この記事では、仕組みや用途など加速度センサーの特徴を押さえたうえで、選び方のポイント、そして主要なメーカー一覧を紹介しています。
実際に導入する前に加速度センサーの選び方などを知っておくことで、製品に最適な加速度センサー選びが可能となります。ぜひ最後までご一読ください。
目次
加速度センサーとは？ 仕組みなど基本的な特徴について
この章では、仕組みや種類、用途とメリット・デメリットなど、加速度センサーの基本的な特徴について総ざらいします。基本情報は押さえているという方は次の章で選び方のポイントを紹介しているので、そちらをご参照ください。
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この章の目次
- どのような仕組みなのか｜加速度センサーの原理
- 加速度センサーとジャイロセンサーの違い
- 6種類の加速度センサーと用途例
- 加速度センサーのメリット・デメリット ※クリックすると該当箇所まで飛びます
どのような仕組みなのか｜加速度センサーの原理
加速度センサーは、内部にはバネと重りが組み込まれており、加速度が加わると重りが動き、その動きに応じて加速度を検出します。バネに取り付けられた重りの動きがセンサー素子によって電気信号に変換され、加速度データとして出力されるというものです。センサー素子は一般的に、静電容量の変化やピエゾ効果を利用して重りの動きを電気信号に変換します。信号処理回路によって処理され、最終的に加速度データとしてデバイスに送られます。
デバイスは振動、傾き、衝撃などの現象を検出できるようになります。加速度センサーは多軸での測定が可能であり、3次元空間での動きも詳細に把握できるのが特徴です。
加速度センサーの仕組み
- 加速度が加わる
- バネに取り付けられた重りが動く
- センサー素子が静電容量の変化やピエゾ効果で動きを検出
- 検出した動きを電気信号に変換
- 信号処理回路で電気信号を処理
- 加速度データをデバイスに出力
加速度センサーとジャイロセンサーの違い
加速度センサーとジャイロセンサーは、いずれも物体の動きを検出するためのセンサーですが、役割には明確な違いがあります。加速度センサーは、物体の加速度、すなわち速度の変化を測定するセンサーです。振動や傾き、衝撃などを検出することができます。自動車のエアバッグシステムやシェイク機能などスマートフォン諸機能における検出など、幅広い用途で利用されています。特に、3軸（X, Y, Z）での加速度を測定できるため、3次元空間での動きも正確に把握できます。
一方、ジャイロセンサーは、物体の回転運動や角速度を測定するためのセンサーです。たとえば、ドローンやゲームコントローラーなどのデバイスでの回転検出に使われます。加速度センサーが物体の直線的な動きを測定するのに対して、ジャイロセンサーは回転や方向の変化を検出するのが特徴です。
| 加速度センサー | ジャイロセンサー | |
|---|---|---|
| 測定対象 | 物体の加速度（速度の変化） | 物体の回転運動や角速度 |
| 検出できる現象 | 振動、傾き、衝撃 | 回転や方向の変化 |
| 測定の軸 | 3軸（X, Y, Z）での加速度測定が可能 | 回転運動の測定に特化 |
6種類の加速度センサーと用途例
加速度センサーは特定の用途に特化したものなど、いくつか種類があります。ここでは6つの加速度センサーを紹介します。
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周波数変化型加速度センサー
周波数変化型加速度センサーは、センサー素子の共振周波数の変化を利用して加速度を検出します。構造物の振動モニタリングや地震計に使用され、高い安定性と分解能を持っています。ノイズが少なく、微小な加速度変化も正確に検出可能です。制度の高い測定を実現しているのは、デジタル出力を採用しているためです。産業機械の予兆検知にも活用され、効率的なメンテナンスに貢献しているのが、この種類の加速度センサーになります。
静電容量型加速度センサー
静電容量型加速度センサーは、固定電極と可動電極の間の静電容量の変化を利用して加速度を検出します。加速度が加わると可動電極が動き、電極間の距離が変わることで静電容量が変化し、その変化を電気信号として捉えるという原理です。高精度で、温度耐性に優れており、低消費電力かつ小型軽量であるため、スマートフォンの画面回転検出や産業機械の振動モニタリングに広く利用されています。
ピエゾ抵抗型加速度センサー
ピエゾ抵抗型加速度センサーは、加速度によって生じる機械的な歪みをピエゾ抵抗素子で検出し、その歪みを電気信号に変換して加速度を測定するセンサーです。ピエゾ抵抗素子は非常に高い感度を持つため、微小な加速度変化も検出可能です。MEMS技術を用いることで小型かつコスト効率が高く、自動車のエアバッグシステムやスマートフォンの画面回転検出など、さまざまな用途で利用されています。
熱検知型加速度センサー
熱検知型加速度センサーは、内部に設置されたヒーターで加熱されたガスが加速度に応じて移動することで、その位置変化を温度計測抵抗で検出し、加速度を測定するセンサーです。耐衝撃性に優れており、可動部がないため、過酷な環境でも安定して動作します。また、低消費電力で構造がシンプルで故障しにくく、長期間使用しても信頼性が高いです。構造物の健全性モニタリングなどに活用されています。
圧電型加速度センサー
圧電型加速度センサーは、圧電効果を利用して加速度を検出するセンサーです。圧電素子に力が加わることで電荷が発生し、その電荷量を測定することで加速度を検出します。高感度で微小な加速度変化も捉えやすく、広い周波数範囲で測定が可能です。さらに、過酷な環境でも安定して動作し、小型軽量なため、さまざまなデバイスに組み込みやすいのが特徴です。自動車の衝突検知や産業機械の振動モニタリング、地震計などに利用されています。
サーボ型加速度センサー
サーボ型加速度センサーは、振子の動きを検出し、その動きを元の位置に戻すためにコイルに電流を流すことで加速度を測定するセンサーです。電流が加速度に比例した電圧に変換され、高精度で出力されます。高感度かつ安定しており、広い周波数範囲での測定が可能です。また、高い分解能を持つため、精密な計測にも適しています。地震観測、土木建造物の微動測定、航空機や船舶の運動計測などが用途として挙げられます。
| 特徴 | 主な用途 | |
|---|---|---|
| 周波数変化型 | ・高い安定性と高分解能 ・低ノイズ |
・構造物の振動モニタリング ・地震計 |
| 静電容量型 | ・高精度 ・低消費電力 ・小型軽量 |
・スマートフォン諸機能検出 ・機械振動モニタリング |
| ピエゾ抵抗型 | ・高感度 ・小型軽量 ・コスト効率が高い |
・携帯機器 ・自動車の衝突検知 |
| 熱検知型 | ・耐衝撃性 ・高信頼性 ・低消費電力 |
・構造物の健全性モニタリング |
| 圧電型 | ・高感度 ・広い周波数範囲 ・高耐久性 ・小型軽量 |
・自動車の衝突検知 ・産業機械の振動モニタリング ・地震計 |
| サーボ型 | ・高感度 ・高安定性 ・広い周波数範囲 ・高精度 |
・地震観測 ・土木建造物の微動測定 ・航空機の運動計測 |
加速度センサーのメリット・デメリット
ここまでの内容を加速度センサーのメリット・デメリットという形でまとめると、次のようになります。メリット
- 高感度で微小な動きも検出可能 加速度センサーは、微細な加速度変化や振動を高感度で検出でき、精密な動きのモニタリングに優れています。これは、構造物や機械の異常検知などに最適です。
- 多軸測定が可能 多くの加速度センサーは3軸（X, Y, Z）の加速度を同時に測定でき、3次元空間での動きを詳細に把握できるため、複雑な動作解析に向いています。
- 小型軽量で広範なデバイスに組み込みやすい 加速度センサーは小型軽量なため、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、ドローンなど、さまざまな小型デバイスに簡単に組み込むことができます。
デメリット
- 温度や電源の変動に敏感 加速度センサーは、温度変動や電源電圧の影響を受けやすく、環境の変化によって感度や測定精度が低下することがあります。特に高温・低温環境での運用には注意が必要です。
- 外部ノイズに影響を受けやすい 外部からのノイズが多い環境では、加速度センサーの測定精度が低下することがあり、特に信号対雑音比（SNR）が低くなることで誤測定が発生する可能性があります。
- 高速への応答や広い測定範囲が必要な場合には不向きな場合がある 加速度センサーは、多くの場合、低速な動きや狭い範囲の動作には適していますが、超高速な応答や非常に広範な周波数範囲が必要な場合、適用が難しいことがあります。
製品に導入するときの選び方は？ 加速度センサーの比較ポイント5点
ここからは、加速度センサーを選ぶ際の選定ポイントを詳細に解説します。加速度センサーの導入に際して検討すべきポイントは以下の5点です。
温度
加速度センサーの性能は、温度の変動に大きく影響を受けます。温度が変化すると、センサー内部の材料特性が変動し、感度が変わることがあります。温度が高い場合
バイアスドリフトが発生し、センサーのゼロ点（バイアス）がずれることがあります。これにより、測定誤差が生じるため、精度が求められる場面では注意が必要です。さらに、高温になると電子部品の熱雑音が増加し、ノイズレベルが上昇します。また、高温環境ではセンサーの耐久性が低下し、寿命が短くなるリスクがあります。高温環境の例として、自動車のエンジンルーム内の振動測定が挙げられます。この場合、耐熱性と高感度が求められるため、圧電型加速度センサーが適しています。工業炉の振動モニタリングでは、高温に強い熱検知型加速度センサーが有効です。航空機のエンジン振動解析では、安定した高温動作が可能なサーボ型加速度センサーが最適です。
温度が低い場合
ノイズが減少し、より精度の高い測定が可能になります。ただし、温度が低い環境では応答速度が遅くなることがあるため、特に高速応答が求められるシチュエーションでは注意が必要です。加えて、低温ではセンサーの材料が脆くなり、破損しやすくなるため、耐久性が課題になります。低温環境の例として、宇宙探査機の加速度測定には、ノイズが少なく高精度な静電容量型加速度センサーが適しています。極地での地震観測や液体窒素タンクの振動モニタリングでは、低温でも高感度な周波数変化型加速度センサーが有効です。
電源電圧
加速度センサーの性能は、電源電圧の変動に大きく影響を受けます。電圧が変化すると、センサーの感度やノイズレベル、出力信号の安定性に影響が出ることがあります。電源電圧が高い場合
感度が向上するため、高精度な測定が可能です。ただし、ノイズレベルが上がりやすく、出力信号が不安定になる場合があるため、リップルや外部ノイズの影響を考慮する必要があります。また、高電圧環境では消費電力が増加し、センサーの動作範囲が広がるため、過酷な環境でも安定して使用することができます。自動車のエアバッグシステムには、急激な加速度変化を検出するために高感度な圧電型加速度センサーが適しています。産業機械の振動モニタリングや航空機のエンジン振動解析には、広い周波数範囲で高精度な測定が可能なサーボ型加速度センサーが有効です。
電源電圧が低い場合
ノイズレベルが低下し、より正確なデータ取得が可能です。低電圧では消費電力が少ないため、バッテリー駆動のデバイスに適しており、長時間動作が可能です。また、低電圧での動作はセンサーの寿命を延ばすことができ、長期的な使用に向いています。ウェアラブルデバイスやIoTセンサーには、消費電力を抑えた静電容量型加速度センサーが適しています。スマートフォンの画面回転検出にも低電圧で動作するセンサーが使用されます。
周波数
加速度センサーは、周波数が変わると、センサーの感度や応答速度、ノイズレベルに影響が出ることがあります。高周波数の場合
センサーの応答速度が速くなるため、リアルタイムでのデータ取得が重要な場面で有利です。また、微細な振動や衝撃の解析にも適しており、広い範囲の振動を測定できるため、複雑な動作解析にも向いています。ただし、ノイズが増加するため、ノイズ対策が必要です。高周波数環境において、精密機械の振動モニタリングや航空機のエンジン振動解析には、リアルタイム応答が求められるため、高速応答が可能なサーボ型加速度センサーが適しています。また、ドローンの姿勢制御には、周波数変化型加速度センサーが有効です。
低周波数の場合
ノイズが少なく、感度が向上するため、微小な加速度変化を正確に捉えることができます。低周波数での動作はセンサーの寿命を延ばすことにもつながります。低周波数環境において、地震計や構造物の振動モニタリングには、低周波数で高感度の周波数変化型加速度センサーが適しています。また、産業機械の予兆検知では、精度の高い測定が可能な静電容量型加速度センサーが有効です。
外部ノイズ
加速度センサーの性能は、外部ノイズの影響を大きく受けます。ノイズレベルが高いと信号対雑音比（SNR）が低下し、微小な加速度変化を検出する能力が落ちることがあります。外部ノイズが多い場合
測定精度が低下し、信号にノイズが混入することで正確なデータが得られにくくなります。ノイズが多いとセンサーの出力データが不安定になり、誤動作やチャタリングが発生する可能性があります。ノイズフィルタリングに時間がかかるため、応答速度も遅くなることがあり、追加のフィルタ回路やシールドが必要になるため、消費電力も増加します。工場内の産業機械の振動モニタリングには、安定して動作する圧電型加速度センサーが適しています。自動車のエアバッグシステムでは、急激な加速度変化を検出するため、ノイズ耐性の高いピエゾ抵抗型加速度センサーが有効です。また、航空機のエンジン振動解析には、高ノイズ環境でも正確に動作するサーボ型加速度センサーが適しています。
外部ノイズが少ない場合
測定精度が向上し、正確なデータを得ることができます。消費電力も低く抑えられ、データの安定性も高くなり、誤動作が少なくなります。医療機器は非常に高精度な測定が求められるため、低ノイズ環境で動作する静電容量型加速度センサーが適しています。ほかにも、精密測定機器や地震計は、微細な振動の正確な測定が必要なため、周波数変化型加速度センサーが有効です。
センサーの質量
加速度センサーの性能は、センサーの質量によって大きく変動します。質量が変わると、感度や応答速度、共振周波数、測定精度に影響が及びます。質量が大きい場合
感度が高くなり、外部の微小な振動やノイズに対して安定した測定が可能です。特に、広い範囲の加速度を測定する能力が求められる場合には有利です。ただし、応答速度が遅くなるため、応答性が重要な環境では注意が必要です。地震計は微小な振動を高感度で検出するため、質量の大きな圧電型加速度センサーが適しています。また、橋梁やビルなどの大型構造物の振動モニタリングには、質量が大きく精度の高いサーボ型加速度センサーが有効です。産業機械の振動解析にも、広い周波数範囲をカバーできる周波数変化型加速度センサーが使用されます。
質量が小さい場合
応答速度が速くなり、対象物への影響も少なくなります。加速度センサーを搭載するデバイス全体の小型軽量化にもつながります。スマートウォッチやフィットネストラッカーなどのウェアラブルデバイスには、小型軽量で消費電力が抑えられる静電容量型加速度センサーが適しています。ドローンの姿勢制御には、高速応答が求められるため、小型軽量なピエゾ抵抗型加速度センサーが適しています。
加速度センサーを製造するおすすめメーカー7社
ここからは、加速度センサーを製造している主要なメーカー7社を紹介します。
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村田製作所（Murata Manufacturing）
村田製作所は、1950年に設立された日本の大手電子部品メーカーで、特にセンサー技術に強みを持っています。独自の3D-MEMS技術を活用した静電容量型加速度センサーを提供しており、自動車、産業機器、ヘルスケア分野で広く利用されています。代表的な製品として、SCA3300シリーズ（デジタル3軸加速度センサー）やSCA3100シリーズ（高精度2軸加速度センサー）などがあります。自動車のエアバッグや産業機械の振動モニタリングなどの分野での導入実績があります。
TDK（ティーディーケイ）
ティーディーケイは、1935年に設立された日本の大手電子部品メーカーで、MEMS技術を用いた高精度な加速度センサーを提供しています。主に静電容量型加速度センサーを製造しており、TronicsシリーズやInvenSenseシリーズなど、産業機器、自動車、医療機器、スマートフォン、ウェアラブルデバイス向けの製品を展開しています。導入業界は、自動車業界、産業機器業界、ヘルスケア業界などで、特にエアバッグシステムや機械設備の振動モニタリングなどに広く利用されています。
富士セラミックス（FUJI CERAMICS）
富士セラミックスは、1975年に設立された日本のメーカーで、圧電セラミック技術を基盤としたセンサー製品の開発・製造を行っています。特に圧電型加速度センサーに強みを持ち、電荷出力型やアンプ内蔵型、3軸加速度センサーなどを提供しています。自動車業界のエアバッグシステムやABS、産業機器の振動モニタリング、高齢者介護用のワイヤレスベッドセンサーなど、多岐にわたる分野で利用されています。
ローム（ROHM）
ロームは、1958年に設立された日本の電子部品メーカーで、半導体や電子部品の製造に注力しています。特にMEMS技術を活用した静電容量型加速度センサーの開発に力を入れており、Kionix™ Technologyを採用した高精度なセンサーを提供しています。モバイル機器や家電、産業機器、セキュリティ機器など、幅広い分野で使用されており、スマートフォンの姿勢検出や工場設備の振動モニタリングに多く導入されています。
小野測器（ONO SOKKI）
小野測器は、1954年に設立された日本の企業で、振動・音響計測機器の開発・製造を行っています。特に圧電型加速度センサーの分野で高い技術力を誇り、プリアンプ内蔵型や電荷出力型、3軸加速度センサーなど、幅広い製品ラインを提供しています。自動車産業での車両振動試験や製造業における機械の状態監視、さらに建設業や家電製品の振動モニタリングなど、さまざまな業界での導入実績があります。
共和電業（KYOWA ELECTRONIC INSTRUMENTS）
共和電業は、1949年に設立され、ひずみゲージを中心とした応力測定の総合メーカーとして知られています。圧電型加速度センサーの分野でも多様な製品を提供しており、アンプ内蔵型や電荷出力型、小型3軸センサーなど、さまざまな用途に対応しています。これらのセンサーは、自動車産業の車両衝突試験、建設業の橋梁振動モニタリング、鉄道業の走行実験、さらには航空宇宙産業のロケット開発計測などで幅広く使用されています。
イージーメジャー（Easy Measure）
イージーメジャーは、1987年に日本で設立された、物理用計測センサ応用測定器の開発と製造を手掛けるメーカーで、主に研究開発や生産現場での計測・制御ニーズに対応しています。特に静電容量型加速度センサーを中心とした製品を提供しており、小型3軸加速度センサーや設備監視用振動センサーが代表的です。自動車産業や鉄道産業、建設業、エネルギー産業など、多岐にわたる業界で使用され、振動モニタリングや状態監視に貢献しています。
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