JP4209076B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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Description
【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る加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
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り、また、特性方式としては、所望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特性部を利用する非共振(フラット)型とがある。
【0003】
この中で、圧電・共振型の加速度センサを例に図8、図9に基づいて説明する。
【0004】
図8は従来の加速度センサを示す図であり、図8において、有底筒状の金属ケース1の下部には測定物(エンジン等)に固定のためのネジ部1aが形成されている。
【0005】
この金属ケース1の底面の略中央部には支持部1bが形成されており、この支持部1bには金属等からなる振動板2が溶接等によって固定されている。この振動板2の上面にはドーナツ形状の圧電素子3が接着等によって固定されており、この圧電素子3の両面には電極4a、4bが取付けられている。なお、金属ケース1は溶接等により振動板2と電気的に接続されるため、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。
【0006】
また、圧電素子3の電極4aにはリード線5(またはワイヤボンデング)によって金属等からなるコネクタ本体6の出力端子7が接続されており、リード線5は半田8a、8bによって出力端子7と電極4aに固定されている。
【0007】
また、コネクタ本体6は金属ケース1の上端開口部にカシメ1cにより連結固定されており、この連結部分には0リング9が介装されることにより、防水処理が施されている。
【0008】
また、一方の電極4bは振動板2および金属ケース1に電気的に接続されている。したがって、この従来例にあっては、出力端子としては金属ケース1およびコネクタ本体6からなる筐体をアースと兼用する一端子タイプである。なお、一端子タイプ以外に二本の出力端子を用いる二端子タイプ等もある。
【0009】
このような構成を有する加速度センサにあっては、加速度センサに加わる振動(加速度)により、振動板3および圧電素子2からなる振動部が振動し、圧電素子3に応力歪みを与えるので電荷〔Q〕が発生し、圧電素子3の容量〔C〕とにより、〔V〕=Q/Cより発生電圧として出力端子7から取り出すことができるようになっている。
【0010】
一般的に、振動板3は共振し易さ等から薄い円盤形状のものが多く用いられる。振動振幅としては振動板3の外周端付近が最大となるが、圧電素子3への応力歪みとしては伸びまたは縮みであり、内周部の支点付近が最大値を示すと考えられる。
【0011】
図9は振動板3・圧電素子2の斜視図を示し、図8と同一部分は同一番号で示している。
【0012】
図10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、同図に示すように、共振点f0付近は高いQ0を有するが中・低域は平坦な感度V0となる特性を示す。使用目的により、平坦部またはf0近傍の振動出力を使用するのが一般的である。
【0013】
また、共振点を使用する共振型の場合は、前記共振周波数f0での高いQ0を用い、f0を所望の値とし対応する。
【0014】
共振周波数f0は中心固定の円形振動板の場合には一般的に下記に示すものである。
【0015】
f0=α・t/R2・{E/ρ(1−σ2)}1/2
α:0.172 t:板厚 R:半径
E:ヤング率 ρ:密度 σ:ポアソン比
【0016】
例えば、上記に於いて、振動板の材料としてNi鋼を用いた場合には、
t=0.4(mm)、R=7(mm)、
E=2×1011 (N/m2 )、ρ=7.8×103 (kg/m3 )、
σ=0.28
とすると fo=7.41(kHz)となる。
【0017】
但し、実際の振動板のf0は圧電素子の分が付加され平均化するために多少値が違ってくる。また、主体は振動板で決定されるが、僅かながら筐体(ケース)等の影響も受けるので、実際の共振周波数f0は全体的な平均で決定されることになる。
【0018】
前記式から、所望の共振周波数f0を得るために板厚tと半径Rを適度に選定し対応するのが一般的であり、特に半径Rの影響が大きいことが分かる。実験的に確認した結果では、同板厚の場合に於いて、円盤型の振動板外径を変化すると約1〜2%/0.1mm程度のf0が変化することが分かっている。
【0019】
【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於いては、下記に示すような問題がある。
【0020】
共振周波数f0近傍で特性異常(スプリアス不良)が発生し易く、不良率の増加を招いてしまうため、品質低下およびコストアップにつながってしまう。
【0021】
図11は共振点付近のみをクローズアップした場合の特性例であり、(a)は正常な場合、(b)は特性異常(スプリアス不良)がある場合である。
【0022】
また、中心固定による共振型では一般的に図12に示すような振動モードが存在することがFEM解析により分かった。
【0023】
図12において、(a)は1/2振動モード、(b)は1/1振動モードであり、この振動モードを共振周波数f0として使用する。(c)は1/4振動モードである。
【0024】
1/2振動モードはf0の約数分の一に、1/4振動モードはf0近傍に発生するのが一般的である。1/2振動モードと1/4振動モードは本来均等にその振動モードが現れていれば、圧電素子3には±の発生電圧が均等となり出力は零となるはずであるが、僅かな不均等性があると発生することになり、その位相の乱れにより出力レベルが変化することになる。
【0025】
共振型の場合、前述したように1/4振動モードによる特性異常(スプリアス不良)が課題となるが、この発生原因としては振動板・圧電素子の寸法、支持部の不均一性、出力取り出し用リード線の影響等々が考えられる。
【0026】
すなわち、図13に示すように、振動板3・圧電素子2を上面から見て直行するX軸・Y軸を仮定した場合、各軸を幾何学的に見て相似形状とする(一方の軸を90゜回転して同一)必要があることが分かった。
【0027】
図13ではリード線5を圧電素子3の特性に影響の少ない内周部付近に直行して半田付けした場合の例である。
【0028】
このようにX軸・Y軸相似形に構成してもスプリアスのディップを押さえる方向に多少の改善は見られるが完全な改善は望めなかった。したがって、前記のような各種要因を排除すれば、特性異常(スプリアス不良)は発生しないはずであるが、どうしても大レベルものが数%〜10%程度の不良が発生してしまうのが実態である。
【0029】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、スプリアス不良の低減を簡単に行なうことができ、低価格で高い性能を有する優れた共振型の加速度センサを提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手投】
第1発明の加速度センサは、本体と、前記本体の略中央部に設けられた支持部に固定された振動板と、前記振動板の片面または両面に固定されたドーナツ形状の圧電素子と、前記圧電素子の表裏面に設けられた一対の電極と、前記振動板および圧電素子を収納して本体を閉塞するように前記本体に取付けられた閉塞部材と、前記閉塞部材に設けられ、前記一対の電極からの出力を取り出す取り出し手段とを備えた加速度センサであって、前記取り出し手段は、前記電極の一方に接続される複数の接続部材を有し、前記接続部材は、前記振動板の素材圧延時のロール目方向に合わせて前記圧電素子の内周部近傍に略対向して2箇所の位置に前記電極に接続固定され、前記接続部材を通して前記閉塞部材に設けられたコネクタから出力を取り出し、前記ロール目方向に対する前記接続部材の接続角度は、±15°の範囲に設定される。
【0031】
このような構成により、振動板および圧電素子の1/4振動モードによる特性異常(スプリアス不良)を低減することができ、組立が簡単で部品点数を少なくして低価格で高性能な共振型の加速度センサを得ることができる。
【0032】
第2発明の加速度センサは、前記ロール目方向に対する前記接続部材の接続角度は、±15°の範囲に設定される。
【0033】
このような構成により、特性異常(スプリアス不良)を低減することができる許容範囲を確保することができる。
【0034】
第3発明の加速度センサは、前記振動板に、前記振動板の素材圧延時のロール目方向を認識する認識マークが設けられて構成される。
【0035】
このような構成により、圧電素子が接着等により固定された後であっても、認識マークを目視することで振動板の素材圧延時のロール目方向を確認することができ、ロール目方向の認識ミス等が発生するのを確実に防止して接続部材を電極に取付けることができる。
【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。
【0037】
図1〜図6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ものに適用することができる。
【0038】
まず、構成を説明する。図1、図2において、有底筒状の金属ケース(本体)21の下部には測定物(エンジン等)に固定のためのネジ部21aが形成されている。
【0039】
この金属ケース21の底面の略中央部には支持部21bが形成されており、この支持部21bには金属等からなる振動板22が接着等によって固定されている。この振動板22の上面にはドーナツ形状の圧電素子23が溶着等によって固定されており、この圧電素子23の両面には電極24a、24bが取付けられている。なお、金属ケース21は溶接等により振動板22と電気的に接続されるため、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。
【0040】
また、圧電素子23の電極24aには一対のリード線(接続部材)25a、25bを介して金属等からなるコネクタ本体(閉塞部材)26の出力端子27が接続されており、リード線25a、25bはそれぞれ半田28a、28bによって出力端子27と電極24aに固定されている。なお、リード線の代りにワイヤボンデングを用いても良い。
【0041】
また、コネクタ本体26は金属ケース21の上端開口部にカシメ21cにより連結固定されており、この連結部分には0リング29が介装されることにより、防水処理が施されている。
【0042】
また、一方の電極24bは振動板22および金属ケース21に電気的に接続されている。
【0043】
したがって、この従来例にあっては、出力端子としては金属ケース21およびコネクタ本体26からなる筐体をアースと兼用する一端子タイプである。なお、一端子タイプ以外に二本の出力端子を用いる二端子タイプ等もある。
【0044】
また、本実施形態では、金属ケース21、振動板22、リード線25a、25b、出力端子27およびコネクタ本体26は一対の電極24a、24bからの出力を取り出す取り出し手段を構成している。
【0045】
本実施形態において従来例と相違する点は、図2に示すように圧電素子23の電極24aからの出力取り出し用リード線25a、25bを振動板22の素材圧延時のロール目方向Xに略合わせて、圧電素子23の内周部近傍に略対向して2箇所の位置で半田28a、28b等により接続固定している点である。
【0046】
次に、この点を詳しく説明する。
【0047】
従来例で示す図13のX軸・Y軸相似形に構成しても多少の改善(ディップを押さえる方向)は見られるが完全な改善は望めなかった。この原因を追及するために実験により確認を行ったので次に述べる。
【0048】
現状の実態として、略対向した2箇所の位置に半田28b等によるリード線25a、25bを接続した場合、取付方向により発生の優劣が現れることが分かった。
【0049】
この結果から次のようなことが推測される。
【0050】
▲1▼振動板22の反り等と接続位置の関係があるのではないか。
【0051】
▲2▼反りは薄い振動板の場合には、一般的に1/2振動モードを誘発し易いセンターラインを対象とする1/2の半反りが多い。
【0052】
▲3▼従って、▲2▼の反り状態において、ランダム方向で略対向した位置2箇所に半田28b等によるリード線25a、25bを接続したことにより、この負荷が1/4振動モードを誘発してしまうのではないか。
【0053】
また、圧電素子23の反りの影響も考えられるが、振動板22よりも反りは小さく、かつ共振への影響度も振動板22よりも小さいので、対スプリアスに関しても小さいと考えられる。
【0054】
したがって、主要因は振動板22の反りと考えられる。
【0055】
図3は振動板22の圧延時のロール目方向Xを基準に、略対向した位置2箇所に半田28ba等によるリード線25a、25bの接続を行う角度を変えて確認した実験結果であり、同図はロール目に対する角度とスプリアス発生率の関係を示している。
【0056】
図4は図3において、スプリアスの小〜大の判定レベルを示す特性例である。
【0057】
図3の平均値は全方向にランダムに付けた場合を推測して下記式により求めている参考値である。
【0058】
平均値=(0゜+30゜×2+60゜×2+90゜)/6
【0059】
スプリアスの小〜大の影響レベルとしては、判断レベルの特性を見ても分かるように実質使用状態で弊害となるのは大レベルであり、この発生率を低減する必要がある。
【0060】
同結果から次ののことが分かった。
(1)ロール目に対する角度でスプリアスの発生率に違いがあり、最小となるのは0゜方向である。また、最大となるのは90゜方向である。
(2)0゜方向は他の方向と比較し、スプリアスの小〜大の全レベル的に減少している。
(3)また、前記方向はスプリアスレベル大では、ランダムに付けた場合の推測平均値に比較し、約0.57 倍とできる効果がある。
【0061】
以上の結果から、略対向した位置2箇所に半田28b等によるリード線25a、25bの接続を行う場合、最適な位置は振動板22の圧延時のロール目方向Xの位置(角度0゜)であることが確認できた。また、スプリアスの発生が大きくなる最悪の位置は角度±90゜の直行位置と言える。
【0062】
なお、実験結果から、図2においては、ロール目方向Xに対するリード線25a、25bの接続角度の許容範囲は約±10〜±15゜程度内であれば効果に大差ないと推測できる。
【0063】
また、振動板22の反りに関して調査した結果、図5に示すようにロール目方向Xをセンターラインとする1/2の半反り32が確認できた。同図において、(a)は上面図、(b)は側面図を示し、符号33はロール目を示す。
【0064】
また、反りの小さい振動板22でも支持部21bに溶接等を行い固定すると、結果的に上述したようにロール目方向Xをセンターラインとする1/2の半反り32が発生し易いことも分かった。したがって、プレス加工によりフラット化のための平打ち処理加工等を施しても、溶接固定時の熱歪み等の印加で素材自体の反り癖が発生してしまうためと考えられる。
【0065】
この反り33の原因を考察すると、その方向性から素材圧延時の内部歪みでは無く(圧延歪みはロール目と直行方向と考えられる)、図6に示すように、幅広素材からプレス用に適した幅のフープ材31を作成する時のスリッター加工歪みであると考えられる。
【0066】
したがって、極力このスリッター歪み33を小さく加工する対策が考えられるが、材料歩留まりの関係等が大きく起因するためコストアップは免れないので最適な対策とは言えない。
【0067】
したがって、上述したようにリード線25a、25bの接続を振動板22の圧延時のロール目方向Xの位置にほぼ合わせることにより、容易にスプリアス不良の大幅改善が可能であり最適な対策方法と言える。
【0068】
このように本実施形態では、振動板22の素材圧延時のロール目方向Xに合わせて圧電素子23の内周部近傍に略対向する2箇所の位置でリード線25a、25bを電極24aに接続固定し、リード線24aを通してコネクタ26に設けられた出力端子27から出力を取り出すように構成したため、振動板22および圧電素子23の1/4振動モードによる特性異常(スプリアス不良)を低減することができ、組立が簡単で部品点数を少なくして低価格で高性能な共振型の加速度センサを得ることができる。
【0069】
なお、本実施形態では、リード線25a、25bが2本必要なように見えるが、実際は一本のリード線を二つ折りにし、中央部付近をコネクタ26の出力端子27に半田付け25a、25bにより接続するので、部品材料的には大差あるわけではない。
【0070】
また、本実施形態では、加速度センサの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・アンプ回路等を構成したものもある。また、例えば、圧電素子23の電極24a、24b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付加するようにしても良い。
【0071】
また、本実施形態では加速度センサに関して述べているが、構造上密閉構造ではなく音波の導入孔又は放射孔を構成すれば、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も有し、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言うまでもない。
【0072】
図7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。
【0073】
図7は振動板22の素材圧延時のロール目方向Xを圧電素子23を接着剤等により固定した後でも容易に認識可能なように、振動板22の外周部付近に認識マーク41aを付けたものである。なお、同図(a)は上面図、(b)は星打ち41bの部分拡大図である。
【0074】
本実施例では振動板22の表面に圧電素子23の電極24aと電気的に導通接続し易くするための高さ数μmの微少な星打ちをプレス等の加工により振動板面に構成し、この星打ち41bを一部無くすことにより、認識マーク41aとした場合の例である(星打ちの詳細については特公平7−78448号公報参照)。
【0075】
なお、本実施形態では、ロール目方向Xに合わせて2箇所の位置に認識マーク41aを形成しているが、数については別段指定するものではなく、一箇所であっても構わない。
【0076】
したがって、上述したような認識マーク41aの加工は何ら特性変化への影響およびコストアップもなく追加することが可能である。
【0077】
なお、本実施形態以外にも種々の認識マークが考えられるが、その目的が同一であれば本発明の主旨と同一であると言える。
【0078】
このように本実施形態では、振動板22の外周部付近に、振動板22の素材圧延時のロール目方向Xを認識する認識マーク41aを設けたため、圧電素子23が接着剤等により固定された後であっても、認識マーク41aを目視することで振動板22の素材圧延時のロール目方向Xを確認することができ、ロール目方向Xの認識ミス等が発生するのを確実に防止してリード線25a、25bを電極24aに取付けることができる。
【0079】
なお、上記各実施形態では、圧電素子23の電極24aからの出力取り出しをリード線25a等を半田付け28b等により接続固定して取り出しているが、リード線25a等の代わりに他の接触端子ピン等により取り出しても、その接続点が本発明の趣旨の範囲内であれば構わない。
【0080】
また、加速度センサとしての基本構成が違っていても、上述したように、本発明は振動板・圧電素子部からの出力の取り出し方法に関するものであり、その出力の取り出し位置が本発明と同様であれば本発明の主旨と同一である言える。
【0081】
【発明の効果】
本発明によれば、振動板および圧電素子の1/4振動モードによる特性異常(スプリアス不良)を低減することができ、組立が簡単で部品点数を少なくして低価格で高性能な共振型の加速度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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
【図2】第1実施形態の振動板・圧電素子部の部分拡大上面図を示す図
【図3】第1実施形態のリード線接続位置の違いによるロール目に対する角度とスプリアス発生率の関係の実験結果を示す図
【図4】第1実施形態のスプリアスの小〜大の判定レベルを示す特性例を示す図
【図5】第1実施形態の振動板を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図
【図6】第1実施形態の振動板素材のスリッター加工後のフープ材を示す斜視図
【図7】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、(a)は振動板の上面図、(b)は振動板に形成された星打ち部の部分拡大上面図
【図8】従来の加速度センサの断面図
【図9】従来の振動板・圧電素子部の斜視図を示す図
【図10】従来の周波数特性を示す図
【図11】従来の共振点付近のみをクローズアップした場合の特性であり、(a)は正常な場合、(b)は特性異常(スプリアス不良)がある場合を示す図
【図12】従来の共振型での振動モードのFEM解析結果を示す図
【図13】従来の振動板・圧電素子部の部分拡大上面図を示す図
【符号の説明】
21 金属ケース(本体、取り出し手段)
21b 支持部
22 振動板(取り出し手段)
23 圧電素子
24a、24b 電極
25a、25b リード線(接続部材、取り出し手段)
26 コネクタ本体(閉塞部材)
27 出力端子(取り出し手段)
33 ロール目
41a 認識マーク
X ロール目方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an acceleration sensor that converts vibration into an electrical signal, and more particularly to an acceleration sensor that is mounted on an automobile or the like and can perform knocking control, airbag control, and the like.
[0002]
[Prior art]
In general, there are various types of acceleration sensors that are put into practical use, such as electromagnetic, piezoelectric, semiconductor, and capacitor types. As a characteristic method, the resonance frequency f 0 of sensitivity is set within a desired frequency range. There are a resonance type to be used and a non-resonance (flat) type to use a flat characteristic portion.
[0003]
Of these, a piezoelectric / resonant acceleration sensor will be described as an example with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 8 is a diagram showing a conventional acceleration sensor. In FIG. 8, a
[0005]
A
[0006]
An
[0007]
The connector main body 6 is connected and fixed to the upper end opening of the metal case 1 by caulking 1c, and a waterproofing process is performed by inserting a 0-ring 9 in this connecting portion.
[0008]
One electrode 4 b is electrically connected to the
[0009]
In the acceleration sensor having such a configuration, vibration (acceleration) applied to the acceleration sensor vibrates the vibration portion including the
[0010]
In general, the
[0011]
FIG. 9 is a perspective view of the
[0012]
FIG. 10 shows an example of frequency characteristics with respect to vibration (constant acceleration) of this acceleration sensor. As shown in FIG. 10, the vicinity of the resonance point f 0 has a high Q 0 , but the middle / low range has a flat sensitivity V 0. Show properties. Depending on the purpose of use, it is common to use a vibration output near the flat portion or f 0 .
[0013]
In the case of the resonance type using a resonance point, using a high Q 0 at the resonance frequency f 0, corresponding to the f 0 to a desired value.
[0014]
The resonance frequency f 0 is generally shown below in the case of a circular diaphragm with a fixed center.
[0015]
f 0 = α · t / R 2 · {E / ρ (1-σ 2 )} 1/2
α: 0.172 t: thickness R: radius E: Young's modulus ρ: density σ: Poisson's ratio
For example, in the above, when Ni steel is used as the material of the diaphragm,
t = 0.4 (mm), R = 7 (mm),
E = 2 × 10 11 (N / m 2 ), ρ = 7.8 × 10 3 (kg / m 3 ),
σ = 0.28
Then, f o = 7.41 (kHz).
[0017]
However, the value of f 0 of the actual diaphragm is slightly different because the piezoelectric element is added and averaged. Although the main body is determined by the diaphragm, it is slightly affected by the casing (case) and the like, so the actual resonance frequency f 0 is determined by the overall average.
[0018]
From the above equation, it is generally understood that the plate thickness t and the radius R are appropriately selected and dealt with in order to obtain a desired resonance frequency f 0 , and the influence of the radius R is particularly large. As a result of experimental confirmation, it is known that when the outer diameter of the disc-shaped diaphragm is changed, f 0 of about 1 to 2% / 0.1 mm changes in the same plate thickness.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional acceleration sensor has the following problems.
[0020]
A characteristic abnormality (spurious defect) is likely to occur near the resonance frequency f 0 , leading to an increase in the defect rate, leading to a reduction in quality and an increase in cost.
[0021]
FIG. 11 shows an example of characteristics when only the vicinity of the resonance point is close-up. FIG. 11A shows a normal case, and FIG. 11B shows a case where there is a characteristic abnormality (spurious defect).
[0022]
Further, it was found by FEM analysis that the resonance type with the center fixed generally has a vibration mode as shown in FIG.
[0023]
In FIG. 12, (a) is a 1/2 vibration mode, (b) is a 1/1 vibration mode, and this vibration mode is used as the resonance frequency f 0 . (C) is a 1/4 vibration mode.
[0024]
In general, the 1/2 vibration mode occurs in a fraction of f 0, and the 1/4 vibration mode generally occurs in the vicinity of f 0 . If the vibration modes appear to be uniform evenly in the 1/2 vibration mode and the 1/4 vibration mode, the ± generated voltage should be uniform in the
[0025]
In the case of the resonance type, as described above, characteristic abnormality (spurious failure) due to the 1/4 vibration mode becomes a problem. The cause of this is the size of the diaphragm / piezoelectric element, the nonuniformity of the support part, and the output extraction. The influence of a lead wire etc. can be considered.
[0026]
That is, as shown in FIG. 13, when assuming the X axis and the Y axis that are orthogonal to the
[0027]
FIG. 13 shows an example in which the
[0028]
Even if the X-axis and Y-axis similar shapes are formed in this way, although some improvement is seen in the direction of suppressing the spurious dip, a complete improvement cannot be expected. Therefore, if the various factors as described above are eliminated, the characteristic abnormality (spurious defect) should not occur, but the actual condition is that a defect of about several percent to 10% occurs at a large level. .
[0029]
The present invention has been made to solve the conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an excellent resonance type acceleration sensor that can easily reduce spurious defects and has high performance at a low price. To do.
[0030]
[Hand throws to solve problems]
An acceleration sensor according to a first aspect of the present invention includes a main body, a diaphragm fixed to a support portion provided at a substantially central portion of the main body, a donut-shaped piezoelectric element fixed to one or both surfaces of the diaphragm, A pair of electrodes provided on the front and back surfaces of the piezoelectric element, a closing member attached to the body so as to house the diaphragm and the piezoelectric element and close the body, and provided on the closing member. An acceleration sensor including an extraction means for extracting an output from the electrode, wherein the extraction means includes a plurality of connection members connected to one of the electrodes, and the connection member is a material rolling of the diaphragm fixedly connected to the front Symbol electrodes in the roll grain direction in accordance with the position of the inner peripheral portion substantially opposed to two places in the vicinity of the piezoelectric element of time, takes the output from the connector provided on said closure member through said connecting member out Shi Connecting angle of the connecting member with respect to the roll grain direction is set to a range of ± 15 °.
[0031]
With such a configuration, it is possible to reduce abnormal characteristics (spurious defects) due to the 1/4 vibration mode of the diaphragm and the piezoelectric element, and it is easy to assemble, reduces the number of parts, and is a low-cost, high-performance resonance type. An acceleration sensor can be obtained.
[0032]
In the acceleration sensor of the second invention, the connection angle of the connection member with respect to the roll direction is set in a range of ± 15 °.
[0033]
With such a configuration, it is possible to secure an allowable range capable of reducing characteristic abnormality (spurious defect).
[0034]
The acceleration sensor according to a third aspect of the invention is configured such that a recognition mark for recognizing a roll eye direction at the time of material rolling of the diaphragm is provided on the diaphragm.
[0035]
With such a configuration, even after the piezoelectric element is fixed by adhesion or the like, the roll mark direction at the time of rolling the diaphragm material can be confirmed by visually observing the recognition mark, and the roll mark direction can be recognized. It is possible to reliably prevent mistakes and the like and attach the connecting member to the electrode.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, description will be made based on embodiments of the present invention.
[0037]
FIGS. 1-6 is a figure which shows 1st Embodiment of the acceleration sensor based on this invention, This acceleration sensor can be applied to what is applied to a motor vehicle and performs knocking control, airbag control, etc. FIG.
[0038]
First, the configuration will be described. 1 and 2, a
[0039]
A
[0040]
An
[0041]
The connector
[0042]
One
[0043]
Therefore, in this conventional example, the output terminal is a one-terminal type in which the casing made up of the
[0044]
In the present embodiment, the
[0045]
In this embodiment, the difference from the conventional example is that the
[0046]
Next, this point will be described in detail.
[0047]
Although the X-axis / Y-axis similar shape shown in FIG. 13 shown in the conventional example is slightly improved (in the direction of pressing the dip), a complete improvement cannot be expected. We have confirmed this by experiment to investigate the cause, and will be described next.
[0048]
As a current situation, it has been found that when the
[0049]
From this result, the following can be inferred.
[0050]
(1) There is a relationship between the warp of the
[0051]
{Circle around (2)} In the case of a thin diaphragm, in general, there are many ½ half warpages for a center line that tends to induce a ½ vibration mode.
[0052]
(3) Therefore, in the warped state of (2), the
[0053]
Although the influence of the warp of the
[0054]
Therefore, the main factor is considered to be the warpage of the
[0055]
FIG. 3 is a result of an experiment confirmed by changing the angle at which the
[0056]
FIG. 4 is a characteristic example showing a determination level of small to large spurious in FIG.
[0057]
The average value in FIG. 3 is a reference value obtained by estimating the case where the average value is randomly added in all directions by the following formula.
[0058]
Average value = (0 ° + 30 ° × 2 + 60 ° × 2 + 90 °) / 6
[0059]
As the influence level of small to large spurious, as is apparent from the characteristics of the judgment level, it is a large level that is harmful in the actual use state, and it is necessary to reduce the occurrence rate.
[0060]
The following results were found from the results.
(1) There is a difference in spurious incidence depending on the angle with respect to the roll, and the minimum is the 0 ° direction. The maximum is in the 90 ° direction.
(2) Compared with other directions, the 0 ° direction is reduced in all levels of small to large spurious.
(3) Further, when the spurious level is large, there is an effect that the direction can be about 0.57 times as large as the estimated average value when randomly attached.
[0061]
From the above results, when connecting the
[0062]
From the experimental results, it can be inferred from FIG. 2 that there is not much difference in the effect if the allowable range of the connection angle of the
[0063]
Further, as a result of investigating the warpage of the
[0064]
In addition, it is also found that if the
[0065]
Considering the cause of this
[0066]
Therefore, a measure to reduce the
[0067]
Therefore, as described above, the connection of the
[0068]
As described above, in the present embodiment, the
[0069]
In this embodiment, it seems that two
[0070]
In this embodiment, the acceleration sensor does not have an electric circuit or the like, but there is an acceleration conversion circuit, an amplifier circuit, or the like. Further, for example, the
[0071]
Although the acceleration sensor is described in the present embodiment, if a sound wave introduction hole or a radiation hole is configured instead of a sealed structure, it has a function as an acoustic transducer such as a microphone or a speaker, and its application is also possible. Conceivable. Therefore, it goes without saying that the application to such a converter is the same as the gist of the present invention.
[0072]
FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the acceleration sensor according to the present invention. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description will be omitted.
[0073]
In FIG. 7, a
[0074]
In this embodiment, a minute star striking of several μm in height for facilitating electrical connection with the
[0075]
In the present embodiment, the recognition marks 41a are formed at two positions according to the roll stitch direction X, but the number is not specified separately, and may be one.
[0076]
Therefore, the processing of the
[0077]
Various recognition marks can be considered in addition to the present embodiment. However, if the purpose is the same, it can be said that the same as the gist of the present invention.
[0078]
As described above, in this embodiment, the
[0079]
In each of the above embodiments, the output output from the
[0080]
Even if the basic structure of the acceleration sensor is different, as described above, the present invention relates to a method for extracting output from the diaphragm / piezoelectric element, and the output extraction position is the same as that of the present invention. If it exists, it can be said that it is the same as the gist of the present invention.
[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, characteristic abnormality (spurious failure) due to the 1/4 vibration mode of the diaphragm and the piezoelectric element can be reduced, the assembly is simple, the number of parts is reduced, and the low-cost and high-performance resonance type. An acceleration sensor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
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. FIG. 2 is a diagram showing a partially enlarged top view of a diaphragm / piezoelectric element portion of the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing an experimental result of a relationship between an angle with respect to a roll eye and a spurious incidence according to a difference in lead wire connection position in the first embodiment. FIG. 4 is a characteristic example showing a small to large determination level of spurious in the first embodiment. FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the diaphragm according to the first embodiment, wherein FIG. 5A is a top view and FIG. 6B is a side view. FIG. 6 is a view of the diaphragm material according to the first embodiment after slitting. FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of an acceleration sensor according to the present invention, FIG. 7A is a top view of the diaphragm, and FIG. 7B is a star hitting portion formed on the diaphragm. FIG. 8 is a sectional view of a conventional acceleration sensor. FIG. 9 is a conventional diaphragm / piezoelectric element. FIG. 10 is a diagram showing a conventional frequency characteristic. FIG. 11 is a characteristic in the case where only the vicinity of a conventional resonance point is close-up. (A) is normal, and (b) is a characteristic. FIG. 12 is a diagram showing an FEM analysis result of a vibration mode in a conventional resonance type. FIG. 13 is a diagram showing a partially enlarged top view of a conventional diaphragm / piezoelectric element section. [Explanation of symbols]
21 Metal case (main body, removal means)
21b Support section
22 Diaphragm (extraction means)
23 Piezoelectric element
24a, 24b electrode
25a, 25b Lead wire (connecting member, extraction means)
26 Connector body (blocking member)
27 Output terminal (extraction means)
33 roll eyes
41a Recognition mark X Roll eye direction
Claims (2)
前記取り出し手段は、前記電極の一方に接続される複数の接続部材を有し、前記接続部材は、前記振動板の素材圧延時のロール目方向に合わせて前記圧電素子の内周部近傍に略対向して2箇所の位置に前記電極に接続固定され、
前記接続部材を通して前記閉塞部材に設けられたコネクタから出力を取り出し、
前記ロール目方向に対する前記接続部材の接続角度は、±15°の範囲に設定されることを特徴とする加速度センサ。A main body, a diaphragm fixed to a support provided at a substantially central portion of the main body, a donut-shaped piezoelectric element fixed to one or both surfaces of the diaphragm, and provided on the front and back surfaces of the piezoelectric element A pair of electrodes, a closing member attached to the main body so as to store the diaphragm and the piezoelectric element and close the main body, and a take-out means provided on the closing member for taking out the output from the pair of electrodes An acceleration sensor comprising:
The take-out means has a plurality of connecting members connected to one of the electrodes, and the connecting members are arranged in the vicinity of the inner peripheral portion of the piezoelectric element in accordance with the roll direction when the diaphragm is rolled. fixedly connected to the front Symbol electrodes at positions opposed to two positions,
Wherein to eject the output from the connector provided on the closure member through before Symbol connecting member,
An acceleration sensor, wherein a connection angle of the connection member with respect to the roll eye direction is set in a range of ± 15 ° .
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