(57)【要約】【課題】回路を複雑にすることなく高精度な自己診断が可能な三軸加速度センサを提供する。【解決手段】振動板上の中心Ｏを通り互いに直交するようにＸ，Ｙ軸を定義し、この軸上に中心Ｏを挟んで対称となるように検出電極を配置し、各軸における検出電極対の一方の外側に加振電極を配置する。さらに、加振電極が配置される側の検出電極の分極極性を両軸で同一とし、それぞれ他方の検出電極の分極極性を逆極性に分極させる。また、加振電極による振動の影響が少ない部分に電極の配線パターンを配置するとともに配線パターンの面積をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各検出電極で等しくし、中心ＯからＸ，Ｙ軸加振電極を見込むそれぞれ約４５度の扇形の範囲内に形成された配線パターンをＸ，Ｙ軸加振電極の対称軸と軸を同じくして線対称に形成する。【選択図】図３
2004264083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の振動板と、この振動板に固着されその表面に電極が形成された圧電素子と、上記振動板の外周を支持する支持部材と、上記振動板に取り付けられる重錘体とを備え、上記重錘体に作用する加速度のＸＹＺ成分を検出する三軸加速度センサにおいて、
上記振動板上に中心点を定義し、この中心点を通過しそれぞれが直交するようにＸ、Ｙ軸を定義し、このＸ軸上に中心点を挟んで対称となるようにＸ軸検出電極対が配置され、上記Ｙ軸上に中心点を挟んで対称となるようにＹ軸検出電極対が配置され、さらに上記Ｘ、Ｙ軸と約４５度の角度をなす二つの軸上にそれぞれＺ軸検出電極対が原点を中心として回転対称に配置されるとともに、Ｘ軸上には励振によってＸ軸またはＺ軸の診断を行うＸ軸加振電極を配置し、Ｙ軸上には励振によってＹ軸またはＺ軸の診断を行うＹ軸加振電極を配置することを特徴とする三軸加速度センサ。
【請求項２】
前記Ｘ軸検出電極対の一方の外側にＸ軸加振電極を配置するとともに前記Ｙ軸検出電極対の一方の外側にＹ軸加振電極を配置することを特徴とする請求項１に記載の三軸加速度センサ。
【請求項３】
前記圧電素子上に形成された電極を結線する配線パターンは、圧電素子上において加振電極による振動の影響が少ない節部分に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の三軸加速度センサ。
【請求項４】
前記Ｘ軸検出電極対のうち前記Ｘ軸加振電極側の検出電極および前記Ｙ軸検出電極対のうち前記Ｙ軸加振電極側の検出電極の分極極性を同一とし、それぞれ他方の検出電極の分極極性を逆極性に分極させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三軸加速度センサ。
【請求項５】
前記Ｘ軸加振電極は、前記振動板上の中心点を原点として上記Ｘ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲で振動板に対し振動を与え、かつ前記Ｙ軸加振電極は、上記振動板上の中心点を原点として上記Ｙ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲で振動板に対し振動を与えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の三軸加速度センサ。
【請求項６】
前記圧電素子上に形成されたＸ軸検出電極を結線する配線パターンは、前記中心点から前記Ｙ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲を外れる範囲に配置され、前記圧電素子上に形成されたＹ軸検出電極を結線する配線パターンは、前記中心点から前記Ｘ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲を外れる範囲に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の三軸加速度センサ。
【請求項７】
前記振動板の中心点を原点とし上記Ｘ軸加振電極と上記Ｙ軸加振電極を見込むそれぞれ約４５度の扇形の範囲内に形成された回路配線パターンが、上記Ｘ軸加振電極と上記Ｙ軸加振電極の対称軸と軸を同じくして線対称に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三軸加速度センサ。
【請求項８】
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各検出電極対に接続された前記配線パターンが、それぞれほぼ等しい面積を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の三軸加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いた圧電型加速度センサに係り、特に、自己診断機能を有する圧電型加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加速度センサは、自動車産業や機械産業の分野で多く使用されており、例えば、自動車に装備されるエアバッグの制御用センサとして使用されている。加速度センサは、検出方向の数によって一軸型や三軸型等に分けられ、検出の形式としてはピエゾ抵抗型、静電容量型、圧電型等がある。本発明に係る圧電型加速度センサは、ダイヤフラム上の歪みを圧電効果を利用して検出する加速度センサであり、例えば水平に配されるダイヤフラムの下面に重錘体を接合し、ダイヤフラムの上面に圧電素子を接合した構成が一般的である。
【０００３】
圧電素子の表面には検出方向に応じてパターン化された検出電極としての表面電極が形成され、裏面には表面電極と対をなす裏面電極がほぼ全面に形成されている。これら電極は、圧電素子に対して焼き付けにより形成しているのが一般的である。このような圧電型加速度センサは、加速度によって重錘体に生じた慣性力がダイヤフラムに歪み（変形）を生じさせ、検出電極に発生した電荷に基づき加速度を検出する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２６７４４号（要約書）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、加速度センサにおいては、正常に機能するかどうか、使用するときに自動的に診断する自己診断機能付きのものが市場で望まれるようになってきている。特に自動車に取り付けられるものについては、その安全性や信頼性の観点からも要望が強い。また、コスト的、スペース的な面から、一つの加速度センサで一方向だけではなく多方向の検出ができるものが望まれていた。
【０００６】
特許文献１に挙げたような従来例の加速度センサは、このような要望に応えるものとされている。ところが、特許文献１において三軸方向の加速度を検出するためには検出電極の形状が複雑になり、ここに新たに自己診断用の電極を設けると電極形状はさらに複雑になる。このため、電極の形状が複雑化することにより加工精度を上げないと形成された電極の位置のズレなどにより各軸間の検出感度の差が生じ、検出精度が低下してしまう。また、配線が複雑化するため、ワイヤボンダなどの空中配線が必要になり、コスト面で非常に不利になるという問題や、平面配線を施したとしても配線パターンが非常に複雑になるため、自己診断の振動が近傍の配線に伝搬して圧電効果による微弱な発電を起こし、それが他軸の出力電圧に影響を与える所謂クロストークが起きてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題に対し、スイッチの切り替えにより同一の電極で検出電極と自己診断用加振電極の機能が兼用可能な電極を励振させ、瞬間的に回路を切り替えることでその電極自身の振動を検出させる技術が提案されている。このような技術によれば、電極が兼用されていることにより上記のような回路配線の複雑化の問題は回避できる。しかしながら、回路の切り替えの間に振動が減衰してしまうという問題や、減衰に対処するために必要以上に高い電圧を電極に加えるために検出精度が良くないという問題を有していた。
【０００８】
よって本発明は、加速度検出電極と自己診断用加振電極を備えた三軸加速度センサにおいて、加速度の検出精度を低下させないのはもちろんのこと、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸毎に高精度な自己診断が可能な三軸加速度センサを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の三軸加速度センサは、板状の振動板と、この振動板に固着されその表面に電極が形成された圧電素子と、上記振動板の外周を支持する支持部材と、上記振動板に取り付けられる重錘体とを備え、上記重錘体に作用する加速度のＸＹＺ成分を検出する三軸加速度センサにおいて、上記振動板上に中心点を定義し、この中心点を通過しそれぞれが直交するようにＸ、Ｙ軸を定義し、このＸ軸上に中心点を挟んで対称となるようにＸ軸検出電極対が配置され、上記Ｙ軸上に中心点を挟んで対称となるようにＹ軸検出電極対が配置され、さらに上記Ｘ、Ｙ軸と約４５度の角度をなす二つの軸上にそれぞれＺ軸検出電極対が原点を中心として回転対称に配置されるとともに、Ｘ軸上には励振によってＸ軸またはＺ軸の診断を行うＸ軸加振電極を配置し、Ｙ軸上には励振によってＹ軸またはＺ軸の診断を行うＹ軸加振電極を配置することを特徴としている。
【００１０】
このような本発明の三軸加速度センサによれば、Ｘ軸加振電極を励振させることによって振動板及び重錘体を振動させ、その振動のＸ成分の振動をＸ軸検出電極に検出させることにより、このＸ軸検出電極が正常に動作しているかを診断することができる。また、同様にＹ軸加振電極を励振させることによってＹ軸検出電極を診断することができる。更に、Ｘ軸加振電極とＹ軸加振電極をそれぞれ、又は同時に励振させることでＺ軸方向の検出電極の診断をも行うことができる。
【００１１】
このようにＸ，Ｙ軸加振電極をそれぞれ、又は同時に励振させて振動にＺ軸方向の成分を持たせるような構成とすることでＺ軸加振電極が不要になり、結果として回路を複雑にせずに済み、検出精度を向上させることができる。
【００１２】
本発明の三軸加速度センサにおいては、Ｘ軸検出電極対の一方の外側にＸ軸加振電極を配置するとともにＹ軸検出電極対の一方の外側にＹ軸加振電極を配置すると好適である。
【００１３】
従来の三軸加速度センサにおいては、検出電極対を挟む形でＸ，Ｙ，Ｚ軸用の加振電極対が配置されていたが、配線が複雑なことから振動の伝搬も複雑になり、結果として検出電極が他軸の振動を検出するなど精度に問題があったが、上記のような三軸加速度センサによれば、Ｘ，Ｙ軸毎に検出電極の外側に１個ずつの加振電極を備えているので回路配線が極力単純化され、検出精度が向上する。
【００１４】
本発明の三軸加速度センサにおいては、圧電素子上に形成された電極を結線する配線パターンが圧電素子上において加振電極による振動の影響が少ない節部分に配置されていると好適である。加振電極による振動によって振動板上には定常波が生じるが、この定常波の節部分に回路配線パターンが形成されていると配線パターンが振動の影響を受けにくく、結果的にクロストークを抑制することができる。
【００１５】
本発明の三軸加速度センサにおいては、Ｘ軸検出電極対のうちＸ軸加振電極側の検出電極およびＹ軸検出電極対のうちＹ軸加振電極側の検出電極の分極極性を同一とし、それぞれ他方の検出電極の分極極性を逆極性に分極していると好適である。Ｘ，Ｙ軸方向で検出電極の分極方向を揃えて線対称とすることで、加速度センサの検出精度をより向上させることができる。
【００１６】
本発明の三軸加速度センサにおいては、振動板の中心点を原点とし上記Ｘ軸加振電極と上記Ｙ軸加振電極を見込むそれぞれ約４５度の扇形の範囲内に形成された回路配線パターンが、上記Ｘ軸加振電極と上記Ｙ軸加振電極の対称軸と軸を同じくして線対称に形成されていると好適である。
【００１７】
一般に、圧電素子上に分極により形成された検出電極以外に、分極の施されていない部分も僅かに圧電特性を有するため、加振電極励振時に振動が配線パターンに伝搬して発電が起き、他軸の振動を検出してしまったり自軸の出力電圧を増幅してしまうという問題があった。しかしながら上記構成の三軸加速度センサでは、それぞれの加振電極の振動が及ぶ範囲において回路配線パターンが線対称に形成されているため、他軸に影響を与えず、また、Ｘ，Ｙ軸検出電極の出力電圧の増幅率を同等にすることができる。このため、配線パターンによる出力電圧の影響を揃えることができ高精度な自己診断が可能になっている。
【００１８】
また本発明の三軸加速度センサにおいては、Ｘ軸検出電極を結線する配線パターンは、中心点からＹ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲を外れる範囲に配置され、Ｙ軸検出電極を結線する配線パターンは、中心点からＸ軸加振電極を見込む約４５度の扇形の範囲を外れる範囲に配置すると有効である。各軸の配線パターンを他軸の加振電極の振動が及ぶ範囲を外すように配置することにより、配線パターンが他軸の振動の影響を受けにくく、結果的にクロストークを抑制することができる。
【００１９】
さらに本発明の三軸加速度センサにおいては、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各検出電極対に接続された配線パターンが、それぞれほぼ等しい面積を有すると好適である。
【００２０】
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸検出電極に接続される配線パターンの持つ面積を等しくし、各検出電極の静電容量を同一とすることで各検出電極の検出感度を揃えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
Ａ．実施形態の三軸加速度センサの構成
図１は本発明の実施形態に係る圧電型三軸加速度センサの平面図であって図２をＩ−Ｉ線矢視図、図２は図１のｌｌ−ｌｌ線断面図である。これらの図において符号１は本発明の加速度センサを構成する個々の部分のベースとなる本体ケース、２は加速度検出部、３は回路基板、４は加速度センサ全体を覆うカバーである。図２に示すように、本体ケース１における互いに平行な一対の縁部には、上下方向に延びて本体ケース１を貫通する複数のピン端子５が本体ケース１と一体に固定されている。このピン端子５は、回路基板３の外部に対する接続端子である。
【００２２】
また、本体ケース１の上面には、中央が円柱状にくりぬかれた支持部材１１を介して矩形状の金属製薄板からなる振動板２１が取り付けられており、この振動板２１の下面中央部には円柱状の重錘体２２が取り付けられている。これら支持部材１１、振動板２１、及び重錘体２２は、接着・溶接等いかなる手段で互いに取り付けられていてもよいが、これらが同一の材料から削り出されて一体化したものであると、接合部の剥離が防止でき、耐久性を向上させる上で望ましい。
【００２３】
さらに、振動板２１の上面には、振動板２１と略同形状・同寸法のセラミックス製圧電素子２３が接合されている。図３は圧電素子２３の上面（表面）を示している。図３に示すように、圧電素子２３の表面には、検出電極２４ａ〜２４ｅが形成されている。圧電素子２３の中心Ｏを通るＸ軸とＹ軸を定義した場合に、Ｘ軸上には中心Ｏを挟んでＸ軸検出電極２４ａ及び２４ｃが対をなして形成されており、Ｙ軸上にはＹ軸検出電極２４ｂ及び２４ｄが対をなして形成されている。また、Ｘ，Ｙ軸と約４５度の角度をなす２本の軸上には４つのＺ軸検出電極２４ｅが回転対称に形成されている。これら電極は、いずれも重錘体２２の取り付け位置の外周円に跨るように回転対称に形成されている。中心Ｏを取り囲む破線で表す円は重錘体２２の取り付け位置を示している。さらにその外周の円は支持部材１１の取り付け位置を示している。
【００２４】
また、Ｘ軸上に中心Ｏを挟んで対をなすＸ軸検出電極２４ａ及び２４ｃのうちＸ軸検出電極２４ａ側の外側かつＸ軸上に、自己診断時に振動を発生させるＸ軸加振電極２５ａが形成され、同じくＹ軸上に中心Ｏを挟んで対をなすＹ軸検出電極２４ｂ及び２４ｄのうちＹ軸検出電極２４ｂ側の外側かつＹ軸上に、Ｙ軸加振電極２５ｂが形成されている。
【００２５】
これら検出電極２４ａ〜２４ｅ及び加振電極２５ａ，２５ｂは、圧電素子２３上の電極形成位置において上面と下面から電圧を印加して電極形成位置を分極させ、その上から導電性材料を焼き付けることにより形成されている。分極には、振動板上面に高い電位を与えるとともに下面に低い電位を与えるプラス方向の分極と、それぞれ逆の電位を与えるマイナス方向の分極がある。図９（ａ）（ｂ）に示すように、Ｘ軸検出電極対２４ａ及び２４ｃは互いに逆方向に分極されており、Ｙ軸検出電極対２４ｂ及び２４ｄも互いに逆方向に分極されている。４つのＺ軸検出電極対２４ｅは、全て同じ方向に分極されている。さらに、図９（ａ）に示すように、Ｘ，Ｙ軸加振電極２５ａ及び２５ｂ近傍のＸ，Ｙ軸検出電極２４ａ及び２４ｂは、分極方向が同一に揃えられている。
【００２６】
さらに、これら検出電極２４ａ〜２４ｅ及び加振電極２５ａ，２５ｂは、配線パターン２６によって圧電素子２３の表面における両縁部の所定箇所に形成された接続電極２７に接続されている。この接続電極２７は、ピン端子５または回路基板３に対する接続端子である。
【００２７】
配線パターン２６は、振動板２１の表面に熱硬化型導電樹脂等を印刷することにより形成されており、Ｘ軸検出電極に接続された配線パターン２６ａ、Ｙ軸検出電極に接続された配線パターン２６ｂ、およびＺ軸に接続された配線パターン２６ｃは互いに等しい面積を有している。
【００２８】
回路基板３は、加速度検出部２の検出電極２４ａ〜２４ｅが発生した電荷を増幅させるもので、図示しないＩＣチップ等が実装されている。この回路基板３における互いに平行な一対の縁部には、前記ピン端子５が貫通する複数のスルーホール（図示略）が形成されている。回路基板３は、スルーホールにピン端子５を通し、縁部を本体ケースに当ててセットされる。回路基板３と圧電素子２３の各接続電極２７とは、リード線等の図示しない接続部材で接続されている。
【００２９】
Ｂ．実施形態の三軸加速度センサの動作
以上のような本発明の加速度センサによれば、加速度によって重錘体２２に生じた慣性力が振動板２１に歪みを生じさせ、これに追従して検出電極２４ａ〜２４ｅが電荷を発生し、その電荷に基づく三軸方向の加速度が検出される。図９（ａ）を参照してこの原理を詳細に説明する。
【００３０】
Ｘ軸方向に加速度が生じて重錘体２２が２４ａ方向に慣性力を受けた場合、生じた応力によって検出電極２４ａが圧縮され、圧電効果により検出電極２４ａに電荷が発生する。この時、同時に２４ｃには逆方向の応力が生じるが、分極の向きが２４ｃと２４ａとでは逆方向であるため、２４ａと同符号の電荷が生じる。２４ａと２４ｃに発生した電荷は、Ｘ軸方向の加速度の大きさに比例するので、この電荷を回路基板に出力することで加速度の検出が行われる。また、Ｘ軸方向逆向きの加速度が生じた場合は、異符号の電荷が検出される。
【００３１】
Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、４つのＺ軸検出電極２４ｅにも応力が加わるが、この応力は２４ａ側の２つと２４ｃ側の２つでは大きさが同じで向きが逆であり、かつ２４ｅの分極方向は全て同一であることから発生する電荷は大きさが同じで異符号である。よって、これら電荷は互いに相殺され、Ｚ軸検出電極２４ｅからの信号は検出されない。
【００３２】
Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も、これと同様の原理によって２４ｂ及び２４ｄに発生した電荷の大きさと符号から、加速度の向きと大きさを検出することができる。
【００３３】
Ｚ軸方向の加速度が生じた場合には、２４ａ〜２４ｄには大きさと向きが等しい応力が加わる。この場合において、Ｘ軸検出電極対２４ａ，２４ｃ、及びＹ軸検出電極対２４ｂ，２４ｄは互いに逆方向に分極されているので、発生する電荷も異符号で大きさが等しく、それぞれの軸ごとに相殺されて電荷は検出されない。一方、Ｚ軸検出電極２４ｅは全て同方向に分極されており、かつそれぞれの電極に生じる応力の大きさと向きも等しい。このため、同符号で同じ大きさの電荷が生じ、それらが合計されて検出される。Ｘ軸，Ｙ軸の場合と同様、加速度の向きが逆の場合は検出される電荷が異符号となり、発生する電荷の絶対値は加速度の大きさに比例する。
【００３４】
各検出電極２４ａ〜２４ｅにおいて生じた電荷は、配線パターン２６及び接続電極２７を通して外部の回路基板３に出力され、図示しない電子回路により検出データとして処理される。
【００３５】
次に、自己診断機能について説明する。加速度センサは、上記のように、生じた加速度の向きと大きさを検出するものであるが、使用中に配線にクラックが生じたり、電極部の分極が弱まったり、重錘体が脱落する等何らかの不具合が発生した場合に、その不具合を発見するために備えられた機能である。
【００３６】
Ｘ軸検出電極２４ａ近傍に形成されたＸ軸加振電極２５ａに矩形波を入力して励振させ、この振動をＸ軸検出電極２４ａに検出させることで、Ｘ軸検出電極２４ａが機能しているかどうかの診断を行うことが可能であり、同様にＹ軸加振電極２５ｂを励振してＹ軸検出電極２４ｂの診断を行うことができる。さらに、Ｘ，Ｙ軸加振電極２５ａ，２５ｂの振動には、Ｘ軸，Ｙ軸成分の振動の他にＺ軸成分の振動も含まれていることから、Ｘ，Ｙ軸加振電極２５ａ，２５ｂを同時に励振することで近傍のＺ軸検出電極２４ｅにＺ軸成分の振動を伝搬して検出させ、診断を行うことが可能である。また、図５〜図７に示すように、加振電極に対する入力電圧と検出電極による出力電圧には常に一定の相関関係があることから、この相関関係を満たしていない検出結果が得られた場合には、加速度センサに何らかの異常が発生したということが分かる。このように、実施形態の三軸加速度センサでは、Ｘ，Ｙ軸加振電極を同時に励振させて振動にＺ軸方向の成分を持たせるような構成とすることでＺ軸加振電極が不要になり、結果として回路を複雑にせずに済み、検出精度を向上させることができる。
【００３７】
図８は、本発明においてＸ軸加振電極及びＹ軸加振電極を励振した場合に重錘体周辺に発生する応力の分布図を示したものである。図８において、色の濃い部分は応力の絶対値が大きい部分で、薄い部分は絶対値が小さい部分である。Ｘ軸加振電極２５ａまたはＹ軸加振電極２５ｂに矩形波を入力し励振させると、Ｘ，Ｙ軸加振電極２５ａ，２５ｂの周囲に歪みが生じる。そこから半径方向内周側には、ある半径の時に応力が０となる領域がある。さらに内周側に行くにしたがい今度は符号が逆の応力が現れ、応力の絶対値は徐々に小さくなる。この応力０の部分は、振動板２１に加振電極による振動が加わった場合の定常波の節となるので、この部分に回路配線パターン２６が形成されていると配線パターン２６が振動の影響を受けにくく、結果的に自己診断時のクロストークを抑制することができる。本発明の三軸加速度センサにおいては、圧電素子２３上に形成された電極を結線する配線パターンが圧電素子上において発生する応力の節部分に配置されているので、加振電極による配線パターンへの振動の影響が少ないという効果が得られる。
【００３８】
また、Ｘ軸加振電極２５ａによる振動の影響が及ぶ扇形の範囲を外してＹ軸検出電極２４ｂに接続された配線パターン２６ｂを配置し、Ｙ軸加振電極２５ｂによる振動の影響が及ぶ扇形の範囲を外してＸ軸検出電極２４ａに接続された配線パターン２６ａを配置したので、それぞれの加振電極による他軸への影響が少ないという効果が得られる。
【００３９】
一般に圧電効果において圧電材料の分極方向は圧電特性に影響を及ぼさないとされているが、本発明のように同一の圧電材料上で同方向・逆方向の分極を行って電極を形成する場合、近接した分極部分の相互作用により、形成された電極の静電容量変化率が影響を受けることがわかっている。したがって、Ｘ，Ｙ軸方向で検出電極の分極方向を揃えて線対称とすることで、加速度センサの検出精度をより向上させることができる。
【００４０】
具体的には、図９（ａ）に示すように、本発明の三軸加速度センサにおいて、Ｘ軸加振電極２５ａ及びＹ軸加振電極２５ｂの分極特性を同一とするとともにＸ軸加振電極２５ａ及びＹ軸加振電極２５ｂ近傍のＸ軸検出電極２４ａ及びＹ軸検出電極２４ｂの分極極性を同一とし、それぞれ他方の検出電極（２４ｃ及び２４ｄ）の分極極性を逆極性に分極することで加振電極と検出電極を含めた分極方向を対称にしているので、分極に伴う静電容量変化率も対称になり、結果としてＸ，Ｙ軸検出電極の感度が揃い、より高精度な検出を行うことが可能となっている。
【００４１】
また、本発明においては、図３に示すように、振動板２１の中心ＯからＸ軸加振電極２５ａとＹ軸加振電極２５ｂを見込むそれぞれ約４５度の扇形の範囲内に形成された配線パターン２６が、Ｘ軸加振電極２５ａとＹ軸加振電極２５ｂの対称軸と軸を同じくして線対称に形成されている。従来、圧電素子２３上に分極により形成された検出電極以外に、分極の施されていない部分も僅かに圧電特性を有するため、加振電極励振時に振動が配線パターン２６に伝搬して発電が起き、出力電圧として検出されてしまうという問題があった。しかしながら上記構成の三軸加速度センサでは、図８に示した加振電極の振動が及ぶ範囲において対応する配線パターン２６ａ，２６ｂを配置し、また配線パターン２６が線対称に形成されているため、クロストークの影響がなく、Ｘ軸加振電極２５ａ励振時に配線パターン２６ａが発電して出力する出力電圧と、Ｙ軸加振電極２５ｂ励振時に配線パターン２６ｂが発電して出力する出力電圧が等しくなっている。このため、より高精度な自己診断が可能になっている。
【００４２】
さらに、本発明では、図３に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各検出電極対２４ａ〜２４ｅに接続された配線パターン２６はそれぞれ等しい面積を有している。これら三軸の配線パターン２６の有する面積を等しくしているので、配線パターン２６に寄生する静電容量をも等しくすることができ、各軸検出電極の検出感度を揃えることができ、高精度な検出を行うことが可能である。
【００４３】
なお、本実施例では、Ｘ，Ｙ軸加振電極２５ａ，２５ｂを同時に励振することでＺ軸検出電極２４ｅに振動を伝搬して診断を行う例を示したが、どちらか一方の加振電極を励振してＺ軸の診断を行うことも可能である。その場合、図５及び図６に示すようにＸ軸の出力電圧は弱くなるが、一定の相関関係があることから、この結果から診断が可能となる。
【００４４】
Ｃ．変更例
また、本発明の第二の実施形態として図４に示すような加速度検出部を有する三軸加速度センサを挙げることができる。加速度の検出原理は上述の加速度センサと同様であるが、この加速度センサは、Ｘ軸加振電極２５ａ、Ｙ軸加振電極２５ｂに加えて、２つのＺ軸加振電極２５ｃが備えられている。Ｘ，Ｙ軸検出電極の自己診断方法は上述の通りであるが、Ｚ軸検出電極の自己診断時においては、各加振電極２５ａ〜２５ｃを同時に励振させることで４つのＺ軸検出電極２４ｅにＺ軸方向の振動をあたえて診断することが可能である。
【００４５】
【実施例】
次に、Ｘ，Ｙ軸加振電極と各軸の検出電極を含めた分極方向が対称である図９（ａ）に示す本発明の実施例と、実施例のＹ軸検出電極２４ｂ及び２４ｄの分極方向を入れ替えた図９（ｂ）に示す比較例を用いて本発明の効果を説明する。
【００４６】
［実施例］
圧電素子上の検出電極及び加振電極を形成する箇所において、上面と下面に電圧（３ｋＶ／ｍｍ）を印加することで、図９（ａ）に示す分極方向を持たせた実施例の圧電素子を作製した。また、Ｙ軸検出電極の分極方向を逆にした以外は実施例と同様にして図９（ｂ）に示す分極方向を持たせた比較例の圧電素子を作製した。この実施例及び比較例の圧電素子について、電極形成箇所における初期の静電容量と、分極後の静電容量及びそれらの変化率を測定し、それぞれ表１・表２に示した。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【表２】
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【００４９】
比較例の圧電素子では、Ｘ軸加振電極に近い２４ａは上面が−、Ｙ軸加振電極に近い２４ｃは上面が＋となっており線対称になっていない。この場合の２４ａの分極後の容量変化率は１３２．８％、２４ｂの分極後の容量変化率は１３８．７％となりＹ軸方向の方が変化率が高い。２４ａ、２４ｂに対応する２４ｃ、２４ｄは容量変化率が逆転している。このことにより、分極方向により容量変化率に差が出てくることがわかる。この容量変化率の違いが自己診断時の検出電圧の大きさに影響を与えていると思われる。
【００５０】
一方、実施例の圧電素子では、２４ａと２４ｂ、２４ｃと２４ｄの分極の向きを同じ（線対称）にしてあり、分極前後の容量変化率もそろっている。この実施例の圧電素子を用いた自己診断における検出電極の出力電圧を図５、図６、及び図７に示す。図５、図６から分かるように、Ｘ，Ｙ軸加振電極を励振した場合に、それぞれＸ，Ｙ軸検出電極によって良好に検出されており、また、両検出結果はＸ，Ｙ成分に関して対称となっている。また、図７より、Ｘ，Ｙ軸加振電極を同時に励振した場合は、Ｘ，Ｙ軸方向の検出と同時にＺ軸方向の検出も得られていることがわかる。
【００５１】
このように、Ｘ軸検出電極２４ａ及び２４ｃとＹ軸検出電極２４ｂ及び２４ｄの分極方向をＸ，Ｙ軸加振電極２５ａ及び２５ｂの対称軸と同じくして対称にした方が望ましい効果が得られることが確認された。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の三軸加速度センサによれば、加速度検出電極と自己診断用加振電極を備えた三軸加速度センサにおいて、加速度の検出精度を低下させないのはもちろんのこと、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸毎に高精度な自己診断が可能な三軸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】
【図１】本発明の実施の形態の三軸加速度センサを示す平面透視図である。
【図２】本発明の実施の形態の三軸加速度センサを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の三軸加速度センサにおける加速度検出部を示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の三軸加速度センサにおける加速度検出部を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の三軸加速度センサにおける自己診断時のＸ軸加振電極入力電圧と各軸の検出電極出力電圧の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の三軸加速度センサにおける自己診断時のＹ軸加振電極入力電圧と各軸の検出電極出力電圧の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態の三軸加速度センサにおける自己診断時のＸ，Ｙ軸加振電極入力電圧と各軸の検出電極出力電圧の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態の三軸加速度センサの加速度検出部における加振電極励振時の応力分布図である。
【図９】（ａ）実施例の検出電極及び加振電極の分極方向を示す図である。
（ｂ）  比較例の検出電極及び加振電極の分極方向を示す図である。
【符号の説明】
１      本体ケース
１１    支持部材
２      加速度検出部
２１    振動板
２２    重錘体
２３    圧電素子
２４ａ、２４ｃ  Ｘ軸検出電極
２４ｂ、２４ｄ  Ｙ軸検出電極
２４ｅ  Ｚ軸検出電極
２５ａ  Ｘ軸加振電極
２５ｂ  Ｙ軸加振電極
２５ｃ  Ｚ軸加振電極
２６    配線パターン
２６ａ  Ｘ軸配線パターン
２６ｂ  Ｙ軸配線パターン
２６ｃ  Ｚ軸配線パターン
２７    接続電極
３      回路基板
４      カバー
５      ピン端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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