加速度検知ユニット、及び加速度センサ
【課題】温度の影響が除外可能な加速度検出ユニットを得る。
【解決手段】加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応素子と、感温素子と、を備え、前記可動部材は、略コ字状の第１の可動部材と、第１の可動部材に固定された第２の可動部材と、を有し、前記第１の可動部材の略コ字状の内側が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記応力感応素子の両固定端が、夫々前記固定部材と前記第１の可動部材に支持されたものであり、前記感温素子は、前記固定部材に支持されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有するように構成されている。
【解決手段】加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応素子と、感温素子と、を備え、前記可動部材は、略コ字状の第１の可動部材と、第１の可動部材に固定された第２の可動部材と、を有し、前記第１の可動部材の略コ字状の内側が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記応力感応素子の両固定端が、夫々前記固定部材と前記第１の可動部材に支持されたものであり、前記感温素子は、前記固定部材に支持されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度検知ユニット、及び加速度センサに関し、特に感温素子を付加した加速度検知ユニットと、温度補償型加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、従来から自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視装置等まで、広く使用されている。特許文献１には図７に示すような圧力センサが開示されている。図７において５０はハウジング、６０はハウジング５０の対向する２つの壁部に夫々対向するように貫通形成された圧力導入口、７０ａ、７０ｂは各圧力導入口６０と連通する内部空所を備えたベローズであって、ベローズ７０ａ、７０ｂの間には力伝達部材８０の一端部が配置され、力伝達部材８０の可撓部８０ａと固定部材１１０との間に感圧素子９０が接着固定されている。図７に示す圧力センサの圧力導入口６０よりベローズ７０ａ、７０ｂ内部に圧力が加わると、ベローズの有効面積に応じた力が力伝達部材８０の一端部の上下面にかかり、差圧に相当する力がピボット１００を支点にして感圧素子９０に圧縮力、あるいは引張り力として加わり、この力に応じて感圧素子９０の共振周波数が変化し、これを検知することにより圧力を測定するものである。
【０００３】
ベローズ７０ａ、７０ｂ、力伝達部材８０、感圧素子９０及びハウジング５０は、それぞれ異なった材料により構成されているので、使用環境の温度変化等により熱歪みが発生し、圧力測定精度を劣化させることになる。そこで、感圧素子９０の支持部を力伝達部材可撓部８０ａと、力伝達部材８０と隔設し且つ圧力センサハウジング内に設けた感圧素子９０の固定部材１１０との間に橋架固定することにより、周囲温度の変化に伴う熱歪みの影響を感圧素子９０に加えることのないよう構成する。
そして、ベローズライン、力伝達部材、力伝達部材支柱と感圧素子固定部に分けて熱歪みの解析を行い、例えばハウジングにステンレス、ベローズにニッケル、力伝達部材に燐青銅、感圧素子に水晶を用い、それぞれの線膨張係数を適用し、各部材の寸法を設定し、感圧素子９０の固定部材１１０の線膨張係数を設定すれば、その最適な長さを求めることができ、熱歪みの影響を受けることのない圧力センサを構成できると開示されている。
【特許文献１】特開平２−２２８５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された圧力センサの測定精度を上げるため、外部に感温素子と演算装置を設けて温度補償しようとしても、ハウジングの熱容量が大きいため、内部の感圧素子と、外部の感温素子との間に温度差が生じ、圧力センサの測定精度を改善することが難しいという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、応力感応素子の近傍に感温素子を設けることにより加速度の検知精度を改善した加速度検知ユニットと、加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本発明に係る加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持されたものであり、前記感温素子の固定端は、前記固定部材の一方の端に支持されたものであることを特徴とする。
【０００７】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットは、加速度検知ユニットの周囲の温度が変化する場合でも、感温素子が温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償することが可能であり、加速度検出の精度を大幅に改善できるという効果がある。しかも感温素子は小型であるので、加速度検知ユニットの形状寸法はほぼ同じ形状のままとすることができる。
【０００８】
［適用例２］加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端面に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持され、前記感温素子は、前記固定部材、又は第１の可動部材の少なくとも一方に埋設されたものであることを特徴とする。
【０００９】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットは、形状寸法は変わらず、感温素子の検出する温度に基づき、応力感応素子の温度特性を補償することが可能であるという利点がある。
【００１０】
［適用例３］前記応力感応素子の一方の固定端を支持する前記固定部材の一方の面と、前記応力感応素子の他方の固定端を支持する前記第１の張出し部の端面とがそれぞれ同一平面上に位置していることを特徴とする適用例１又は２に記載の加速度検知ユニット。
【００１１】
このように加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子の温度補償が可能であると共に、応力感応素子の両端部を支持する、固定部材の上面と第１の張出し部の上面とが、同一平面上にあるので、応力感応素子を載置し固定するのが容易であるのみならず、余分な歪が応力感応素子に掛らないので、応力感応素子の感度劣化が防止できるという効果がある。
【００１２】
［適用例４］前記応力感応素子は、２つの前記固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする適用例１乃至３の何れか１項に記載の加速度検知ユニット。
【００１３】
このように加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子の温度補償が可能であると共に、応力感応素子として双音叉型圧電振動素子を用いると、該双音叉型圧電振動素子は屈曲振動が伝搬しない２つの固定端を有するので、固定部材及び可動部材への応力感応素子の取り付けが容易になるという利点がある。その上、加速度の測定感度、測定精度が向上するという効果がある。
【００１４】
［適用例５］前記感温素子は、前記固定端、及び該固定端から並行に突出した２つの振動片と、該各振動片の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子であることを特徴とする適用例４に記載の加速度検知ユニット。
【００１５】
このように加速度検知ユニットを構成すると、音叉型振動素子は双音叉型圧電振動素子と同じ工程で製作可能であり、且つ小型、低コストで製作できるので、加速度検知ユニットの形状増大及びコスト増加をきたすことなく製作できるという利点がある。
【００１６】
［適用例６］適用例１、又は適用例３乃至５の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路と、前記感温素子の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路と、基準発振器と、前記第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタと、前記基準発振器及び前記２つのカウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【００１７】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットを用いて加速度センサを構成すると、加速度センサの周囲温度が変化する場合でも、感温素子がこの温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償するので、応力感応素子は純粋に加速度のみを検出できるので、測定精度を大幅に改善できるという効果がある。
【００１８】
［適用例７］本発明に係る加速度センサは、適用例２乃至４の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、基準発振器と、前記発振回路に接続するカウンタと、前記基準発振器、前記感温素子及び前記カウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットを用いて加速度センサを構成すると、加速度センサの形状寸法は大きくならず、少なくとも１つの感温素子が加速度検知ユニットの温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償するので、測定精度を大幅に改善できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態の加速度検知ユニット１を示す概略斜視図である。加速度検知ユニット１は、加速度の印加によって変位しない固定部材５と、該固定部材５に梁１０にて支持される可動部材２０と、応力感応部３３とその両端部に夫々連結された固定端３１、３２とを有する応力感応素子３０と、固定端４１及び固定端から並行に延びる２つの振動片を有する感温素子４０と、を備えている。
固定部材５は、加速度が印加されても変位しないように筐体等に固定された直方体状の金属ブロックで、応力感応素子３０及び感温素子４０の固定端３１、３２及び４１が支持、固定される位置が、上面（端面）５ａ上に位置決めされている。また、固定端３１、３２及び固定端４１の形状に合わせて上面５ａ上を浅く掘り込むことにより、上面５ａ上に固定端３１、３２及び固定端４１が突出しないように構成してもよい。
可動部材２０は、上部と下部に夫々第１及び第２の張出し部２２、２３を有する略コ字状の第１の可動部材２１と、第１の可動部材２１の第２の張出し部２３の下部から下方に突出した第２の可動部材２５と、を備えている。そして略コ字状の第１の可動部材２１の内側中央部（固定部材５との対向面）が、梁１０を介して固定部材５の下端部に連結されている。第１の可動部材２１の第１の張出し部２２の上面２２ａには、応力感応素子３０の固定端３２が支持、固定される位置が一方向に偏位して設定されている。また、固定端３２の形状、厚さに合わせて第１の張出し部２２の上面２２ａを浅く掘り込んでもよい。
なお、固定部材５、梁１０、及び可動部材２０は、例えば真鍮、アルミニウム、リン青銅等の金属材料を機械加工して一体的に構成されている。
【００２１】
応力感応素子３０の一方の固定端３１を固定部材５の上面（端面）５ａに接着剤等を用いて接着、固定すると共に、応力感応素子３０の他方の固定端３２を第１の張出し部２２の上面２２ａに接着剤等を用いて接着、固定する。応力感応素子３０の一方の固定端３１が支持、固定される固定部材５の上面５ａと、応力感応素子３０の他方の固定端３２が支持、固定される第１の張出し部の上面２２ａとは同一平面上に位置するように互いに平行に形成されている。
また、応力感応素子３０を含めた周囲温度を検出する感温素子４０は、固定端４１と、固定端４１から並行に突出した２つの振動片４２と、各振動片４２の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子である。固定端４１を固定部材５の上面５ａであって、応力感応素子３０と隣接するスペース上に固定されているが、互いの音響的影響を避けるように支持、固定されている。
可動部材２０を固定部材５に連結する梁１０には、図１の斜視図に示すように、梁１０の中央部の上下両面に丸みを帯びた溝（くびれ部）１２が対向するように設けられている。この溝１２の形状は半円状以外に楔状、双曲線状等であってもよい。また、溝１２は、梁の中央部の何れか一方に設けてもよい。
可動部材２０に加速度α（図１の例ではＸ軸方向）が印加されると、可動部材２０は梁１０の溝１２を支点として加速度検出軸方向へ変位する。つまり、可撓性を有するように形成された梁１０は、溝１２を中心に屈曲し、応力感応素子３０には伸張（引張り）応力、あるいは圧縮応力（加速度α×質量ｍ）が加わり、伸張応力、あるいは応力に応じて感応素子３０の共振周波数が偏移し、加速度αの大きさを検知することができる。
【００２２】
また、梁１０の形状は、可動部材２０が加速度検出軸方向（図１の例ではＸ軸方向）と直交する奥行き方向（図１の例ではＹ軸方向）へ変位するのを阻止するように、梁１０の厚み（Ｚ軸方向）の寸法に対し、奥行き方向（Ｙ軸方向）の幅の寸法を大きくした形状にする。
応力感応素子３０としては、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた圧電振動素子を用いる。本例では、応力感応素子３０として、図１のように両端部に位置する固定端３１、３２、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板から成る応力感応部３３と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いる。双音叉型圧電振動素子を用いると、固定部材５及び可動部材２０に接着、固定する際に、双音叉型圧電振動素子の感度への影響が少なく、応答速度、応力感度、再現性等が大幅に向上すると共に、温度特性が改善されるという効果がある。
【００２３】
本例では、応力感応素子３０として２本の振動ビームを備えた双音叉型水晶振動素子を用いている。双音叉型水晶振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、高度計用、或いは深度計用の応力感応素子として使用した場合には分解能力が優れるために僅かな気圧差から高度差、深度差を知ることができる。また、双音叉型水晶振動素子が呈する周波数温度特性は、上に凸の二次曲線となり、その頂点温度が常温（２５℃）になるように各パラメータを設定する。
双音叉型水晶振動素子の２本の振動ビームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは以下の如くである。
ｆF＝ｆ0（１−（ＫＬ2Ｆ）／（２ＥＩ））1/2 （１）
ここで、ｆ0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モードによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２次モーメントである。断面２次モーメントＩはＩ＝ｄｗ3／１２より、式（１）は次式のように変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆF＝ｆ0（１−ＳFσ）1/2 （２）
但し、応力感度ＳFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
ＳF＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）2 （３）
σ＝Ｆ／（２Ａ） （４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型振動子に作用する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張り方向）を正としたとき、力Ｆと共振周波数ｆFの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆFが減少し、伸張（引張り）力では増加する。また応力感度ＳFは振動ビームのＬ／ｗの２乗に比例する。
しかし、応力感応素子３０としては、双音叉型水晶振動素子に限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する圧電振動素子であればどのようなものを用いても良い。
【００２４】
応力感応素子３０である双音叉型圧電振動素子の周波数温度特性は、上に凸の二次曲線を呈する。そこで、温度変化に伴う双音叉型圧電振動素子の周波数変動をほぼゼロにするように二次曲線を温度補償する。温度補償を施すことにより温度変化による双音叉型圧電振動素子の周波数変動を取り除けるので、双音叉型圧電振動素子の周波数変化は、応力による周波数変動のみとなり、加速度の測定精度を一段と向上させることが可能となる。
応力感応素子３０を含む周囲温度を検出する感温素子４０として、双音叉型圧電振動素子と同様に屈曲振動をする音叉型圧電振動素子を用いる。音叉型圧電振動素子は、フォトリソグラフィ技術と、エッチング手法とを用いて形成する双音叉型圧電振動素子の製造工程が共用できるし、小型化、低コスト化が容易である。また音叉型圧電振動素子は屈曲振動が伝搬しない基部（固定部）を有するので、振動エネルギーの漏洩は極めて小さく、図１の実施例のように固定部材５の上面５ａに支持、固定しても電気的特性への影響はほぼ無い。
感温素子４０として、温度変化に対し周波数が一次関数で変化する圧電振動素子を用いてもよい。このような特殊なカットの圧電振動素子を用いると、双音叉型圧電振動素子の温度補償が容易になる利点がある。
本発明の特徴は以上のように温度補償用の感温素子４０を設け、応力感応素子３０の周波数温度特性を補償し、加速度の測定精度の改善を図ることである。
【００２５】
図２は、第２の実施例の加速度検出ユニット２の構造を示す概略斜視図である。固定部材５の上面５ａであって応力感応素子３０の近傍位置に所要深さを有した穴４７を穿ち、穴４７内に感温素子として機能する電子部品４５を埋設（収容）し、温度伝導度のよい樹脂で穴を充填する。図１に示した実施例１の加速度検知ユニット１では、感温素子４０として圧電振動素子を用いたが、図２の実施例２では感温素子として電子部品４５を用いた点が異なる。電子部品４５としては、温度により電気的定数が変化する電子部品であればよく、例えば温度に対し抵抗が変化するサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ）等を用いる。
第１の実施例の音叉型圧電振動素子に比べ、サーミスタ等の電子部品は取扱が容易であり、小型なものが入手できる利点がある。
【００２６】
図３は、第３の実施例の加速度検出ユニット３の構造を示す概略斜視図である。固定部材５の上面５ａであって応力感応素子３０の近傍位置に穴４７を形成し、穴４７内に感温素子として機能する電子部品４５を埋設すると共に、第１の可動部材２１の上面２１ａであって応力感応素子３０の固定端３２の近傍に穴４８を穿ち、穴４８に電子部品４６を埋設し、両穴４７、４８に温度伝導度のよい樹脂で穴を充填する。図１に示した実施例１の加速度検知ユニット１では、感温素子４０として音叉型圧電振動素子を用いたが、図３の実施例３では感温素子として２つの電子部品４５、４６を用いた点が異なる。電子部品４５、４６としては、例えば温度に対し抵抗が変化するサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ）等を用いる。
２つの感温素子４５、４６を設けたのは固定部材５と可動部材２０とが薄い梁１０で結合され、なお溝１２が形成されているので、固定部材５と可動部材２０との熱的均衡がくずれる場合あるからである。このような場合に感温素子４５、４６による測定温度が所定の誤差内にあれば、測定された加速度値は精度が保障できるという効果がある。
【００２７】
図４は、温度補償型加速度センサ４の構成を示す側面図で、構成を明らかにするため筐体（ハウジング）本体の側板を除いた図である。温度補償型加速度センサ４は、図１に示した加速度検知ユニット１と、加速度検知ユニット１を内部に収容して気密的に封止する筐体（ハウジング）本体５１ａと、応力感応素子３０を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路５３ａと、感温素子４０の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路５３ｂと、基準発振器５３ｃと、第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタ５４ａ、５４ｂと、基準発振器５３ｃ及び２つのカウンタ５４ａ、５４ｂに接続する演算装置５５と、蓋部材５１ｂと、を備えている。図４は、図１の加速度検知ユニット１を手前に９０度回転し、筐体（ハウジング）本体５１ａ底部の台座５８に固定した場合を示している。図の矢印方向が加速度検出軸方向である。
【００２８】
図５は、感温素子４０として音叉型圧電振動素子を備えた温度補償型加速度センサ４の加速度算出ブロック回路図である。双音叉型圧電振動素子３０と音叉型圧電振動素子４０とが、固定部材５又は固定部材５と可動部材２０に固定された状態で、双音叉型圧電振動素子３０と音叉型圧電振動素子４０の周波数温度特性を測定し、その結果を温度ｔ−周波数ｆの表として、中央処理装置５５に格納する。中央処理装置５５には基準発振器５３ｃから周波数が供給される。
温度がＴ度のとき、温度補償型加速度センサ４に加速度αが印加されと、可動部材２０は梁１０の支点１２を中心に変位が生じる。この変位により応力感応素子３０に伸長、あるいは圧縮応力が加わり、応力感応素子３０の共振周波数が変動し、発振回路５３ａの周波数ｆ１が変動しｆαになったとする。この周波数ｆαがカウンタ５４ａを介して中央処理装置５５に入力される。一方、感温素子４０の共振周波数は、周囲の温度ｔにより周波数が変化し、これに応じて発振器５３ｂの周波数が変動しｆ２になる。この周波数ｆ２がカウンタ５４ｂを介して中央処理装置５５に入力され、中央処理装置５５は温度ｔ−周波数ｆ２表から周囲温度を推定し、温度Ｔを算出する。算出された周囲温度Ｔを基に、格納された応力感応素子３０の温度ｔ−周波数ｆ１表より、温度Ｔにおける加速度が無印加の状態の周波数ｆ１Tを算出して、応力感応素子３０の温度変化による周波数変動分を取り除き、加速度αの印加による周波数変動分Δｆ＝ｆ１T−ｆαを算出し、このΔｆから正確な加速度値が求めることができる。
【００２９】
図６は、図２に示した第２の実施例の加速度検出ユニット２を用いた温度補償型加速度センサのブロック図であり、感温素子４０として電子部品（サーミスタ等）４５を用いた例である。図５の加速度算出ブロック回路図と異なる点は、発振回路５３ｂ、カウンタ５４ｂに代えてサーミスタ４５を用いたところである。サーミスタ４５の温度ｔ−抵抗Ｒ特性を予め測定し、中央処理装置５５に格納する。サーミスタ４５の抵抗Ｒの値を基に、格納された温度ｔ−抵抗Ｒ特性表から周囲温度Ｔを求める。温度補償型加速度センサに加速度αが印加され、カウンタ５４ａの周波数ｆαが中央処理装置５５入力される。以降のブロック図の動作は上述した通りである。
なお、図３に示した第３の実施例の加速度検出ユニット３のように、サーミスタ等の感温素子が２つある場合は、中央処理装置に２つのサーミスタを接続し、予め温度ｔ−抵抗Ｒ１特性表、温度ｔ−抵抗Ｒ２特性表を中央処理装置に格納しておけばよい。
第３の実施例の加速度検出ユニット３を用いた温度補償型加速度センサは、感温素子が１個の場合に比べ、加速度の測定精度が一段と改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット１の構造を示した概略構成図。
【図２】第２の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット２の構造を示した概略構成図。
【図３】第３の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット３の構造を示した概略構成図。
【図４】温度補償型加速度センサの構成を示す側面図。
【図５】音叉型振動素子を感温素子とした加速度算出ブロック回路図。
【図６】サーミスタを感温素子とした加速度算出ブロック回路図。
【図７】従来の圧力センサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１、２、３加速度検知ユニット、４…温度補償型加速度センサ、５…固定部材、５ａ…上面、１０…梁、１２…溝、２０…可動部材、２１…第１の可動部材、２２…第１の張出し部、２２ａ…上面、２３…第２の張出し部、２５…第２の可動部材、３０…応力感応素子、３１、３２…固定端、４０…感温素子、４１…固定端、４５、４６…電子部品（サーミスト）、４７、４８…穴、５１ａ…筐体本体、５１ｂ…蓋部材、５２外部端子、５３ａ、５３ｂ…発振器、５４ａ、５４ｂ…カウンタ、５５中央処理装置、５７…水晶振動子、４８…台座
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度検知ユニット、及び加速度センサに関し、特に感温素子を付加した加速度検知ユニットと、温度補償型加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、従来から自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視装置等まで、広く使用されている。特許文献１には図７に示すような圧力センサが開示されている。図７において５０はハウジング、６０はハウジング５０の対向する２つの壁部に夫々対向するように貫通形成された圧力導入口、７０ａ、７０ｂは各圧力導入口６０と連通する内部空所を備えたベローズであって、ベローズ７０ａ、７０ｂの間には力伝達部材８０の一端部が配置され、力伝達部材８０の可撓部８０ａと固定部材１１０との間に感圧素子９０が接着固定されている。図７に示す圧力センサの圧力導入口６０よりベローズ７０ａ、７０ｂ内部に圧力が加わると、ベローズの有効面積に応じた力が力伝達部材８０の一端部の上下面にかかり、差圧に相当する力がピボット１００を支点にして感圧素子９０に圧縮力、あるいは引張り力として加わり、この力に応じて感圧素子９０の共振周波数が変化し、これを検知することにより圧力を測定するものである。
【０００３】
ベローズ７０ａ、７０ｂ、力伝達部材８０、感圧素子９０及びハウジング５０は、それぞれ異なった材料により構成されているので、使用環境の温度変化等により熱歪みが発生し、圧力測定精度を劣化させることになる。そこで、感圧素子９０の支持部を力伝達部材可撓部８０ａと、力伝達部材８０と隔設し且つ圧力センサハウジング内に設けた感圧素子９０の固定部材１１０との間に橋架固定することにより、周囲温度の変化に伴う熱歪みの影響を感圧素子９０に加えることのないよう構成する。
そして、ベローズライン、力伝達部材、力伝達部材支柱と感圧素子固定部に分けて熱歪みの解析を行い、例えばハウジングにステンレス、ベローズにニッケル、力伝達部材に燐青銅、感圧素子に水晶を用い、それぞれの線膨張係数を適用し、各部材の寸法を設定し、感圧素子９０の固定部材１１０の線膨張係数を設定すれば、その最適な長さを求めることができ、熱歪みの影響を受けることのない圧力センサを構成できると開示されている。
【特許文献１】特開平２−２２８５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された圧力センサの測定精度を上げるため、外部に感温素子と演算装置を設けて温度補償しようとしても、ハウジングの熱容量が大きいため、内部の感圧素子と、外部の感温素子との間に温度差が生じ、圧力センサの測定精度を改善することが難しいという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、応力感応素子の近傍に感温素子を設けることにより加速度の検知精度を改善した加速度検知ユニットと、加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本発明に係る加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持されたものであり、前記感温素子の固定端は、前記固定部材の一方の端に支持されたものであることを特徴とする。
【０００７】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットは、加速度検知ユニットの周囲の温度が変化する場合でも、感温素子が温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償することが可能であり、加速度検出の精度を大幅に改善できるという効果がある。しかも感温素子は小型であるので、加速度検知ユニットの形状寸法はほぼ同じ形状のままとすることができる。
【０００８】
［適用例２］加速度検知ユニットは、加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端面に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持され、前記感温素子は、前記固定部材、又は第１の可動部材の少なくとも一方に埋設されたものであることを特徴とする。
【０００９】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットは、形状寸法は変わらず、感温素子の検出する温度に基づき、応力感応素子の温度特性を補償することが可能であるという利点がある。
【００１０】
［適用例３］前記応力感応素子の一方の固定端を支持する前記固定部材の一方の面と、前記応力感応素子の他方の固定端を支持する前記第１の張出し部の端面とがそれぞれ同一平面上に位置していることを特徴とする適用例１又は２に記載の加速度検知ユニット。
【００１１】
このように加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子の温度補償が可能であると共に、応力感応素子の両端部を支持する、固定部材の上面と第１の張出し部の上面とが、同一平面上にあるので、応力感応素子を載置し固定するのが容易であるのみならず、余分な歪が応力感応素子に掛らないので、応力感応素子の感度劣化が防止できるという効果がある。
【００１２】
［適用例４］前記応力感応素子は、２つの前記固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする適用例１乃至３の何れか１項に記載の加速度検知ユニット。
【００１３】
このように加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子の温度補償が可能であると共に、応力感応素子として双音叉型圧電振動素子を用いると、該双音叉型圧電振動素子は屈曲振動が伝搬しない２つの固定端を有するので、固定部材及び可動部材への応力感応素子の取り付けが容易になるという利点がある。その上、加速度の測定感度、測定精度が向上するという効果がある。
【００１４】
［適用例５］前記感温素子は、前記固定端、及び該固定端から並行に突出した２つの振動片と、該各振動片の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子であることを特徴とする適用例４に記載の加速度検知ユニット。
【００１５】
このように加速度検知ユニットを構成すると、音叉型振動素子は双音叉型圧電振動素子と同じ工程で製作可能であり、且つ小型、低コストで製作できるので、加速度検知ユニットの形状増大及びコスト増加をきたすことなく製作できるという利点がある。
【００１６】
［適用例６］適用例１、又は適用例３乃至５の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路と、前記感温素子の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路と、基準発振器と、前記第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタと、前記基準発振器及び前記２つのカウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【００１７】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットを用いて加速度センサを構成すると、加速度センサの周囲温度が変化する場合でも、感温素子がこの温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償するので、応力感応素子は純粋に加速度のみを検出できるので、測定精度を大幅に改善できるという効果がある。
【００１８】
［適用例７］本発明に係る加速度センサは、適用例２乃至４の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、基準発振器と、前記発振回路に接続するカウンタと、前記基準発振器、前記感温素子及び前記カウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このように感温素子を備えた加速度検知ユニットを用いて加速度センサを構成すると、加速度センサの形状寸法は大きくならず、少なくとも１つの感温素子が加速度検知ユニットの温度変化を検出し、応力感応素子の温度特性を補償するので、測定精度を大幅に改善できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態の加速度検知ユニット１を示す概略斜視図である。加速度検知ユニット１は、加速度の印加によって変位しない固定部材５と、該固定部材５に梁１０にて支持される可動部材２０と、応力感応部３３とその両端部に夫々連結された固定端３１、３２とを有する応力感応素子３０と、固定端４１及び固定端から並行に延びる２つの振動片を有する感温素子４０と、を備えている。
固定部材５は、加速度が印加されても変位しないように筐体等に固定された直方体状の金属ブロックで、応力感応素子３０及び感温素子４０の固定端３１、３２及び４１が支持、固定される位置が、上面（端面）５ａ上に位置決めされている。また、固定端３１、３２及び固定端４１の形状に合わせて上面５ａ上を浅く掘り込むことにより、上面５ａ上に固定端３１、３２及び固定端４１が突出しないように構成してもよい。
可動部材２０は、上部と下部に夫々第１及び第２の張出し部２２、２３を有する略コ字状の第１の可動部材２１と、第１の可動部材２１の第２の張出し部２３の下部から下方に突出した第２の可動部材２５と、を備えている。そして略コ字状の第１の可動部材２１の内側中央部（固定部材５との対向面）が、梁１０を介して固定部材５の下端部に連結されている。第１の可動部材２１の第１の張出し部２２の上面２２ａには、応力感応素子３０の固定端３２が支持、固定される位置が一方向に偏位して設定されている。また、固定端３２の形状、厚さに合わせて第１の張出し部２２の上面２２ａを浅く掘り込んでもよい。
なお、固定部材５、梁１０、及び可動部材２０は、例えば真鍮、アルミニウム、リン青銅等の金属材料を機械加工して一体的に構成されている。
【００２１】
応力感応素子３０の一方の固定端３１を固定部材５の上面（端面）５ａに接着剤等を用いて接着、固定すると共に、応力感応素子３０の他方の固定端３２を第１の張出し部２２の上面２２ａに接着剤等を用いて接着、固定する。応力感応素子３０の一方の固定端３１が支持、固定される固定部材５の上面５ａと、応力感応素子３０の他方の固定端３２が支持、固定される第１の張出し部の上面２２ａとは同一平面上に位置するように互いに平行に形成されている。
また、応力感応素子３０を含めた周囲温度を検出する感温素子４０は、固定端４１と、固定端４１から並行に突出した２つの振動片４２と、各振動片４２の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子である。固定端４１を固定部材５の上面５ａであって、応力感応素子３０と隣接するスペース上に固定されているが、互いの音響的影響を避けるように支持、固定されている。
可動部材２０を固定部材５に連結する梁１０には、図１の斜視図に示すように、梁１０の中央部の上下両面に丸みを帯びた溝（くびれ部）１２が対向するように設けられている。この溝１２の形状は半円状以外に楔状、双曲線状等であってもよい。また、溝１２は、梁の中央部の何れか一方に設けてもよい。
可動部材２０に加速度α（図１の例ではＸ軸方向）が印加されると、可動部材２０は梁１０の溝１２を支点として加速度検出軸方向へ変位する。つまり、可撓性を有するように形成された梁１０は、溝１２を中心に屈曲し、応力感応素子３０には伸張（引張り）応力、あるいは圧縮応力（加速度α×質量ｍ）が加わり、伸張応力、あるいは応力に応じて感応素子３０の共振周波数が偏移し、加速度αの大きさを検知することができる。
【００２２】
また、梁１０の形状は、可動部材２０が加速度検出軸方向（図１の例ではＸ軸方向）と直交する奥行き方向（図１の例ではＹ軸方向）へ変位するのを阻止するように、梁１０の厚み（Ｚ軸方向）の寸法に対し、奥行き方向（Ｙ軸方向）の幅の寸法を大きくした形状にする。
応力感応素子３０としては、両端部に位置する固定端、及び各固定端間を連設する振動領域を備えた圧電基板と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた圧電振動素子を用いる。本例では、応力感応素子３０として、図１のように両端部に位置する固定端３１、３２、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板から成る応力感応部３３と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子を用いる。双音叉型圧電振動素子を用いると、固定部材５及び可動部材２０に接着、固定する際に、双音叉型圧電振動素子の感度への影響が少なく、応答速度、応力感度、再現性等が大幅に向上すると共に、温度特性が改善されるという効果がある。
【００２３】
本例では、応力感応素子３０として２本の振動ビームを備えた双音叉型水晶振動素子を用いている。双音叉型水晶振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、高度計用、或いは深度計用の応力感応素子として使用した場合には分解能力が優れるために僅かな気圧差から高度差、深度差を知ることができる。また、双音叉型水晶振動素子が呈する周波数温度特性は、上に凸の二次曲線となり、その頂点温度が常温（２５℃）になるように各パラメータを設定する。
双音叉型水晶振動素子の２本の振動ビームに外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆFは以下の如くである。
ｆF＝ｆ0（１−（ＫＬ2Ｆ）／（２ＥＩ））1/2 （１）
ここで、ｆ0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モードによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２次モーメントである。断面２次モーメントＩはＩ＝ｄｗ3／１２より、式（１）は次式のように変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆF＝ｆ0（１−ＳFσ）1/2 （２）
但し、応力感度ＳFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
ＳF＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）2 （３）
σ＝Ｆ／（２Ａ） （４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。以上から双音叉型振動子に作用する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張り方向）を正としたとき、力Ｆと共振周波数ｆFの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆFが減少し、伸張（引張り）力では増加する。また応力感度ＳFは振動ビームのＬ／ｗの２乗に比例する。
しかし、応力感応素子３０としては、双音叉型水晶振動素子に限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する圧電振動素子であればどのようなものを用いても良い。
【００２４】
応力感応素子３０である双音叉型圧電振動素子の周波数温度特性は、上に凸の二次曲線を呈する。そこで、温度変化に伴う双音叉型圧電振動素子の周波数変動をほぼゼロにするように二次曲線を温度補償する。温度補償を施すことにより温度変化による双音叉型圧電振動素子の周波数変動を取り除けるので、双音叉型圧電振動素子の周波数変化は、応力による周波数変動のみとなり、加速度の測定精度を一段と向上させることが可能となる。
応力感応素子３０を含む周囲温度を検出する感温素子４０として、双音叉型圧電振動素子と同様に屈曲振動をする音叉型圧電振動素子を用いる。音叉型圧電振動素子は、フォトリソグラフィ技術と、エッチング手法とを用いて形成する双音叉型圧電振動素子の製造工程が共用できるし、小型化、低コスト化が容易である。また音叉型圧電振動素子は屈曲振動が伝搬しない基部（固定部）を有するので、振動エネルギーの漏洩は極めて小さく、図１の実施例のように固定部材５の上面５ａに支持、固定しても電気的特性への影響はほぼ無い。
感温素子４０として、温度変化に対し周波数が一次関数で変化する圧電振動素子を用いてもよい。このような特殊なカットの圧電振動素子を用いると、双音叉型圧電振動素子の温度補償が容易になる利点がある。
本発明の特徴は以上のように温度補償用の感温素子４０を設け、応力感応素子３０の周波数温度特性を補償し、加速度の測定精度の改善を図ることである。
【００２５】
図２は、第２の実施例の加速度検出ユニット２の構造を示す概略斜視図である。固定部材５の上面５ａであって応力感応素子３０の近傍位置に所要深さを有した穴４７を穿ち、穴４７内に感温素子として機能する電子部品４５を埋設（収容）し、温度伝導度のよい樹脂で穴を充填する。図１に示した実施例１の加速度検知ユニット１では、感温素子４０として圧電振動素子を用いたが、図２の実施例２では感温素子として電子部品４５を用いた点が異なる。電子部品４５としては、温度により電気的定数が変化する電子部品であればよく、例えば温度に対し抵抗が変化するサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ）等を用いる。
第１の実施例の音叉型圧電振動素子に比べ、サーミスタ等の電子部品は取扱が容易であり、小型なものが入手できる利点がある。
【００２６】
図３は、第３の実施例の加速度検出ユニット３の構造を示す概略斜視図である。固定部材５の上面５ａであって応力感応素子３０の近傍位置に穴４７を形成し、穴４７内に感温素子として機能する電子部品４５を埋設すると共に、第１の可動部材２１の上面２１ａであって応力感応素子３０の固定端３２の近傍に穴４８を穿ち、穴４８に電子部品４６を埋設し、両穴４７、４８に温度伝導度のよい樹脂で穴を充填する。図１に示した実施例１の加速度検知ユニット１では、感温素子４０として音叉型圧電振動素子を用いたが、図３の実施例３では感温素子として２つの電子部品４５、４６を用いた点が異なる。電子部品４５、４６としては、例えば温度に対し抵抗が変化するサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ）等を用いる。
２つの感温素子４５、４６を設けたのは固定部材５と可動部材２０とが薄い梁１０で結合され、なお溝１２が形成されているので、固定部材５と可動部材２０との熱的均衡がくずれる場合あるからである。このような場合に感温素子４５、４６による測定温度が所定の誤差内にあれば、測定された加速度値は精度が保障できるという効果がある。
【００２７】
図４は、温度補償型加速度センサ４の構成を示す側面図で、構成を明らかにするため筐体（ハウジング）本体の側板を除いた図である。温度補償型加速度センサ４は、図１に示した加速度検知ユニット１と、加速度検知ユニット１を内部に収容して気密的に封止する筐体（ハウジング）本体５１ａと、応力感応素子３０を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路５３ａと、感温素子４０の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路５３ｂと、基準発振器５３ｃと、第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタ５４ａ、５４ｂと、基準発振器５３ｃ及び２つのカウンタ５４ａ、５４ｂに接続する演算装置５５と、蓋部材５１ｂと、を備えている。図４は、図１の加速度検知ユニット１を手前に９０度回転し、筐体（ハウジング）本体５１ａ底部の台座５８に固定した場合を示している。図の矢印方向が加速度検出軸方向である。
【００２８】
図５は、感温素子４０として音叉型圧電振動素子を備えた温度補償型加速度センサ４の加速度算出ブロック回路図である。双音叉型圧電振動素子３０と音叉型圧電振動素子４０とが、固定部材５又は固定部材５と可動部材２０に固定された状態で、双音叉型圧電振動素子３０と音叉型圧電振動素子４０の周波数温度特性を測定し、その結果を温度ｔ−周波数ｆの表として、中央処理装置５５に格納する。中央処理装置５５には基準発振器５３ｃから周波数が供給される。
温度がＴ度のとき、温度補償型加速度センサ４に加速度αが印加されと、可動部材２０は梁１０の支点１２を中心に変位が生じる。この変位により応力感応素子３０に伸長、あるいは圧縮応力が加わり、応力感応素子３０の共振周波数が変動し、発振回路５３ａの周波数ｆ１が変動しｆαになったとする。この周波数ｆαがカウンタ５４ａを介して中央処理装置５５に入力される。一方、感温素子４０の共振周波数は、周囲の温度ｔにより周波数が変化し、これに応じて発振器５３ｂの周波数が変動しｆ２になる。この周波数ｆ２がカウンタ５４ｂを介して中央処理装置５５に入力され、中央処理装置５５は温度ｔ−周波数ｆ２表から周囲温度を推定し、温度Ｔを算出する。算出された周囲温度Ｔを基に、格納された応力感応素子３０の温度ｔ−周波数ｆ１表より、温度Ｔにおける加速度が無印加の状態の周波数ｆ１Tを算出して、応力感応素子３０の温度変化による周波数変動分を取り除き、加速度αの印加による周波数変動分Δｆ＝ｆ１T−ｆαを算出し、このΔｆから正確な加速度値が求めることができる。
【００２９】
図６は、図２に示した第２の実施例の加速度検出ユニット２を用いた温度補償型加速度センサのブロック図であり、感温素子４０として電子部品（サーミスタ等）４５を用いた例である。図５の加速度算出ブロック回路図と異なる点は、発振回路５３ｂ、カウンタ５４ｂに代えてサーミスタ４５を用いたところである。サーミスタ４５の温度ｔ−抵抗Ｒ特性を予め測定し、中央処理装置５５に格納する。サーミスタ４５の抵抗Ｒの値を基に、格納された温度ｔ−抵抗Ｒ特性表から周囲温度Ｔを求める。温度補償型加速度センサに加速度αが印加され、カウンタ５４ａの周波数ｆαが中央処理装置５５入力される。以降のブロック図の動作は上述した通りである。
なお、図３に示した第３の実施例の加速度検出ユニット３のように、サーミスタ等の感温素子が２つある場合は、中央処理装置に２つのサーミスタを接続し、予め温度ｔ−抵抗Ｒ１特性表、温度ｔ−抵抗Ｒ２特性表を中央処理装置に格納しておけばよい。
第３の実施例の加速度検出ユニット３を用いた温度補償型加速度センサは、感温素子が１個の場合に比べ、加速度の測定精度が一段と改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット１の構造を示した概略構成図。
【図２】第２の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット２の構造を示した概略構成図。
【図３】第３の実施例の感温素子付き加速度検知ユニット３の構造を示した概略構成図。
【図４】温度補償型加速度センサの構成を示す側面図。
【図５】音叉型振動素子を感温素子とした加速度算出ブロック回路図。
【図６】サーミスタを感温素子とした加速度算出ブロック回路図。
【図７】従来の圧力センサの構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１、２、３加速度検知ユニット、４…温度補償型加速度センサ、５…固定部材、５ａ…上面、１０…梁、１２…溝、２０…可動部材、２１…第１の可動部材、２２…第１の張出し部、２２ａ…上面、２３…第２の張出し部、２５…第２の可動部材、３０…応力感応素子、３１、３２…固定端、４０…感温素子、４１…固定端、４５、４６…電子部品（サーミスト）、４７、４８…穴、５１ａ…筐体本体、５１ｂ…蓋部材、５２外部端子、５３ａ、５３ｂ…発振器、５４ａ、５４ｂ…カウンタ、５５中央処理装置、５７…水晶振動子、４８…台座
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、
前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持されたものであり、
前記感温素子の固定端は、前記固定部材の一方の端に支持されたものであることを特徴とする加速度検知ユニット。
【請求項２】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、
前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記第１の可動部材の前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端面に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持され、
前記感温素子は、前記固定部材、又は第１の可動部材の少なくとも一方に埋設されたものであることを特徴とする加速度検知ユニット。
【請求項３】
前記応力感応素子の一方の固定端を支持する前記固定部材の一方の面と、前記応力感応素子の他方の固定端を支持する前記第１の張出し部の端面とがそれぞれ同一平面上に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度検知ユニット。
【請求項４】
前記応力感応素子は、２つの前記固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加速度検知ユニット。
【請求項５】
前記感温素子は、前記固定端、及び該固定端から並行に突出した２つの振動片と、該各振動片の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子であることを特徴とする請求項４に記載の加速度検知ユニット。
【請求項６】
請求項１、又は請求項３乃至５の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路と、前記感温素子の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路と、基準発振器と、前記第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタと、前記基準発振器及び前記２つのカウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項２乃至４の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、基準発振器と、前記発振回路に接続するカウンタと、前記基準発振器、前記感温素子及び前記カウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、
前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持されたものであり、
前記感温素子の固定端は、前記固定部材の一方の端に支持されたものであることを特徴とする加速度検知ユニット。
【請求項２】
加速度の印加によって変位しない固定部材と、前記固定部材に梁にて支持される可動部材と、応力感応部と該応力感応部を挟むよう該応力感応部と連結した２つの固定端とを有する応力感応素子と、固定端を有する感温素子と、を備え、
前記可動部材は、第１及び第２の張出し部を有する略コ字状の第１の可動部材と、該第１の可動部材の第２の張出し部に固定された第２の可動部材と、を有し、前記第１の可動部材の前記固定部材と対向する前記第１の可動部材の面が前記梁を介して前記固定部材に連結されたものであり、
前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向へ変位させるよう屈曲可能な可撓性を有する構成であり、
前記応力感応素子の一方の固定端が、前記固定部材の一方の端面に支持されると共に、前記応力感応素子の他方の固定端が、前記第１の可動部材の第１の張出し部に支持され、
前記感温素子は、前記固定部材、又は第１の可動部材の少なくとも一方に埋設されたものであることを特徴とする加速度検知ユニット。
【請求項３】
前記応力感応素子の一方の固定端を支持する前記固定部材の一方の面と、前記応力感応素子の他方の固定端を支持する前記第１の張出し部の端面とがそれぞれ同一平面上に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加速度検知ユニット。
【請求項４】
前記応力感応素子は、２つの前記固定端、及び各固定端間を連設する２つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加速度検知ユニット。
【請求項５】
前記感温素子は、前記固定端、及び該固定端から並行に突出した２つの振動片と、該各振動片の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた音叉型振動素子であることを特徴とする請求項４に記載の加速度検知ユニット。
【請求項６】
請求項１、又は請求項３乃至５の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される第１の発振回路と、前記感温素子の励振電極と電気的に接続される第２の発振回路と、基準発振器と、前記第１及び第２の発振器に接続する２つのカウンタと、前記基準発振器及び前記２つのカウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項２乃至４の何れか１項に記載された加速度検知ユニットと、該加速度検知ユニットを内部に収容して気密的に封止するハウジングと、前記応力感応素子を構成する励振電極と電気的に接続される発振回路と、基準発振器と、前記発振回路に接続するカウンタと、前記基準発振器、前記感温素子及び前記カウンタに接続する中央処理装置と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２９３６３（Ｐ２００９−２２９３６３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７４１１（Ｐ２００８−７７４１１）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
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