弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体
【課題】多軸検出について複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造、１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行える弾性表面波型加速度センサを提供する。
【解決手段】弾性表面波型加速度センサ１０は、三の剛体１１、１２、１３と、各剛体間を連結する梁２４、２５とを有し、三の剛体のうち両端側の剛体１１と剛体１３はそれぞれ加速度を受けて振動する錘部３Ａ、錘部３Ｂであり、中央の剛体１２は加速度を受けても振動しない支持部４Ｃであり、少なくとも各梁２４、２５の表面にはそれぞれ、１以上の弾性表面波共振器（図示せず）が備えられた構成である。
【解決手段】弾性表面波型加速度センサ１０は、三の剛体１１、１２、１３と、各剛体間を連結する梁２４、２５とを有し、三の剛体のうち両端側の剛体１１と剛体１３はそれぞれ加速度を受けて振動する錘部３Ａ、錘部３Ｂであり、中央の剛体１２は加速度を受けても振動しない支持部４Ｃであり、少なくとも各梁２４、２５の表面にはそれぞれ、１以上の弾性表面波共振器（図示せず）が備えられた構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体に係り、特に、弾性表面波を有する加速度センサにおいて、簡易かつ高感度に多軸感度検出することを可能とする、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは加速度を検出するセンサであり、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。たとえば自動車では、エアバッグや横滑り制御装置などのシステムなどに利用されている。
【０００３】
さて加速度センサについては従来、種々の技術的提案もなされている。このうち、後掲特許文献１、２には、弾性表面波（ＳＡＷ ：ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）を利用した加速度センサが開示されており、弾性表面波共振子形成部の撓みによって発生する引張・圧縮応力によりＳＡＷ伝搬速度を変化させ、発振周波数変化として検出する加速度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４３９８３号公報「弾性表面波センサ及び弾性表面波センサ素子」
【特許文献２】特開２００９−２４３９８１号公報「弾性表面波センサ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１開示技術では、撓み量を増やすために錘を負荷させる必要がある。さらに、多軸検出についても複雑な製造技術や設備が必要となるという問題点がある。また特許文献２開示技術では、弾性表面波形成部の撓みによって発生する引張・圧縮応力とＳＡＷ（ＳＨ波 水平方向に振動する波）の伝搬方向を直交配置にし、ＳＨ波の変位方向を前述引張・圧縮応力の方向と一致させているため、引張・圧縮応力が発生しても、ＳＨ波の変位は変化するが弾性表面波共振器の伝搬路長が変化しないため、周波数変化が小さく、デジタル処理をする場合パルス密度が変わらず、高感度化に難点がある。さらに３軸加速度の検出においては、Ｙ軸加速度検知用の弾性表面波用共振器を４つ追加し、かつ、発振回路も合わせて追加する必要があるため、素子の小型化・回路の小型化にも難点がある。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことのできる、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体を提供することである。また本発明の課題は、３軸加速度の検出を行うセンサであっても、素子を小型化でき、回路を小型化することのできる、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は上記課題について検討した結果、弾性表面波型加速度センサを、二の錘部と一の支持部、もしくは一の錘部と二の支持部、およびそれらを連結する梁を有する構造として、少なくとも二箇所の梁の表面にそれぞれ一以上の弾性表面波共振器を備えた構成とすることで課題を解決できることに想到し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【０００８】
（１） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
（２） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、該剛体のうち中央に配置される剛体および各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
（３） 前記梁の弾性表面波共振器は、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）に対して線対称に配置されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（４） 前記梁の弾性表面波共振器は四個設けられ、これらは、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）、および該長さ方向の中心線に直交する中心線（以下、「幅方向の中心線」という。）の双方に対して線対称に配置されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【０００９】
（５） 前記四個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置されていることを特徴とする、（４）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（６） 前記梁の弾性表面波共振器は二個設けられ、これらは、前記剛体のうち中央に配置される剛体の弾性表面波共振器に対して点対称に配置されていることを特徴とする、（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（７） 前記二個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上に配置されていることを特徴とする、（６）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（８） 前記剛体のうち中央に配置される剛体には弾性表面波共振器を設けず、加速度検出のための演算処理には本センサ外部からの基準信号が用いられることを特徴とする、（１）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【００１０】
（９） 前記支持部を中心として前記錘部がその両側に配置されてなることを特徴とする、（１）ないし（８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
（１０） 前記錘部を中心として前記支持部がその両側に配置されてなることを特徴とする、（１）ないし（８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
（１１） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサに用いるためのセンサ素子基体であって、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
（１２） 前記支持部、錘部および梁が一体に形成されていることを特徴とする、（１１）に記載の弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体は上述のように構成されるため、これによれば、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことができる。また、３軸加速度の検出を行うセンサであっても、素子を小型化でき、回路を小型化することができる。
【００１２】
つまり本発明センサによれば、加速度発生時に錘部が梁を撓ませることにより、梁表面に生じる引張応力および圧縮応力の作用によって伝播路長が変化し、加速度を発振周波数の変化として検出することができる。また、錘部と支持部、およびそれらを連結する梁を一体で形成できる簡便な構造であるため、製造工程の簡易化、製造コストを低減できて製造性にも優れ、従来よりも安価な加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の弾性表面波型加速度センサの基本構成例を示す斜視図である。
【図２−１−ａ】本発明加速度センサにおいてＸ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−１−ｂ】図２−１−ａに係る断面説明図である。
【図２−２−ａ】本発明加速度センサにおいてＺ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−２−ｂ】図２−２−ａに係る断面説明図である。
【図２−３−ａ】本発明加速度センサにおいてＹ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−３−ｂ】図２−３−ａに係る端面説明図である。
【００１４】
【図３】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例１の斜視図および横断面図である。
【図４】実施例１においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析結果を示す説明図である。
【図５】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例２の斜視図および横断面図である。
【図６】実施例２においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【図７】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例３の斜視図および横断面図である。
【図８】実施例３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【図９】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例４の斜視図および横断面図である。
【図１０】実施例４においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の弾性表面波型加速度センサの基本構成例を示す斜視図である。なお、弾性表面波共振器（以下、単に「共振器」ともいう。）は図示しておらず、したがって図１は、本発明の弾性表面波型加速度センサ素子の基体の基本構成例でもある。図示するように多軸加速度を検出するための本弾性表面波型加速度センサ１０は、三の剛体１１、１２、１３と、各剛体間を連結する梁２４、２５とを有し、三の剛体のうち両端側の剛体１１と剛体１３はそれぞれ加速度を受けて振動する錘部３Ａ、錘部３Ｂであり、中央の剛体１２は加速度を受けても振動しない支持部４Ｃであり、少なくとも各梁２４、２５の表面にはそれぞれ、１以上の弾性表面波共振器（図示せず）が備えられていることを、主たる構成とする。共振器は、梁２４等上だけではなく、剛体のうち中央に配置される剛体１２（図では支持部４Ｃ）にも設ける構成とすることができる。
【００１６】
なお、図では支持部４Ｃが中央に配置される構成例を示すが、これとは逆に、錘部が中央に配置されて支持部がその両側（両端）に配置される構成であってもよい。要するに本発明加速度センサでは、錘部と支持部とが梁２４、２５を介して交互に配置されている構成であればよい。また本発明で「剛体」とは、加速度を受けて撓みが生じる板厚の薄い梁部２４等とは異なり、加速度を受けて撓みが生じず支持部（固定部）や錘部として用いることのできる、板厚が厚い厚板部のことである。
【００１７】
本発明弾性表面波型加速度センサ１０は、弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて構成される。また剛体１１等による支持部と錘部、および梁２４等を一体に形成することができる。このようにセンサ素子基体として簡便な構造であり、これに共振器を適宜配置することによって、加速度センサを容易に構成することができる。したがって製造性が良く、安価なセンサを提供できる。
【００１８】
かかる構成により本発明弾性表面波型加速度センサ１０によれば、加速度発生時に錘部３Ａ、３Ｂが梁２４、２５を撓ませることにより、梁２４等表面に生じる引張応力および圧縮応力の作用によって伝播路長が変化し、複数の共振器において発生する発振周波数の変化を演算処理することにより、多軸の加速度を発振周波数の変化として精度良く検出することができる。つまり本弾性表面波型加速度センサによれば、簡単な演算処理で、しかも１素子によって、２軸または３軸の加速度検出を行うことができる。
【００１９】
一方、共振器を中央に配置される剛体１２（図では支持部４Ｃ）にも設ける構成の加速度センサの場合は、加速度発生時に撓みによる応力の影響を受けない不感帯部分（弾性表面波の不感帯部分）である支持部４Ｃの波共振器において発生する発振周波数と、梁２４等（弾性表面波の検出部分）に設けられた複数の共振器において発生する発振周波数の変化を演算処理することにより、多軸の加速度を精度良く検出することができる。つまり本弾性表面波型加速度センサによれば、簡単な演算処理で、しかも１素子によって、２軸または３軸の加速度検出を行うことができる。
【００２０】
なお、剛体のうち中央に配置される剛体に共振器を設けない場合は、本センサ外部からの基準信号を加速度検出のための演算処理に用いるものとすることができる。
【００２１】
図１に示した本発明弾性表面波型加速度センサに加速度が加わった場合の変形姿態、および弾性表面波の伝播方向の歪量分布について説明する。
図２−１−ａは、本発明加速度センサにおいてＸ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−１−ｂは図２−１−ａに係る断面説明図である。図示するようにＸ軸に加速度が加わった場合、対向する錘部３Ａ、３Ｂの慣性力に比例した撓み変位が発生し、対向する梁２４、２５には＋位相と−位相の逆位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように弾性表面波共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。撓み振動による周波数の変化を検知することで、Ｘ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２２】
図２−２−ａは、本発明加速度センサにおいてＺ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−２−ｂは図２−２−ａに係る断面説明図である。図示するようにＺ軸に加速度が加わった場合、対向する錘部３Ａ、３Ｂの慣性力に比例した撓み変位が発生し、対向する梁２４、２５には同位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。撓み振動による周波数の変化を検知することで、Ｚ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２３】
図２−３−ａは、本発明加速度センサにおいてＹ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−３−ｂは図２−３−ａに係る端面説明図である。図示するようにＹ軸に加速度が加わった場合、支持部４Ｃを基点にして対向する２５等の慣性力に比例した捩れ変位が発生し、対向する梁（２４等）には同位相の歪が発生する。また、梁内では、幅方向の対向面では逆位相の歪が発生する。加えて、錘部３Ｂ等と支持部４Ｃでも逆位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。捩れ振動による周波数の変化を検知することで、Ｙ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２４】
本発明の弾性表面波型加速度センサは、より精度の高い加速度検出機能を得るために、複数の共振器の配置を、下記のいずれかとなるようにすることができる。
（Ｉ）長さ方向の中心線に対して線対称に、つまり左右対称に配置する。
（II）四個の共振器を、長さ方向の中心線および幅方向の中心線双方に対して線対称に配置、つまり左右対称前後対称で、四箇所に配置する。
（II−２）四個の共振器をさらに、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置する。
（III）二個の共振器を、中央に配置される剛体上の共振器に対して点対称に配置する。
（III−２）二個の共振器をさらに、幅方向の中心線上に配置、つまり線対称配置する。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
実施例１は、支持部および梁の弾性表面波共振器を４箇所に有する加速度センサにおいて、３軸加速度検出の構成を実現する例である。
図３は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例１の斜視図および横断面図であり、図４は、実施例１においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析結果を示す説明図である。
【００２６】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モードによって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図３に示すように、共振器Ａ〜Ｄをセンサ幅方向の中心線上よりずらして端部に配置することで、図４の歪分布に対応した周波数成分を出力することが可能となる。なお、梁の共振器は図４中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００２７】
本実施例における３軸加速度検出の方法について説明する。
表１に、以下の説明における用語とその定義を示す。各共振器Ａ〜Ｄの基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。支持部上に設ける基準弾性表面波共振器（以下、「支持部共振器」という。）の周波数とＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの差分を周波数感度α、β、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは、表２に示すとおり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
表３、４に示す演算式によって、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの各出力から３軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。
【００３１】
【表３】
【００３２】
【表４】
【００３３】
＜実施例２＞
実施例２は、支持部に１箇所、梁に２箇所の弾性表面波共振器を備えた加速度センサによって、２軸加速度検出の構成を実現する例である。
図５は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例２の斜視図および横断面図であり、図６は、実施例２においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００３４】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モード（Ｘ軸、Ｚ軸）、捩れモード（Ｙ軸）によって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図５に示すように共振器Ａ、Ｂをセンサ幅方向の中心線上の中央に配置することで、図６の歪分布に対応した、周波数成分を出力することが可能となる。なお、もし共振器Ａ、Ｂを幅方向中央に配置しないと、Ｙ軸とＸ軸の歪が同相になるため分離できない。図のように中央に配置することによってＹ軸の感度を０とすることができ、Ｘ軸を独立に検出することが可能となる。なお、梁の共振器は図６中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００３５】
本実施例における２軸加速度検出の方法について説明する。
各共振器の基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ、Ｂ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。支持部共振器の周波数とＳＡＷ＿Ａ、Ｂの差分を周波数感度α、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは表５に示すとおりとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。さらに、表６に示す演算式により、ＳＡＷ＿Ａ、Ｂの各出力から２軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、２軸加速度を独立して検出することが可能となる。
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
＜実施例３＞
実施例３は、弾性表面波共振器を梁上の４箇所に有する加速度センサにより、３軸加速度検出の構成を実現する例である。
図７は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例３の斜視図および横断面図であり、図８は、実施例３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００３９】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モードによって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図７に示すとおり、共振器Ａ〜Ｄをセンサ幅方向の中心線上よりずらして端部寄りに配置することで、図８の歪分布に対応した、周波数成分を出力することが可能となる。なお、梁の共振器は図８中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００４０】
本実施例における３軸加速度検出の方法について説明する。
各共振器の基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。外部からの基準信号とＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの差分を周波数感度α、β、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは表７に示すとおりとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。さらに、表８、９に示した演算式により、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの各出力から３軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。なお本例では、加速度の影響を受けない共振器の代わりに外部からの基準信号を用いるが、これはたとえば、外付けの発振子からの周波数信号などである。
【００４１】
【表７】
【００４２】
【表８】
【００４３】
【表９】
【００４４】
実施例１と実施例３とは、支持部上への共振器配置有無の点で、加速度センサの構成が相違する。実施例１のように梁と支持部の双方に共振器を設ける場合、支持部の共振器は加速度による影響を受けないため、周波数感度はその差分で表される。このように支持部に共振器を設ける利点は、圧電素子の温度特性を相殺できることである。つまり、加速度が印加されていない時でも、圧電素子であるが故に、梁の共振器は温度特性の影響で周波数が変化する。しかし、支持部にも共振器がある場合は温度特性が同じになるため、差分は変化しなくなるものである。
【００４５】
一方、実施例３のように支持部上に共振器を設けないことの利点は、共振器の設置数を減らすことで製造工程をより簡易にし、製造コストをより低減できること、保守管理上のポイントを軽減できること、などである。したがって、用途や要求される特性等によって、実施例１、実施例３の各タイプを適宜選択することができる。
【００４６】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例１の加速度センサにおける支持部と錘部の配置を逆にした構造、すなわち中央に錘部、その両側に支持部を備えた構造によって、３軸加速度検出する加速度センサの構成を実現する例である。
図９は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例４の斜視図および横断面図であり、図１０は、実施例４においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００４７】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モード（Ｘ軸、Ｚ軸）、捩れモード（Ｙ軸）によって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。
【００４８】
実施例１のように中央に配置した支持部によって両端の錘部を支持するセンサ構造から、本例のように両端に配置した二つの支持部によって中央の錘部を支持するセンサ構造へと変えることにより、梁の歪分布は図１０に示す通りとなる。そして、本例においても、実施例１と同様の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。なお、梁の共振器は図１０中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００４９】
なお本実施例と同様にして、実施例２に示したセンサ構造を、両端に配置した二つの支持部によって中央の錘部を支持するセンサ構造へとに変えることで、２軸加速度を検知する構成を得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体によれば、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことができる。また、素子や回路を小型化できる。製造性にも優れ、従来よりも安価な加速度センサを提供することができるため、センサ製造および加速度センサを利用するあらゆる産業分野において、利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…弾性表面波型加速度センサ
１１、１２、１３…剛体
２４、２５…梁
３Ａ、３Ｂ…錘部
４Ｃ…支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体に係り、特に、弾性表面波を有する加速度センサにおいて、簡易かつ高感度に多軸感度検出することを可能とする、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは加速度を検出するセンサであり、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。たとえば自動車では、エアバッグや横滑り制御装置などのシステムなどに利用されている。
【０００３】
さて加速度センサについては従来、種々の技術的提案もなされている。このうち、後掲特許文献１、２には、弾性表面波（ＳＡＷ ：ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）を利用した加速度センサが開示されており、弾性表面波共振子形成部の撓みによって発生する引張・圧縮応力によりＳＡＷ伝搬速度を変化させ、発振周波数変化として検出する加速度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４３９８３号公報「弾性表面波センサ及び弾性表面波センサ素子」
【特許文献２】特開２００９−２４３９８１号公報「弾性表面波センサ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１開示技術では、撓み量を増やすために錘を負荷させる必要がある。さらに、多軸検出についても複雑な製造技術や設備が必要となるという問題点がある。また特許文献２開示技術では、弾性表面波形成部の撓みによって発生する引張・圧縮応力とＳＡＷ（ＳＨ波 水平方向に振動する波）の伝搬方向を直交配置にし、ＳＨ波の変位方向を前述引張・圧縮応力の方向と一致させているため、引張・圧縮応力が発生しても、ＳＨ波の変位は変化するが弾性表面波共振器の伝搬路長が変化しないため、周波数変化が小さく、デジタル処理をする場合パルス密度が変わらず、高感度化に難点がある。さらに３軸加速度の検出においては、Ｙ軸加速度検知用の弾性表面波用共振器を４つ追加し、かつ、発振回路も合わせて追加する必要があるため、素子の小型化・回路の小型化にも難点がある。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことのできる、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体を提供することである。また本発明の課題は、３軸加速度の検出を行うセンサであっても、素子を小型化でき、回路を小型化することのできる、弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は上記課題について検討した結果、弾性表面波型加速度センサを、二の錘部と一の支持部、もしくは一の錘部と二の支持部、およびそれらを連結する梁を有する構造として、少なくとも二箇所の梁の表面にそれぞれ一以上の弾性表面波共振器を備えた構成とすることで課題を解決できることに想到し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【０００８】
（１） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
（２） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、該剛体のうち中央に配置される剛体および各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
（３） 前記梁の弾性表面波共振器は、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）に対して線対称に配置されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（４） 前記梁の弾性表面波共振器は四個設けられ、これらは、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）、および該長さ方向の中心線に直交する中心線（以下、「幅方向の中心線」という。）の双方に対して線対称に配置されていることを特徴とする、（１）または（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【０００９】
（５） 前記四個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置されていることを特徴とする、（４）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（６） 前記梁の弾性表面波共振器は二個設けられ、これらは、前記剛体のうち中央に配置される剛体の弾性表面波共振器に対して点対称に配置されていることを特徴とする、（２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（７） 前記二個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上に配置されていることを特徴とする、（６）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
（８） 前記剛体のうち中央に配置される剛体には弾性表面波共振器を設けず、加速度検出のための演算処理には本センサ外部からの基準信号が用いられることを特徴とする、（１）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【００１０】
（９） 前記支持部を中心として前記錘部がその両側に配置されてなることを特徴とする、（１）ないし（８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
（１０） 前記錘部を中心として前記支持部がその両側に配置されてなることを特徴とする、（１）ないし（８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
（１１） 多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサに用いるためのセンサ素子基体であって、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
（１２） 前記支持部、錘部および梁が一体に形成されていることを特徴とする、（１１）に記載の弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体は上述のように構成されるため、これによれば、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことができる。また、３軸加速度の検出を行うセンサであっても、素子を小型化でき、回路を小型化することができる。
【００１２】
つまり本発明センサによれば、加速度発生時に錘部が梁を撓ませることにより、梁表面に生じる引張応力および圧縮応力の作用によって伝播路長が変化し、加速度を発振周波数の変化として検出することができる。また、錘部と支持部、およびそれらを連結する梁を一体で形成できる簡便な構造であるため、製造工程の簡易化、製造コストを低減できて製造性にも優れ、従来よりも安価な加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の弾性表面波型加速度センサの基本構成例を示す斜視図である。
【図２−１−ａ】本発明加速度センサにおいてＸ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−１−ｂ】図２−１−ａに係る断面説明図である。
【図２−２−ａ】本発明加速度センサにおいてＺ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−２−ｂ】図２−２−ａに係る断面説明図である。
【図２−３−ａ】本発明加速度センサにおいてＹ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図である。
【図２−３−ｂ】図２−３−ａに係る端面説明図である。
【００１４】
【図３】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例１の斜視図および横断面図である。
【図４】実施例１においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析結果を示す説明図である。
【図５】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例２の斜視図および横断面図である。
【図６】実施例２においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【図７】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例３の斜視図および横断面図である。
【図８】実施例３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【図９】本発明弾性表面波型加速度センサ実施例４の斜視図および横断面図である。
【図１０】実施例４においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の弾性表面波型加速度センサの基本構成例を示す斜視図である。なお、弾性表面波共振器（以下、単に「共振器」ともいう。）は図示しておらず、したがって図１は、本発明の弾性表面波型加速度センサ素子の基体の基本構成例でもある。図示するように多軸加速度を検出するための本弾性表面波型加速度センサ１０は、三の剛体１１、１２、１３と、各剛体間を連結する梁２４、２５とを有し、三の剛体のうち両端側の剛体１１と剛体１３はそれぞれ加速度を受けて振動する錘部３Ａ、錘部３Ｂであり、中央の剛体１２は加速度を受けても振動しない支持部４Ｃであり、少なくとも各梁２４、２５の表面にはそれぞれ、１以上の弾性表面波共振器（図示せず）が備えられていることを、主たる構成とする。共振器は、梁２４等上だけではなく、剛体のうち中央に配置される剛体１２（図では支持部４Ｃ）にも設ける構成とすることができる。
【００１６】
なお、図では支持部４Ｃが中央に配置される構成例を示すが、これとは逆に、錘部が中央に配置されて支持部がその両側（両端）に配置される構成であってもよい。要するに本発明加速度センサでは、錘部と支持部とが梁２４、２５を介して交互に配置されている構成であればよい。また本発明で「剛体」とは、加速度を受けて撓みが生じる板厚の薄い梁部２４等とは異なり、加速度を受けて撓みが生じず支持部（固定部）や錘部として用いることのできる、板厚が厚い厚板部のことである。
【００１７】
本発明弾性表面波型加速度センサ１０は、弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて構成される。また剛体１１等による支持部と錘部、および梁２４等を一体に形成することができる。このようにセンサ素子基体として簡便な構造であり、これに共振器を適宜配置することによって、加速度センサを容易に構成することができる。したがって製造性が良く、安価なセンサを提供できる。
【００１８】
かかる構成により本発明弾性表面波型加速度センサ１０によれば、加速度発生時に錘部３Ａ、３Ｂが梁２４、２５を撓ませることにより、梁２４等表面に生じる引張応力および圧縮応力の作用によって伝播路長が変化し、複数の共振器において発生する発振周波数の変化を演算処理することにより、多軸の加速度を発振周波数の変化として精度良く検出することができる。つまり本弾性表面波型加速度センサによれば、簡単な演算処理で、しかも１素子によって、２軸または３軸の加速度検出を行うことができる。
【００１９】
一方、共振器を中央に配置される剛体１２（図では支持部４Ｃ）にも設ける構成の加速度センサの場合は、加速度発生時に撓みによる応力の影響を受けない不感帯部分（弾性表面波の不感帯部分）である支持部４Ｃの波共振器において発生する発振周波数と、梁２４等（弾性表面波の検出部分）に設けられた複数の共振器において発生する発振周波数の変化を演算処理することにより、多軸の加速度を精度良く検出することができる。つまり本弾性表面波型加速度センサによれば、簡単な演算処理で、しかも１素子によって、２軸または３軸の加速度検出を行うことができる。
【００２０】
なお、剛体のうち中央に配置される剛体に共振器を設けない場合は、本センサ外部からの基準信号を加速度検出のための演算処理に用いるものとすることができる。
【００２１】
図１に示した本発明弾性表面波型加速度センサに加速度が加わった場合の変形姿態、および弾性表面波の伝播方向の歪量分布について説明する。
図２−１−ａは、本発明加速度センサにおいてＸ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−１−ｂは図２−１−ａに係る断面説明図である。図示するようにＸ軸に加速度が加わった場合、対向する錘部３Ａ、３Ｂの慣性力に比例した撓み変位が発生し、対向する梁２４、２５には＋位相と−位相の逆位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように弾性表面波共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。撓み振動による周波数の変化を検知することで、Ｘ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２２】
図２−２−ａは、本発明加速度センサにおいてＺ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−２−ｂは図２−２−ａに係る断面説明図である。図示するようにＺ軸に加速度が加わった場合、対向する錘部３Ａ、３Ｂの慣性力に比例した撓み変位が発生し、対向する梁２４、２５には同位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。撓み振動による周波数の変化を検知することで、Ｚ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２３】
図２−３−ａは、本発明加速度センサにおいてＹ軸に加速度が加わった場合の斜視説明図、また、図２−３−ｂは図２−３−ａに係る端面説明図である。図示するようにＹ軸に加速度が加わった場合、支持部４Ｃを基点にして対向する２５等の慣性力に比例した捩れ変位が発生し、対向する梁（２４等）には同位相の歪が発生する。また、梁内では、幅方向の対向面では逆位相の歪が発生する。加えて、錘部３Ｂ等と支持部４Ｃでも逆位相の歪が発生する。歪発生部分に歪の方向と弾性表面波の伝搬方向を一致させるように共振器を配置することで、伝搬路長の変化により周波数が変化する。捩れ振動による周波数の変化を検知することで、Ｙ軸加速度を検知可能となる。なお、実施例にてさらに説明する。
【００２４】
本発明の弾性表面波型加速度センサは、より精度の高い加速度検出機能を得るために、複数の共振器の配置を、下記のいずれかとなるようにすることができる。
（Ｉ）長さ方向の中心線に対して線対称に、つまり左右対称に配置する。
（II）四個の共振器を、長さ方向の中心線および幅方向の中心線双方に対して線対称に配置、つまり左右対称前後対称で、四箇所に配置する。
（II−２）四個の共振器をさらに、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置する。
（III）二個の共振器を、中央に配置される剛体上の共振器に対して点対称に配置する。
（III−２）二個の共振器をさらに、幅方向の中心線上に配置、つまり線対称配置する。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
実施例１は、支持部および梁の弾性表面波共振器を４箇所に有する加速度センサにおいて、３軸加速度検出の構成を実現する例である。
図３は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例１の斜視図および横断面図であり、図４は、実施例１においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析結果を示す説明図である。
【００２６】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モードによって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図３に示すように、共振器Ａ〜Ｄをセンサ幅方向の中心線上よりずらして端部に配置することで、図４の歪分布に対応した周波数成分を出力することが可能となる。なお、梁の共振器は図４中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００２７】
本実施例における３軸加速度検出の方法について説明する。
表１に、以下の説明における用語とその定義を示す。各共振器Ａ〜Ｄの基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。支持部上に設ける基準弾性表面波共振器（以下、「支持部共振器」という。）の周波数とＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの差分を周波数感度α、β、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは、表２に示すとおり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
表３、４に示す演算式によって、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの各出力から３軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。
【００３１】
【表３】
【００３２】
【表４】
【００３３】
＜実施例２＞
実施例２は、支持部に１箇所、梁に２箇所の弾性表面波共振器を備えた加速度センサによって、２軸加速度検出の構成を実現する例である。
図５は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例２の斜視図および横断面図であり、図６は、実施例２においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００３４】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モード（Ｘ軸、Ｚ軸）、捩れモード（Ｙ軸）によって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図５に示すように共振器Ａ、Ｂをセンサ幅方向の中心線上の中央に配置することで、図６の歪分布に対応した、周波数成分を出力することが可能となる。なお、もし共振器Ａ、Ｂを幅方向中央に配置しないと、Ｙ軸とＸ軸の歪が同相になるため分離できない。図のように中央に配置することによってＹ軸の感度を０とすることができ、Ｘ軸を独立に検出することが可能となる。なお、梁の共振器は図６中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００３５】
本実施例における２軸加速度検出の方法について説明する。
各共振器の基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ、Ｂ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。支持部共振器の周波数とＳＡＷ＿Ａ、Ｂの差分を周波数感度α、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは表５に示すとおりとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。さらに、表６に示す演算式により、ＳＡＷ＿Ａ、Ｂの各出力から２軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、２軸加速度を独立して検出することが可能となる。
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
＜実施例３＞
実施例３は、弾性表面波共振器を梁上の４箇所に有する加速度センサにより、３軸加速度検出の構成を実現する例である。
図７は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例３の斜視図および横断面図であり、図８は、実施例３においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００３９】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モードによって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。図７に示すとおり、共振器Ａ〜Ｄをセンサ幅方向の中心線上よりずらして端部寄りに配置することで、図８の歪分布に対応した、周波数成分を出力することが可能となる。なお、梁の共振器は図８中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００４０】
本実施例における３軸加速度検出の方法について説明する。
各共振器の基準周波数をＦとすると、各共振器の周波数（以下、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄ）はＦ＋ΔＦと表すことができる。外部からの基準信号とＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの差分を周波数感度α、β、γとした場合、加速度に対する各出力変化ΔＦは表７に示すとおりとなり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分を含んだ合成出力となる。さらに、表８、９に示した演算式により、ＳＡＷ＿Ａ〜Ｄの各出力から３軸加速度成分の合成和を分離できることがわかる。このことから、かかる所定の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。なお本例では、加速度の影響を受けない共振器の代わりに外部からの基準信号を用いるが、これはたとえば、外付けの発振子からの周波数信号などである。
【００４１】
【表７】
【００４２】
【表８】
【００４３】
【表９】
【００４４】
実施例１と実施例３とは、支持部上への共振器配置有無の点で、加速度センサの構成が相違する。実施例１のように梁と支持部の双方に共振器を設ける場合、支持部の共振器は加速度による影響を受けないため、周波数感度はその差分で表される。このように支持部に共振器を設ける利点は、圧電素子の温度特性を相殺できることである。つまり、加速度が印加されていない時でも、圧電素子であるが故に、梁の共振器は温度特性の影響で周波数が変化する。しかし、支持部にも共振器がある場合は温度特性が同じになるため、差分は変化しなくなるものである。
【００４５】
一方、実施例３のように支持部上に共振器を設けないことの利点は、共振器の設置数を減らすことで製造工程をより簡易にし、製造コストをより低減できること、保守管理上のポイントを軽減できること、などである。したがって、用途や要求される特性等によって、実施例１、実施例３の各タイプを適宜選択することができる。
【００４６】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例１の加速度センサにおける支持部と錘部の配置を逆にした構造、すなわち中央に錘部、その両側に支持部を備えた構造によって、３軸加速度検出する加速度センサの構成を実現する例である。
図９は本発明弾性表面波型加速度センサ実施例４の斜視図および横断面図であり、図１０は、実施例４においてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸加速度が加わった場合の歪分布のＦＥＭ解析結果を示す説明図である。
【００４７】
本実施例では、検出軸方向へ加速度を加えると、錘部分に荷重がかかり、弾性表面波共振器がついている梁に歪みが生じ、圧縮および伸張する動きとなるが、歪量は検出軸毎の屈曲モード（Ｘ軸、Ｚ軸）、捩れモード（Ｙ軸）によって異なり、その変化により伝搬路長が変化する。
【００４８】
実施例１のように中央に配置した支持部によって両端の錘部を支持するセンサ構造から、本例のように両端に配置した二つの支持部によって中央の錘部を支持するセンサ構造へと変えることにより、梁の歪分布は図１０に示す通りとなる。そして、本例においても、実施例１と同様の演算式を用いることによって、３軸加速度を独立して検出することが可能となる。なお、梁の共振器は図１０中の右側図に示した歪分布上に配置することとする。
【００４９】
なお本実施例と同様にして、実施例２に示したセンサ構造を、両端に配置した二つの支持部によって中央の錘部を支持するセンサ構造へとに変えることで、２軸加速度を検知する構成を得られることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体によれば、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことができる。また、素子や回路を小型化できる。製造性にも優れ、従来よりも安価な加速度センサを提供することができるため、センサ製造および加速度センサを利用するあらゆる産業分野において、利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…弾性表面波型加速度センサ
１１、１２、１３…剛体
２４、２５…梁
３Ａ、３Ｂ…錘部
４Ｃ…支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
【請求項２】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、該剛体のうち中央に配置される剛体および各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
【請求項３】
前記梁の弾性表面波共振器は、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）に対して線対称に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項４】
前記梁の弾性表面波共振器は四個設けられ、これらは、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）、および該長さ方向の中心線に直交する中心線（以下、「幅方向の中心線」という。）の双方に対して線対称に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項５】
前記四個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項６】
前記梁の弾性表面波共振器は二個設けられ、これらは、前記剛体のうち中央に配置される剛体の弾性表面波共振器に対して点対称に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項７】
前記二個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項８】
前記剛体のうち中央に配置される剛体には弾性表面波共振器を設けず、加速度検出のための演算処理には本センサ外部からの基準信号が用いられることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項９】
前記支持部を中心として前記錘部がその両側に配置されてなることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項１０】
前記錘部を中心として前記支持部がその両側に配置されてなることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項１１】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサに用いるためのセンサ素子基体であって、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【請求項１２】
前記支持部、錘部および梁が一体に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【請求項１】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
【請求項２】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、該剛体のうち中央に配置される剛体および各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
【請求項３】
前記梁の弾性表面波共振器は、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）に対して線対称に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項４】
前記梁の弾性表面波共振器は四個設けられ、これらは、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）、および該長さ方向の中心線に直交する中心線（以下、「幅方向の中心線」という。）の双方に対して線対称に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項５】
前記四個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項６】
前記梁の弾性表面波共振器は二個設けられ、これらは、前記剛体のうち中央に配置される剛体の弾性表面波共振器に対して点対称に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項７】
前記二個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項８】
前記剛体のうち中央に配置される剛体には弾性表面波共振器を設けず、加速度検出のための演算処理には本センサ外部からの基準信号が用いられることを特徴とする、請求項１に記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項９】
前記支持部を中心として前記錘部がその両側に配置されてなることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項１０】
前記錘部を中心として前記支持部がその両側に配置されてなることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
【請求項１１】
多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサに用いるためのセンサ素子基体であって、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【請求項１２】
前記支持部、錘部および梁が一体に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【図３】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２−１−ａ】
【図２−１−ｂ】
【図２−２−ａ】
【図２−２−ｂ】
【図２−３−ａ】
【図２−３−ｂ】
【図４】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２−１−ａ】
【図２−１−ｂ】
【図２−２−ａ】
【図２−２−ｂ】
【図２−３−ａ】
【図２−３−ｂ】
【図４】
【図６】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５０４２３（Ｐ２０１３−５０４２３Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８９７０７（Ｐ２０１１−１８９７０７）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２３年度経済産業省 平成２３年度戦略的基盤技術高度化支援事業（継続事業）（ＬｉＮｂＯ３を利用した小型加速度センサーの開発）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２３年度経済産業省 平成２３年度戦略的基盤技術高度化支援事業（継続事業）（ＬｉＮｂＯ３を利用した小型加速度センサーの開発）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
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