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JP2003066062A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

Info

Publication number
JP2003066062A
JP2003066062A JP2001260160A JP2001260160A JP2003066062A JP 2003066062 A JP2003066062 A JP 2003066062A JP 2001260160 A JP2001260160 A JP 2001260160A JP 2001260160 A JP2001260160 A JP 2001260160A JP 2003066062 A JP2003066062 A JP 2003066062A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
weight
housing
acceleration sensor
piezoelectric element
pzt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001260160A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshige Oda
清成 小田
Takashi Ito
岳志 伊藤
Hisanaga Matsuoka
久永 松岡
Kimio Uchida
公雄 内田
Satoshi Matsuura
諭 松浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2001260160A priority Critical patent/JP2003066062A/en
Publication of JP2003066062A publication Critical patent/JP2003066062A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor capable of flatly enhancing a sensor output with a simple structure. SOLUTION: This acceleration sensor comprises a housing 10 having a screwing part 11 screwable to an exciting body, a support shaft part 20 fixable by screwing to the element mount surface 12a of a bottomed hole 12 formed in the housing 10, and a vibration detection part 30 comprising a PZT element 40 axially displaceably and axially inseparably installed to the support shaft part 20 and a weight 50 put on the PZT element 40. The PZT element 40 abuts on a circumferential part (corresponding to a center-of-gravity diameter ΦD) where the inside and outside masses of the weight 50 are mutually matched).

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】本発明は、内燃機関のノッキ
ング振動を圧電素子によって検出する加速度センサに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting knocking vibration of an internal combustion engine with a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】加速度センサとしては、厚さ方向に分極
軸を有する圧電素子および重りが積層され、ボルト等の
螺合部材によって被検出物である加振体に固定するもの
が知られている。
2. Description of the Related Art As an acceleration sensor, there is known an acceleration sensor in which a piezoelectric element having a polarization axis in the thickness direction and a weight are laminated and fixed to a vibrating body which is an object to be detected by a screwing member such as a bolt. .

【0003】近年、内燃機関の高出力化により高回転域
でのノッキング検出が必要となってきている。このた
め、加速度センサとして、使用周波数範囲においてセン
サ出力がフラットで高出力であるものが望まれている。
一方、センサ出力の高出力化の観点から、圧電素子と振
動板の共振を利用したいわゆる共振型加速度センサがあ
るが、検出可能周波数範囲として共振周波数付近でしか
適用できないという問題があった。他方、いわゆる非共
振型加速度センサはその出力が小さいため、シールド線
が不可欠であった。
In recent years, due to the increase in output of internal combustion engines, it has become necessary to detect knocking in a high rotation range. Therefore, it is desired that the acceleration sensor has a flat sensor output and a high output in the used frequency range.
On the other hand, from the viewpoint of increasing the sensor output, there is a so-called resonance type acceleration sensor that uses the resonance of the piezoelectric element and the diaphragm, but there is a problem that it can be applied only near the resonance frequency as a detectable frequency range. On the other hand, a so-called non-resonant type acceleration sensor has a small output, and thus a shield wire is indispensable.

【0004】その対策として、圧電素子、重り、および
そられを保持するハウジングとによる共振周波数を、ハ
ウジングの保持形状を改良して高くするものがある(特
表平9−508699号公報)。
As a countermeasure against this, there is a technique in which the resonance frequency of the piezoelectric element, the weight, and the housing holding the weight is increased by improving the holding shape of the housing (JP-A-9-508699).

【0005】特表平9−508699号公報によれば、
環状の圧電素子とその圧電素子の同軸上に積み重ねられ
た重りとからなる振動検出部が、下端にフランジ部を有
する筒状ベース部の外周に嵌め込んで構成される加速度
センサが開示されており、加振体に固定されるフランジ
部の接触面に起因する不要な雑振動を防止している。
According to Japanese Patent Publication No. 9-508699,
Disclosed is an acceleration sensor in which a vibration detection unit including an annular piezoelectric element and a weight stacked coaxially on the piezoelectric element is fitted into the outer periphery of a cylindrical base portion having a flange portion at the lower end. , Unnecessary unnecessary vibration caused by the contact surface of the flange portion fixed to the vibrating body is prevented.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来構成では、特定周
波数付近のみの高出力化、あるいは加速度センサの振動
検出部で得られた出力を増幅アンプによる増幅によって
高出力を確保することを前提としてフラット化の阻害要
因となる共振周波数を高くしているにすぎない。
In the conventional configuration, it is assumed that the output is increased only near a specific frequency, or that the output obtained by the vibration detecting portion of the acceleration sensor is amplified by an amplifier to ensure a high output. The resonance frequency, which is a factor that hinders the realization, is only increased.

【0007】このため、簡素な構成にてセンサ出力をフ
ラットで高出力化する配慮が十分になされていない。
Therefore, consideration has not been sufficiently given to increase the sensor output in a flat manner with a simple structure.

【0008】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであり、したがって、その目的は、簡素な構成
にてセンサ出力をフラットで高出力化できる加速度セン
サを提供することにある。
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and therefore, an object thereof is to provide an acceleration sensor capable of producing a flat and high sensor output with a simple structure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1によれ
ば、加振動体に螺合可能な螺合部を有するハウジング
と、ハウジングに形成される有底孔の素子搭載面に螺合
固定可能な支持軸部と、支持軸部に軸方向変位可能かつ
軸方向離脱不能に装着される圧電素子と圧電素子に積み
重ねられる重りからなる振動検出部とを備え、圧電素子
は、重りの内側と外側の質量が一致する円周部に当接す
る。
According to claim 1 of the present invention, a housing having a screwing portion that can be screwed into a vibrating body and a device mounting surface of a bottomed hole formed in the housing are screwed together. A support shaft portion that can be fixed, a piezoelectric element that is axially displaceable on the support shaft portion and that cannot be detached in the axial direction, and a vibration detection portion that is a weight that is stacked on the piezoelectric element are provided. Abutting on the circumference where the outer and outer masses match.

【0010】重りの体格を大型化して質量増加させるこ
とでセンサ出力の高出力化を図ったり、あるいは重りの
質量をそのままにして圧電素子の受圧面積を減少させる
ことでセンサ出力の高出力化を図る場合、重りを支える
圧電素子の積層構造が不安定となり易い。
The sensor output can be increased by increasing the mass of the weight and increasing the mass, or by increasing the mass of the weight and reducing the pressure receiving area of the piezoelectric element. In that case, the laminated structure of the piezoelectric element that supports the weight tends to be unstable.

【0011】これに対して本発明の加速度センサは、重
りの内側と外側の質量が一致する円周部に圧電素子の受
圧面が当接するように配置するので、重りの質量中心と
なる幾何学的平均円の円周もしくはその円周を含む所定
幅を有する円環状の受圧面によって圧電素子が重りを支
えることができる。これにより、重りの重心に加わる加
振力と圧電素子が受圧面を介して抗する反作用力とによ
り生じる重りの曲げ振動を抑制できるので、フラット部
の上限周波数の高周波数化と高出力化の両立が可能であ
る。
On the other hand, in the acceleration sensor of the present invention, since the pressure receiving surface of the piezoelectric element is arranged so as to abut on the circumferential portion where the mass inside and outside of the weight match, the geometrical center of the mass of the weight is arranged. The piezoelectric element can support the weight by the circumference of the static average circle or an annular pressure receiving surface having a predetermined width including the circumference. As a result, it is possible to suppress bending vibration of the weight caused by the vibration force applied to the center of gravity of the weight and the reaction force that the piezoelectric element resists via the pressure receiving surface, and therefore, it is possible to increase the upper limit frequency of the flat portion and increase the output. Compatibility is possible.

【0012】本発明の請求項2によれば、圧電素子と支
持軸部との径方向の隙間にはスペーサが設けられてい
る。
According to the second aspect of the present invention, the spacer is provided in the radial gap between the piezoelectric element and the support shaft portion.

【0013】これにより、重りに当接する圧電素子の受
圧面が重りに対して同軸上に配置可能であるので、例え
ば圧電素子の受圧面積を減少させてセンサ出力の高出力
化を図りたい場合、上記円周部に圧電素子の受圧面積を
当接させる状態維持が容易にできる。
As a result, since the pressure receiving surface of the piezoelectric element that abuts against the weight can be arranged coaxially with the weight, for example, when it is desired to reduce the pressure receiving area of the piezoelectric element and increase the sensor output, It is easy to maintain the state in which the pressure receiving area of the piezoelectric element is brought into contact with the circumferential portion.

【0014】本発明の請求項3によれば、素子搭載面の
厚さが2〜2.5mmの範囲にある。
According to claim 3 of the present invention, the thickness of the element mounting surface is in the range of 2 to 2.5 mm.

【0015】すなわち、素子搭載面を形成するハウジン
グの厚さが薄い場合はハウジングの曲げに係わる変形が
大きく、厚い場合はハウジングの伸縮に係わる変形が大
きくなるので変形を小さくする最適な厚さが存在する。
That is, when the thickness of the housing forming the element mounting surface is thin, the deformation associated with the bending of the housing is large, and when it is thick, the deformation associated with the expansion and contraction of the housing is large. Exists.

【0016】本発明の請求項4によれば、素子搭載面の
うち、圧電素子が当接する面の外周側には、溝部が形成
されている。
According to the fourth aspect of the present invention, the groove is formed on the outer peripheral side of the element mounting surface on which the piezoelectric element abuts.

【0017】これにより、有底孔の素子搭載面を形成す
るハウジングのうち、圧電素子に直接当接するハウジン
グ素子搭載部分と、有底孔の側壁を形成するハウジング
側壁部分とが、溝部を形成したハウジング剛性低下部で
接続されているので、この剛性低下部に起因して加振体
による加振力等で変形する側壁部分の影響が吸収され
て、ハウジング素子搭載部分へ伝達される不要振動が緩
和される。したがって、圧電素子に直接当接するハウジ
ング素子搭載部分の不要振動が低減されるので、センサ
出力のフラット部の上限周波数の高周波数化が可能であ
る。
As a result, of the housing forming the element mounting surface of the bottomed hole, the housing element mounting portion that directly contacts the piezoelectric element and the housing side wall portion forming the side wall of the bottomed hole form a groove. Since the connection is made at the housing rigidity lowering portion, the influence of the side wall portion which is deformed by the vibration force of the vibrating body due to the rigidity lowering portion is absorbed, and unnecessary vibration transmitted to the housing element mounting portion is eliminated. Will be alleviated. Therefore, unnecessary vibration of the housing element mounting portion that directly abuts the piezoelectric element is reduced, so that the upper limit frequency of the flat portion of the sensor output can be increased.

【0018】本発明の請求項5によれば、ハウジングに
おいて、有底孔の側壁を形成する側壁部をなくす。
According to the fifth aspect of the present invention, the side wall portion forming the side wall of the bottomed hole is eliminated in the housing.

【0019】これにより、圧電素子を搭載するハウジン
グの不要振動の要因の一つである側壁部の変形を除去で
きる。
As a result, the deformation of the side wall portion, which is one of the factors of the unnecessary vibration of the housing on which the piezoelectric element is mounted, can be eliminated.

【0020】本発明の請求項6によれば、上記側壁部の
ないハウジングと重りにより形成される外周の隙間を樹
脂材で気密にしている。
According to the sixth aspect of the present invention, the gap between the housing without the side wall and the outer periphery formed by the weight is made airtight with the resin material.

【0021】これにより、ハウジングの不要振動を低減
するとともに、圧電素子への水分等の浸入を防止でき
る。
As a result, unnecessary vibration of the housing can be reduced and intrusion of water or the like into the piezoelectric element can be prevented.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の加速度センサを具
体化した実施形態を、図面に従って説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments embodying the acceleration sensor of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】(第1の実施形態)図1は、本発明の実施
形態の加速度センサの構成を表す断面図である。図2
は、図1中の本発明の要部である重りを支える圧電素子
の受圧面に係わる配置構成を説明する図であって、図2
(a)から図2(c)はそれぞれ重りの重心直径に対し
て、その受圧面が重心直径の内側、重心直径に当接、重
心直径の外側にある状態を示す模式図である。図3は、
図1に示す加速度センサのセンサ出力特性を説明するグ
ラフであって、(I)が比較例の重りと圧電素子の配置
構成、(II)が本実施形態の配置構成によるセンサ出
力特性を示す特性曲線である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 2
2 is a diagram illustrating an arrangement configuration related to a pressure receiving surface of a piezoelectric element that supports a weight, which is an essential part of the present invention in FIG. 1.
FIG. 2A to FIG. 2C are schematic diagrams showing a state where the pressure receiving surface is inside the center of gravity diameter, abuts on the center of gravity diameter, and is outside the center of gravity diameter with respect to the center of gravity diameter of the weight. Figure 3
2A and 2B are graphs for explaining sensor output characteristics of the acceleration sensor shown in FIG. 1, in which (I) is a configuration of the weight and the piezoelectric element of the comparative example, and (II) is a characteristic of the sensor output characteristic of the configuration of the present embodiment. It is a curve.

【0024】図1に示すように、加速度センサは、加振
体としての内燃機関に螺合可能な螺合部11を有するハ
ウジング10と、ハウジング10に形成される有底孔1
2の素子搭載面12aに螺合固定可能な支持軸部20
と、支持軸部20に軸方向変位可能かつ軸方向離脱不能
に装着される振動検出部30とを備え、振動検出部30
は、両端に電極面を有する輪板状の圧電素子(以下、P
ZT素子と呼ぶ)40と、圧電素子に積み重ねられる重
り50とを含んで構成されている。なお、PZT素子
は、軸方向に分極されており、図1に示す天地方向であ
る垂直方向に加振体の振動加速度を検出するものであ
る。
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor includes a housing 10 having a screwing portion 11 that can be screwed into an internal combustion engine as a vibrating body, and a bottomed hole 1 formed in the housing 10.
Support shaft portion 20 that can be screwed and fixed to the element mounting surface 12a of No. 2
And a vibration detecting section 30 which is mounted on the support shaft section 20 so as to be displaceable in the axial direction and not detachable in the axial direction.
Is a ring-shaped piezoelectric element (hereinafter, P
A ZT element) 40 and a weight 50 stacked on the piezoelectric element. The PZT element is polarized in the axial direction and detects the vibration acceleration of the vibrating body in the vertical direction, which is the vertical direction shown in FIG.

【0025】重り50は、所定の質量を有する筒状体で
あって、ボルト等の支持軸部20の軸力によってPZT
素子40とともに軸方向変位可能かつ軸方向離脱不能に
装着されるている。
The weight 50 is a cylindrical body having a predetermined mass, and is made of PZT by the axial force of the supporting shaft portion 20 such as a bolt.
It is mounted together with the element 40 so as to be displaceable in the axial direction and not detachable in the axial direction.

【0026】圧電素子40は、重り30とハウジング1
0の素子搭載面12aとの間に挟持されており、PZT
素子40の両主面には銀電極が焼付けされている。PZ
T素子40と素子搭載面12aとの間にはターミナルの
基部(図示せず)が挟持されており、その基部と素子搭
載面12aとの間には電気絶縁用の輪板状の樹脂フィル
ムからなるインシュレータ(図示せず)が介設されてい
る。また、PZT素子40と重り50との間にはターミ
ナルの基部(図示せず)が挟持されており、その基部と
重り50との間には電気絶縁用の輪板状の樹脂フィルム
からなるインシュレータ(図示せず)が介設されてい
る。なお、この両ターミナルは、有底孔12の天井を形
成する樹脂モールド(図示せず)のコネクタ部(図示せ
ず)に埋設され、加振体の加振力を検出するPZT素子
40のセンサ出力信号を外部へ送信するように配設され
ている。なお、この樹脂モールドは、有底孔12に収容
される振動検出部30への水分等の浸入が防止できるも
のであれば、いずれの樹脂成形部材であってもよい。
The piezoelectric element 40 includes a weight 30 and a housing 1.
It is sandwiched between the element mounting surface 12a of 0 and the PZT.
Silver electrodes are baked on both main surfaces of the element 40. PZ
A base (not shown) of the terminal is sandwiched between the T element 40 and the element mounting surface 12a, and a ring-shaped resin film for electrical insulation is provided between the base and the element mounting surface 12a. An insulator (not shown) is interposed. Further, a base portion (not shown) of the terminal is sandwiched between the PZT element 40 and the weight 50, and an insulator made of a ring-shaped resin film for electrical insulation is provided between the base portion and the weight 50. (Not shown) is provided. Both terminals are embedded in a connector portion (not shown) of a resin mold (not shown) forming the ceiling of the bottomed hole 12, and the sensor of the PZT element 40 for detecting the exciting force of the vibrating body. It is arranged to transmit the output signal to the outside. The resin mold may be any resin-molded member as long as it can prevent moisture and the like from entering the vibration detection unit 30 housed in the bottomed hole 12.

【0027】なお、このPZT素子40のセンサ出力
は、PZT素子に加わる応力に応じて出力が変化するも
のであって、この出力の高出力化とその出力特性のフラ
ット化を両立させるPZT素子40と重り50の配置構
成については後述する。
The sensor output of the PZT element 40 changes in accordance with the stress applied to the PZT element, and the PZT element 40 that achieves both high output and flat output characteristics is achieved. The arrangement of the weight 50 will be described later.

【0028】なお、ハウジング10は、加振体に螺合可
能な螺合部11と、支持軸部20とともに振動検出部3
0を構成するPZT素子40および重り50を挟持する
素子搭載面12aを有するベース部13と、有底孔12
の側壁を形成する側壁部14とからなる。
The housing 10 together with the screwing portion 11 which can be screwed into the vibrating body and the supporting shaft portion 20 are included in the vibration detecting portion 3.
0, a base portion 13 having an element mounting surface 12a for sandwiching a PZT element 40 and a weight 50, and a bottomed hole 12
And a side wall portion 14 forming a side wall.

【0029】上述の構成を有する加速度センサは、加振
体としての内燃機関の燃焼等による振動が、内燃機関に
螺合される螺合部11を介して素子搭載面12aを形成
するベース部13へ伝達される。この素子搭載面12a
に加振体による振動が伝達されると、振動検出部50に
加わる振動(加振力)に応じてPZT素子40は電荷を
発生し、この電荷は、ターミナルを介して接続された外
部回路によりセンサ出力として出力される。
In the acceleration sensor having the above-mentioned structure, the base portion 13 which forms the element mounting surface 12a through the screwing portion 11 which is screwed into the internal combustion engine and which is vibrated by the combustion of the internal combustion engine as a vibrating body. Transmitted to. This element mounting surface 12a
When the vibration due to the vibrating body is transmitted to the PZT element 40, the PZT element 40 generates an electric charge according to the vibration (exciting force) applied to the vibration detecting unit 50, and the electric charge is generated by an external circuit connected through the terminal. It is output as a sensor output.

【0030】ここで、PZT素子40のセンサ出力の高
出力化とその出力特性のフラット化を両立させるPZT
素子40と重り50の配置構成について以下説明する。
Here, the PZT which achieves both high output of the sensor output of the PZT element 40 and flattening of its output characteristics.
The arrangement of the element 40 and the weight 50 will be described below.

【0031】まず、PZT素子40のセンサ出力は、P
ZT素子40に加わる応力に応じて増加するものであっ
て、その出力を高出力化を図りたい場合、一般に、重り
50の体格を大きくして質量を増加させる手段と、重り
50の質量はそのままにしてPZT素子40の重り50
に当接する受圧面積を減少させる手段とがある。
First, the sensor output of the PZT element 40 is P
In order to increase the output of the ZT element 40 according to the stress applied to the ZT element 40, generally, the means for increasing the physical size of the weight 50 to increase the mass and the mass of the weight 50 remain unchanged. The weight 50 of the PZT element 40
There is a means for reducing the pressure receiving area in contact with.

【0032】重り50の質量を増加させて高出力化を図
る場合には、加速度センサ、特に振動検出部30を収容
するハウジング10周りの体格が増加してしまう可能性
がある。近年車両居住性向上等の観点からエンジンルー
ムを高密度化する要求が高まっており、エンジンルーム
内のデッドスペースが減少し、搭載空間の余裕が少なく
なる傾向にあり、また、省資源の観点から車両重量の低
減が望まれている。この社会的要請上、加速度センサの
大型化および重量増となる重り50の質量増加による高
出力化手段は望ましくない。
When the mass of the weight 50 is increased to increase the output, the physique around the acceleration sensor, particularly the housing 10 accommodating the vibration detecting portion 30, may increase. In recent years, there has been an increasing demand for high-density engine rooms from the viewpoint of improving vehicle habitability, the dead space in the engine room is decreasing, and the mounting space tends to be reduced. A reduction in vehicle weight is desired. Due to this social demand, it is not desirable to increase the output of the acceleration sensor by increasing the mass of the weight 50 and increasing the weight of the acceleration sensor.

【0033】一方、PZT素子40の受圧面積を低減さ
せて高出力化を図る場合には、加速度センサが大型化お
よび重量増となることはなく、少なくとも受圧面積減少
によるPZT素子40の重量低減つまり加速度センサの
重量低減が可能である。
On the other hand, when the pressure receiving area of the PZT element 40 is reduced to achieve high output, the acceleration sensor does not increase in size and weight, and at least the weight of the PZT element 40 is reduced by reducing the pressure receiving area. It is possible to reduce the weight of the acceleration sensor.

【0034】本発明の実施形態では、以下PZT素子4
0の受圧面積を低減させて高出力化を図る場合にて説明
する。
In the embodiment of the present invention, the PZT element 4 will be described below.
A case will be described where the pressure receiving area of 0 is reduced to achieve high output.

【0035】まず、PZT素子40の受圧面に、相応の
重り50の増加、または受圧面積の減少を行なって加振
体による加振力を伝達するとき、重り50とPZT素子
40の接触状態(例えば、表面粗さ、平面度等)によっ
ては、PZT素子40に応力を与える重り50の押圧荷
重の均一分布が悪化してしまって不要振動が発生する場
合がある。これに対して、本実施形態の受圧面積を小さ
くする構成の方が、重り50を増加する構成に比べて、
PZT素子40の剛性が低下するため、PZT素子40
および重り50を螺合固定する支持部材20の軸力によ
ってその接触状態が矯正され易い。つまり、重り50を
支えるPZT素子40の積層構造がその接触状態等によ
って不安定となるような状態に対して、振動検出部30
を支持軸部20にて螺合固定する構成に起因して、受圧
面積を小さくすることで剛性低下したPZT素子40
は、その接触状態を改善させることができ、よって不要
振動を防止できる。
First, when the weight 50 is correspondingly increased or the pressure receiving area is reduced on the pressure receiving surface of the PZT element 40 to transmit the exciting force of the vibrating body, the contact state between the weight 50 and the PZT element 40 ( For example, depending on the surface roughness, flatness, etc.), the uniform distribution of the pressing load of the weight 50 that gives stress to the PZT element 40 may be deteriorated and unnecessary vibration may occur. On the other hand, the configuration in which the pressure receiving area of the present embodiment is made smaller than the configuration in which the weight 50 is increased is
Since the rigidity of the PZT element 40 decreases, the PZT element 40
Also, the contact state is easily corrected by the axial force of the support member 20 that fixes the weight 50 by screwing. In other words, the vibration detecting unit 30 is applied to the state where the laminated structure of the PZT element 40 supporting the weight 50 becomes unstable due to the contact state or the like.
The PZT element 40 having reduced rigidity by reducing the pressure receiving area due to the configuration in which the support shaft portion 20 is screwed and fixed.
Can improve its contact state and thus prevent unnecessary vibration.

【0036】次に、PZT素子40に応力を発生させる
加振力Fは、重り50の質量mと振動加速度αによって
決定される(F=mα)。そこで、本実施形態では、重
り50の内側と外側の質量が一致する円周(以下、重心
直径と呼ぶ)Gもしくは円周Gを含む所定幅を有する円
環状のPZT素子40受圧面によって重り50を支える
構成とする(図1および図2(b)参照)。
Next, the exciting force F that causes the PZT element 40 to generate stress is determined by the mass m of the weight 50 and the vibration acceleration α (F = mα). Therefore, in the present embodiment, the weight 50 is provided by the pressure-receiving surface of the PZT element 40, which has a predetermined width including a circumference (hereinafter referred to as a center-of-gravity diameter) G in which the masses inside and outside the weight 50 match, or a circumference G. (See FIG. 1 and FIG. 2B).

【0037】重心直径Gに対してPZT素子40の受圧
面の配置構成をそれぞれ変えた場合の振動モードを図2
に示すように、PZT素子40と支持軸部20に挟持さ
れる重り50は、重り50の挟持される部分が固定端と
なり、その他の外周部分は自由端となるので、支持軸部
20等により挟持される中心部分から離れる外周側ほど
その変形が大きくなり共振し易い(図2(a)参照)。
一方、その受圧面の外径を(ここで、詳しくはPZT素
子40の受圧面と軸方向厚さは同一受圧面積、同一厚
さ)大きくするとき、PZT素子40の外周が自由端か
ら両持端へ移行するので、PZT素子40の変形を小さ
くすることができる(図2(b)および(c)参照)。
特に、図2(b)に示すように、重り50の重心直径G
上にPZTの受圧面を当接させるとき、重り50に加え
られる加振力による振動モードは、その変形を小さくす
ることができるので、共振し難い重り50とPZT素子
40の配置構造とすることができる。
FIG. 2 shows the vibration modes when the arrangement of the pressure receiving surface of the PZT element 40 is changed with respect to the center of gravity G.
As shown in FIG. 5, the weight 50 sandwiched between the PZT element 40 and the support shaft portion 20 has a fixed end at the sandwiched portion of the weight 50 and a free end at other outer peripheral portions. The deformation becomes larger and resonance is more likely to occur as the outer peripheral side is farther from the sandwiched central portion (see FIG. 2A).
On the other hand, when the outer diameter of the pressure receiving surface is increased (here, in detail, the pressure receiving surface of the PZT element 40 has the same pressure receiving area and the same thickness as the axial thickness), the outer periphery of the PZT element 40 is supported from the free end. Since it moves to the end, the deformation of the PZT element 40 can be reduced (see FIGS. 2B and 2C).
In particular, as shown in FIG. 2B, the center of gravity G of the weight 50 is
When the pressure receiving surface of the PZT is brought into contact with the upper side, the deformation of the vibration mode due to the exciting force applied to the weight 50 can be reduced. Therefore, the weight 50 and the PZT element 40 which are difficult to resonate should be arranged. You can

【0038】なお、図1に示すように、PZT素子40
と支持軸部20との径方向の隙間にはスペーサ60が設
けられていることが望ましい。これにより、PZT素子
40の受圧面を、重り50の重心直径G若しくは重心直
径Gを含む所定幅を有する円環状の内周部に当接させる
状態維持が容易にできる。
As shown in FIG. 1, the PZT element 40
It is desirable that a spacer 60 is provided in a radial gap between the support shaft portion 20 and the support shaft portion 20. Accordingly, it is possible to easily maintain the state in which the pressure receiving surface of the PZT element 40 is brought into contact with the gravity center diameter G of the weight 50 or the annular inner peripheral portion having a predetermined width including the gravity center diameter G.

【0039】ここで本実施形態の加速度センサを用いて
そのセンサ出力特性を測定した実験結果を、図3に示
す。図3に示すように、(I)の重り50の外周が自由
端となる比較例の破線で示す出力曲線に比べて、(I
I)の本実施形態の実線で示す出力曲線の方が、共振周
波数を高めることができる(図3では、約20kHzか
ら約25kHzに向上)。このため、センサ出力特性に
おけるフラット部の上限周波数を、比較例の15kHz
から18kHzへ高めることができる。
FIG. 3 shows an experimental result of measuring the sensor output characteristic of the acceleration sensor of this embodiment. As shown in FIG. 3, compared with the output curve indicated by the broken line in the comparative example in which the outer circumference of the weight 50 in (I) is a free end, (I
The output curve shown by the solid line in this embodiment of I) can increase the resonance frequency (in FIG. 3, it is improved from about 20 kHz to about 25 kHz). Therefore, the upper limit frequency of the flat portion in the sensor output characteristic is set to 15 kHz of the comparative example.
Can be increased to 18 kHz.

【0040】したがって、PZT素子の受圧面積を従来
に比べて減少させることで高出力化が図れるとともに、
フラット部の上限周波数を高周波数化が図れる。しか
も、従来の非共振型加速度センサと比較して高出力が確
保できるので、簡素な構成でセンサ出力をフラットで高
出力化できる加速度センサを提供できる。
Therefore, by reducing the pressure receiving area of the PZT element as compared with the conventional one, high output can be achieved, and
The upper limit frequency of the flat portion can be increased. Moreover, since a high output can be secured as compared with the conventional non-resonant type acceleration sensor, it is possible to provide an acceleration sensor that has a simple configuration and can output a flat sensor output.

【0041】ここで、振動検出部50を保持するハウジ
ング10において、不要振動を低減する以下の特徴を有
することが望ましい。
Here, it is desirable that the housing 10 for holding the vibration detecting section 50 has the following features to reduce unnecessary vibration.

【0042】(第2の実施形態)第2の実施形態として
は、不要振動を低減するハウジング10の形状として、
素子搭載面12aを形成するベース部13の厚さTを、
2〜2.5mmの範囲にあるように構成する。
(Second Embodiment) In the second embodiment, as the shape of the housing 10 for reducing unnecessary vibration,
The thickness T of the base portion 13 forming the element mounting surface 12a is
It is configured to be in the range of 2 to 2.5 mm.

【0043】図4にハウジング10、特にベース部13
の厚さTを変えてセンサ出力への影響を調査した実験結
果に示す。図4(a)は、センサ出力特性のうちフラッ
ト部の出力を示すグラフであり、図4(b)は、8kH
zの出力に対する15kHzの出力増加率を示すグラフ
である。図4(a)に示すように厚さTの違いによって
出力の変化は小さいが、図4(b)に示すように、フラ
ット部の上限周波数の高周波数化つまりいわゆるフラッ
ト性が向上できる最適な厚さの範囲がある。すなわち、
厚さTが2〜2.5mmの範囲にあるとき、その出力増
加率が小さくでき、よってフラット性が向上できる。
FIG. 4 shows the housing 10, particularly the base portion 13.
The experimental result of investigating the influence on the sensor output by changing the thickness T of the is shown. FIG. 4A is a graph showing the output of the flat portion of the sensor output characteristic, and FIG. 4B is 8 kHz.
It is a graph which shows the output increase rate of 15 kHz with respect to the output of z. As shown in FIG. 4 (a), the change in output is small due to the difference in thickness T, but as shown in FIG. 4 (b), the upper limit frequency of the flat portion can be increased, that is, the so-called flatness can be improved. There is a range of thickness. That is,
When the thickness T is in the range of 2 to 2.5 mm, the output increase rate can be reduced, and thus the flatness can be improved.

【0044】図4(c)に示すハウジング10の厚さT
に係わる振動モードを表わす模式図のように、(I)の
厚さTが薄い場合、ハウジング10の曲げに起因する変
形が大きく、(III)の厚さTが厚い場合、ハウジン
グ10の伸縮に起因する変形が大きくなるのに対して、
その中間の(II)の特定厚さTの範囲では、ハウジン
グ10の曲げ、および伸縮に分散され、結果としてその
変形が小さくできるからである。
The thickness T of the housing 10 shown in FIG.
When the thickness T of (I) is thin, the deformation due to the bending of the housing 10 is large, and when the thickness T of (III) is large, the housing 10 expands and contracts as shown in the schematic diagram showing the vibration mode related to While the resulting deformation is large,
This is because in the intermediate range (II) of the specific thickness T, the housing 10 is dispersed by bending and expansion and contraction, and as a result, its deformation can be reduced.

【0045】(変形例)変形例としては、不要振動を低
減するハウジング10の形状として、素子搭載面12a
のうち、図5(II)に示すように、PZT素子40が
当接する面(詳しくは、直径ΦD内の円)の外周に、溝
部12bを形成する構成とする。
(Modification) As a modification, as the shape of the housing 10 for reducing unnecessary vibration, the element mounting surface 12a is formed.
Among them, as shown in FIG. 5 (II), the groove portion 12b is formed on the outer periphery of the surface (specifically, the circle within the diameter ΦD) with which the PZT element 40 contacts.

【0046】螺合部11で固定されるハウジング10
は、螺合部11を固定端として、その他の部分が自由端
となるので、ハウジング10の外周側、特に有底孔12
の側壁を形成する側壁部14が大きく変形する。このた
め、図5(I)に示す溝部12bを有すない構成では、
素子搭載面12aの外周側ほど、側壁部14の変形の影
響を受ける(図5(a−I)参照)。
Housing 10 fixed by screwing portion 11
Since the threaded portion 11 is a fixed end and the other portions are free ends, the outer peripheral side of the housing 10, especially the bottomed hole 12
The side wall portion 14 forming the side wall of the is greatly deformed. Therefore, in the configuration without the groove portion 12b shown in FIG.
The outer peripheral side of the element mounting surface 12a is affected by the deformation of the side wall portion 14 (see FIG. 5A-I).

【0047】これに対して本実施形態の溝部12bを有
する構成では、PZT素子40に直接当接する素子搭載
部分(詳しくは、ベース部13のΦDの内周側)と、側
壁部14との間を、ハウジング10に溝部12bを設け
て剛性低下させた部分で接続されているので、側壁部1
4の変形による影響がこの溝部12aの剛性低下部によ
って吸収されて緩和される(図5(a−II)参照)。
したがって、ハウジング10の一部(詳しくは、側壁部
14)が共振しても、PZT素子40が直接当接する素
子搭載部分へのいわゆる振動連成を抑えることができ
る。
On the other hand, in the structure having the groove portion 12b of the present embodiment, the gap between the element mounting portion (specifically, the inner peripheral side of ΦD of the base portion 13) directly contacting the PZT element 40 and the side wall portion 14 is provided. Are connected at the portion where the housing 12 is provided with the groove 12b and whose rigidity is reduced.
The effect of the deformation of No. 4 is absorbed and alleviated by the reduced rigidity portion of the groove 12a (see FIG. 5 (a-II)).
Therefore, even if part of the housing 10 (specifically, the side wall portion 14) resonates, so-called vibration coupling to the element mounting portion with which the PZT element 40 directly abuts can be suppressed.

【0048】なお、図5(a−I)および図5(a−I
I)において、加振力1G、周波数15kHzにて実験
測定した結果である。
5 (a-I) and FIG. 5 (a-I)
In I), it is a result of experimental measurement with a vibration force of 1 G and a frequency of 15 kHz.

【0049】したがって、図5(b)のセンサ出力特性
に示すように、(I)の溝部12bのない比較例の破線
で示す出力曲線に比べて、(II)の本実施形態の溝部
12bを有する構成では、側壁部14の共振に起因する
振動連成の影響が小さくできるので、フラット性向上が
できる。
Therefore, as shown in the sensor output characteristic of FIG. 5B, the groove portion 12b of the present embodiment of (II) is compared with the output curve shown by the broken line of the comparative example without the groove portion 12b of (I). In the configuration having the structure, the influence of the vibration coupling due to the resonance of the side wall portion 14 can be reduced, so that the flatness can be improved.

【0050】(第3の実施形態)第3の実施形態として
は、ハウジング10において、有底孔12の側壁を形成
する側壁部14をなくした構成とする。
(Third Embodiment) As a third embodiment, the side wall portion 14 forming the side wall of the bottomed hole 12 is eliminated in the housing 10.

【0051】これにより、PZT素子40を搭載するハ
ウジング10の不要振動の発生要因の一つである側壁部
14の変形つまり共振を除去できる。
As a result, the deformation of the side wall portion 14, that is, the resonance, which is one of the factors causing the unnecessary vibration of the housing 10 in which the PZT element 40 is mounted, can be eliminated.

【0052】しかも、側壁部14をなくすことでハウジ
ング10の質量を小さくできるので、ベース部13すな
わち素子搭載部分の変形をさらに小さく抑えることがで
きる。
Moreover, since the mass of the housing 10 can be reduced by eliminating the side wall portion 14, the deformation of the base portion 13, that is, the element mounting portion can be further suppressed.

【0053】なお、振動検出部30の気密が必要な場合
には、ベース部13と重り50により形成される外周の
隙間を樹脂材70等で埋める構成とする。
When the vibration detecting portion 30 needs to be airtight, the gap between the base portion 13 and the weight 50 on the outer periphery is filled with the resin material 70 or the like.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の加速度センサの構成
を表す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中の本発明の要部である重りを支える圧電
素子の受圧面に係わる配置構成を説明する図であって、
図2(a)から図(c)はそれぞれ重りの重心直径に対
して、その受圧面が重心直径の内側、重心直径に当接、
重心直径の外側にある状態を示す模式図である。
FIG. 2 is a view for explaining an arrangement configuration relating to a pressure receiving surface of a piezoelectric element that supports a weight, which is a main part of the present invention in FIG.
2 (a) to 2 (c), the pressure receiving surface is in contact with the center of gravity diameter of the weight, and the pressure receiving surface is in contact with the center of gravity diameter.
It is a schematic diagram which shows the state in which it exists outside the center-of-gravity diameter.

【図3】図1に示す加速度センサのセンサ出力特性を説
明するグラフであって、(I)が比較例の重りと圧電素
子の配置構成、(II)が本実施形態の配置構成による
センサ出力特性を示す特性曲線である。
3A and 3B are graphs for explaining sensor output characteristics of the acceleration sensor shown in FIG. 1, in which (I) is a weight and a piezoelectric element arrangement of a comparative example, and (II) is a sensor output according to the arrangement of the present embodiment. It is a characteristic curve showing a characteristic.

【図4】第2の実施形態の要部であるハウジングの形
状、特に厚さの影響を説明する図であって、図4(a)
は、センサ出力特性、図4(b)は、フラット性を表わ
すグラフである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of the shape of the housing, which is the main part of the second embodiment, in particular the thickness, and FIG.
Is a sensor output characteristic, and FIG. 4B is a graph showing flatness.

【図5】変形例の要部であるハウジング形状、特に溝の
有無による影響を説明する図であって、(I)、(I
I)のハウジング形状がそれぞれ溝なし、溝有りを示す
構成、図5(a)は、圧電素子がハウジングに直接当接
する搭載面に加わる加振力による振動状態を径方向にみ
たグラフ、図5(b)は、センサ出力特性を表わすグラ
フである。
5A and 5B are views for explaining an influence of a housing shape, which is a main part of a modified example, in particular, the presence or absence of a groove, and FIGS.
FIG. 5A is a graph in which the vibration state due to the exciting force applied to the mounting surface where the piezoelectric element directly abuts the housing is viewed in the radial direction. (B) is a graph showing a sensor output characteristic.

【図6】第3の実施形態の加速度センサの構成を表わす
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of an acceleration sensor according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ハウジング 11 螺合部 12 有底孔 12a 素子搭載面 12b 溝部 13 ベース部 14 側壁部 20 支持軸部 30 振動検出部 40 PZT素子(圧電素子) 50 重り 60 スペーサ 70 樹脂材 ΦG 重心直径(重り50の内側と外側の質量が一致す
る円周部)
10 Housing 11 Threaded Part 12 Bottomed Hole 12a Element Mounting Surface 12b Groove 13 Base Part 14 Sidewall 20 Support Shaft 30 Vibration Detecting Part 40 PZT Element (Piezoelectric Element) 50 Weight 60 Spacer 70 Resin Material ΦG Center of Gravity (Weight 50 (The circumference where the inside and outside masses match)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 岳志 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 松岡 久永 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 内田 公雄 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 松浦 諭 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 3G084 DA04 DA20 FA25    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takeshi Ito             14 Iwatani Shimohakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Stock Association             Company Japan Auto Parts Research Institute (72) Inventor Hisashi Matsuoka             14 Iwatani Shimohakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Stock Association             Company Japan Auto Parts Research Institute (72) Inventor Kimio Uchida             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO (72) Inventor Satoshi Matsuura             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO F-term (reference) 3G084 DA04 DA20 FA25

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加振動体に螺合可能な螺合部を有するハ
ウジングと、 該ハウジングに形成される有底孔の素子搭載面に螺合固
定可能な支持軸部と、 該支持軸部に軸方向変位可能かつ軸方向離脱不能に装着
される圧電素子と該圧電素子に積み重ねられる重りから
なる振動検出部とを備え、 前記圧電素子は、前記重りの内側と外側の質量が一致す
る円周部に当接することを特徴とする加速度センサ。
1. A housing having a screwing portion that can be screwed into a vibrating body, a support shaft portion that can be screwed and fixed to an element mounting surface of a bottomed hole formed in the housing, and the support shaft portion. A piezoelectric element mounted so as to be axially displaceable and axially non-separable, and a vibration detection unit composed of a weight stacked on the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element has a circumference in which the inside and outside masses of the weight match. An acceleration sensor characterized by being in contact with a portion.
【請求項2】 前記圧電素子と前記支持軸部との径方向
の隙間にはスペーサが設けられていることを特徴とする
請求項1に記載の加速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a spacer is provided in a radial gap between the piezoelectric element and the support shaft portion.
【請求項3】 前記素子搭載面の厚さが2〜2.5mm
の範囲にあることを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の加速度センサ。
3. The thickness of the element mounting surface is 2 to 2.5 mm
It is in the range of Claim 1 or Claim 2
The acceleration sensor according to.
【請求項4】 前記素子搭載面のうち、前記圧電素子が
当接する面の外周側には、溝部が形成されていることを
特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載
の加速度センサ。
4. The groove portion is formed on the outer peripheral side of the surface on which the piezoelectric element contacts, of the element mounting surface, according to any one of claims 1 to 3. Acceleration sensor.
【請求項5】 前記ハウジングにおいて、前記有底孔の
側壁を形成する側壁部をなくすことを特徴とする請求項
1または請求項2に記載の加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a side wall portion forming a side wall of the bottomed hole is eliminated in the housing.
【請求項6】 前記ハウジングと前記重りにより形成さ
れる外周の隙間を樹脂材で気密にしていることを特徴と
する請求項5に記載の加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 5, wherein an outer circumferential gap formed by the housing and the weight is airtight with a resin material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102384002A (en) * 2010-08-26 2012-03-21 博格华纳贝鲁系统有限公司 Ignition device for a combustion engine

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