のダイアフラムに対する取付け位置が正確になる。

【出願人】	【識別番号】０００２４２６３３【氏名又は名称】北陸電気工業株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月９日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】松本英俊（外１名）
【公開番号】	特開平１１－１７４０７７
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月２日
【出願番号】	特願平９－３３８８０７