JP2000180463A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の衝突時の最大加速度を記録する。小型
で安価なものを大量生産可能にする。 【解決手段】 慣性力による撓み易さが異なる複数の片
持ち梁部５を設け、各片持ち梁部５にそれぞれ切断部１
１を設け、各片持ち梁部５の撓みによる各切断部１１の
移動側にそれぞれ細線部１０を設け、片持ち梁部５が所
定の加速度で撓むと、片持ち梁部５の切断部１１が細線
部１０を切断する構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の衝突などに
よって発生する加速度の最大値を記録する機能を有する
加速度センサと、車両の衝突などによって発生する加速
度を検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】［従来例１（特開平１０−６８７４２号
公報）］この加速度センサは、加速度の大きさを段階的
に検出する。同公報の図１３と図１４に示されているよ
うに、複数の加速度スイッチは、常開接点が閉鎖する加
速度が段階的に異なり、これらを直列に接続している。
各加速度スイッチには、それぞれ、抵抗器を並列に接続
している。複数の直列接続した加速度スイッチは、一端
を出力端子に接続すると共に抵抗器を介して接地し、他
端を電源に接続している。

【０００３】加速度スイッチは、台座部に片持ち梁部を
設け、片持ち梁部の自由端に質量部を設け、質量部に近
接した位置に固定接点部を設けている。質量部に慣性力
が作用して片持ち梁部が撓むと、質量部が固定接点部に
接触する。質量部は、可動接点部でもある。可動接点部
と固定接点部で常開接点を構成している。

【０００４】常開接点が閉鎖する加速度（の最小値）の
調整は、片持ち梁部の曲げ剛性または質量部の質量を増
減して、慣性力による片持ち梁部の撓み易さを増減す
る。

【０００５】加速度センサは、これに作用する加速度が
徐々に増加すると、加速度スイッチが片持ち梁部の撓み
易いものから順に閉鎖し、同公報の図１５に示されてい
るように、出力端子の電圧が段階的に増加する。

【０００６】［従来例２（IEEE発行の「TRANSDUCERS’9
7」の第1189頁以降の論文）］この加速度計は、加速度の
最大値を記録する機能を有する。同論文の図１と図３に
示されているように、台座部には、片持ち梁部を設け、
片持ち梁部の中央部に質量部を設け、片持ち梁部の自由
端に近接した位置に複数の突起を片持ち梁部の自由端の
移動方向に間隔を置いて設けている。

【０００７】質量部に慣性力が作用して片持ち梁部が撓
むと、片持ち梁部の自由端が単数または複数の突起を乗
り越える。片持ち梁部の自由端が乗り越えた突起の数な
いし最後に乗り越えた突起から加速度の最大値が分か
る。質量部に慣性力が作用しなくなると、片持ち梁部の
自由端は、最後に乗り越えた突起に支持され、その支持
状態に維持される。加速度の最大値が記録される。片持
ち梁部の自由端が最後に乗り越えて支持されている突起
は、光学的または電気的に検出する。

【０００８】［従来例３（特開昭５５−１２４１６号公
報）］この加速度計は、加速度の最大値を記録する機能
を有する。同公報の図１に示されているように、基板に
質量体を板ばねと減衰器で支持して振動系を構成し、振
動系の固有振動数を測定対象振動数より大きく設定して
いる。質量体には、振動方向に沿って突き棒を固定し、
突き棒の先端に対面した位置に、突き棒の先端で塑性変
形可能な記録板を取り付けている。

【０００９】質量体と突き棒は、基板が振動すると、振
動の加速度に比例した位置に変位し、突き棒が記録板に
穴を加速度の大きさに応じた深さに形成する。記録板に
残った穴の深さから加速度の最大値が分かる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の加速度セン
サにおいては、車両の衝突によって発生する加速度のよ
うに、激しく増減する加速度が質量部に作用すると、片
持ち梁部が振動し、可動接点部が固定接点部に繰り返し
衝突し、常開接点が破損するおそれがある。従って、車
両の衝突による加速度を検出するのには、使用し難い。

【００１１】また、加速度スイッチの常開接点が慣性力
で閉鎖する現象を詳細に観察すると、可動接点部と固定
接点部の間の電気抵抗は、開放時の非常に大きな値か
ら、可動接点部が固定接点部に接触する圧力が増加する
に従って徐々に減少し、閉鎖時の非常に小さな値にな
る。常開接点を流れる電流は、図７に示すように、開放
時の零から閉鎖時の所定値iになるまでに時間ｔが掛か
る。閉鎖時の電気信号の発生が遅い。従って、車両の衝
突による所定の加速度で車両の乗員保護具を作動する場
合、乗員保護具の作動が遅れる。

【００１２】また、加速度の最大値を記録する機能がな
い。加速度の最大値を記録するには、出力端子の電圧の
最大値を記憶する装置を要する。

【００１３】従来例２の加速度計においては、片持ち梁
部の自由端が突起を乗り越えるには、片持ち梁部の撓み
量従って質量部の加速度が大きくなければならないの
で、記録可能な最大加速度の下限値が大きく、６０Ｇ位
である。衝突によって車両に発生する最大加速度は、ほ
とんどの場合、５０Ｇ以下である。従って、車両の衝突
による最大加速度を記録するのには、使用することがで
きない。

【００１４】また、片持ち梁部の自由端が所定の向きの
慣性力で突起を乗り越えた後、その慣性力と反対向きの
慣性力が作用すると、片持ち梁部の自由端が最初の慣性
力で乗り越えた突起を反対向きに乗り越えて戻ってしま
うことがある。最大加速度の記録が消去されることがあ
る。

【００１５】従来例３の加速度計においては、半導体微
細加工技術を利用して製作可能な構造ではなく、小型で
安価なものを大量生産することが困難である。

【００１６】また、加速度が最大値に達する途中の値を
検出することができない。

【００１７】

【課題を解決するための手段】１）本発明は、慣性力に
よる撓み易さが異なる複数の片持ち梁部を設け、各片持
ち梁部にそれぞれ切断部を設け、各片持ち梁部の撓みに
よる各切断部の移動側にそれぞれ細線部を設け、片持ち
梁部が所定の加速度で撓むと、片持ち梁部の切断部が細
線部を切断する構成にしたことを特徴とする加速度セン
サである。

【００１８】２）本発明は、慣性力によって撓む片持ち
梁部を設け、片持ち梁部に電気絶縁性の切断部を設け、
片持ち梁部の撓みによる切断部の移動側に導電性の細線
部を設け、片持ち梁部が所定の加速度で撓むと、片持ち
梁部の切断部が細線部を切断する構成にしたことを特徴
とする加速度センサである。

【００１９】

【発明の効果】１）本発明の加速度センサにおいては、
加速度が増加すると、片持ち梁部が撓み易いものから順
に撓み、片持ち梁部の切断部が細線部を切断する。切断
された細線部から加速度の最大値が分かる。加速度の最
大値が記録される。

【００２０】片持ち梁部は、従来例２とは異なり、突起
を乗り越える必要がなく、小さな加速度で片持ち梁部が
細線部を切断する構成にすることができる。記録可能な
最大加速度の下限値が小さい。従って、車両の衝突によ
る最大加速度を記録するのに、使用することができる。
車両の衝突時の最大加速度を衝突後に知ることができ
る。衝突原因の究明の一助になる。

【００２１】また、片持ち梁部の切断部が所定の向きの
慣性力で細線部を切断した後、その慣性力と反対向きの
慣性力が作用しても、切断した細線部は、未切断の状態
には戻らず、切断状態が維持される。最大加速度の記録
が消去されない。

【００２２】また、従来例３とは異なり、発明の実施の
形態から明らかなように、半導体微細加工技術を利用し
て製作することができ、小型で安価なものを大量生産す
ることができる。

【００２３】２）本発明の加速度センサにおいては、片
持ち梁部が所定の加速度で撓むと、片持ち梁部の電気絶
縁性の切断部が導電性の細線部を切断する。導電性の細
線部が常閉接点を構成しているので、導電性の細線部に
電流を流しておくと、電流の遮断によって所定の加速度
が検出される。

【００２４】細線部が切断された後、片持ち梁部が激し
く振動して、切断された細線部を更に破損しても、細線
部による常閉接点は、開放状態即ち加速度検出状態を維
持する。従って、従来例１とは異なり、車両の衝突によ
る加速度のように、激しく増減する加速度を検出するの
に、使用することができる。

【００２５】また、細線部を流れる電流は、細線部の切
断によって急激に零になる。切断時の電気信号の発生が
早い。従って、車両の衝突による所定の加速度で車両の
乗員保護具を作動する場合、従来例１とは異なり、乗員
保護具の作動が遅れ難い。

【００２６】また、従来例３とは異なり、発明の実施の
形態から明らかなように、半導体微細加工技術を利用し
て製作することができ、小型で安価なものを大量生産す
ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】加速度センサは、半導体微細加工
技術を利用して製作する約１mm角の板状チップである。
このチップは、シリコン単結晶の厚い第１基板にシリコ
ン単結晶の薄い第２基板を二酸化シリコンの非常に薄い
電気絶縁層を介して積層し、第１基板を基台１にし、第
２基板に、図１に示すように、構成部品の台座部３、片
持ち梁部４、５、固定棒部６と固定板部８、９及び細線
部１０を形成している。

【００２８】基台１の一端側には、図１、図２と図３に
示すように、電気絶縁層２を介して台座部３を固定し、
台座部３の階段状の側面に多数の片持ち梁部４、５と多
数の固定棒部６を基台１の他端側に突出し、片持ち梁部
４、５と固定棒部６を交互に並列している。

【００２９】各片持ち梁部４、５は、断面の寸法が同一
であるが、図１に示すように、長さがそれぞれ異なり、
長いものから順に左から右に配列している。片持ち梁部
４、５は、長いもの程、質量が多くて梁長が長いので、
慣性力によって撓み易い。

【００３０】左側の少数、図示例では４本の片持ち梁部
４は、車両の乗員保護具を作動する信号を発生する保護
具作動用である。右側の多数、図示例では９本の片持ち
梁部５は、加速度の大きさを検出する加速度検出用であ
る。

【００３１】基台１の他端側の左側には、図１と図２に
示すように、電気絶縁層７を介して保護具作動用の複数
の固定板部８を固定し、各固定板部８の先端を、保護具
作動用の各片持ち梁部４の右側に位置する固定棒部６の
先端に対面している。

【００３２】基台１の他端側の右側には、図１に示すよ
うに、加速度検出用の単数の固定板部９を電気絶縁層を
介して固定し、固定板部９の先端を、加速度検出用の各
片持ち梁部５の右側に位置する固定棒部６の先端に対面
している。

【００３３】各固定棒部６の表面部先端とこれに対面し
た固定板部８、９の表面部先端の間には、それぞれ、図
１と図３に示すように、導電性の細線部１０を片持ち梁
部４、５と平行に緊張して固定している。細線部１０の
左側に位置する片持ち梁部４、５の自由端には、細線部
１０と直交する方向に沿って刃物形状の電気絶縁性の切
断部１１を細線部１０側に突出して設けている。片持ち
梁部４、５は、図２に示すように、基台１と反対側に少
し湾曲してその切断部１１付きの自由端を少し持ち上げ
ている。

【００３４】片持ち梁部４、５は、左側から右側への慣
性力を受けて右側に曲り、自由端の切断部１１が右側の
細線部１０にほぼ直角に当たって細線部１０を切断す
る。片持ち梁部４、５は、長いもの程、小さな加速度で
細線部１０を切断する。

【００３５】保護具作動用の片持ち梁部４は、長いもの
になるに従って、細線部１０を切断する加速度（の最小
値）即ち作動加速度が一定値Δαずつ減少する寸法にし
ている。

【００３６】細線部１０は、緊張しているので、緊張し
ていない場合より早く切断される。切断部１１は、電気
絶縁性であるので、導電性の場合とは異なり、切断され
た細線部１０が切断部１１を介して不完全に導通するこ
とがない。片持ち梁部４、５は、切断部１１の表面が細
線部１０の表面位置より基台１と反対側に突出している
ので、切断部１１の表面が細線部１０の表面と同一面に
位置している場合より、切断が確実になる。

【００３７】製作の際、片持ち梁部４、５は、図４に示
すように、母材のシリコン単結晶より熱膨張係数の大き
いニッケルのような金属ｍを、切断部１１付きの自由端
を除く表面に高温で蒸着する。常温になると、片持ち梁
部４、５は、表面の蒸着金属膜ｍが母材のシリコン単結
晶より多く収縮し、表面側に湾曲する。切断部１１付き
の自由端は、表面と細線部１０側の側面及び先端面に電
気絶縁膜ｎを付着する。

【００３８】また、固定棒部６と固定板部８、９は、先
ず、細線部１０形成位置の下側で接続した形状に形成
し、その接続部及び固定棒部６と固定板部８、９の表面
に、図４に示すように、母材のシリコン単結晶より熱膨
張係数の大きいニッケルのような金属ｍを高温で蒸着す
る。その後、接続部の上に形成された細線形状の蒸着金
属膜ｍを残して接続部のシリコン単結晶をエッチングで
除去する。常温になると、細線形状の蒸着金属膜ｍは、
シリコン単結晶より多く収縮し、固定棒部６と固定板部
８、９の間で緊張する。これが導電性の細線部１０にな
る。

【００３９】実施例では、片持ち梁部４、５の断面形状
は、２×１０μｍ位である。細線部１０の断面形状は、
１〜０．５×０．２μｍ位である。切断部１１の表面が
細線部１０の表面位置より突出する量は、２μｍ位であ
る。

【００４０】台座部３と各固定板部８、９には、図１に
示すように、それぞれ、電極１２、１３、１４を細線部
１０に電気的に導通して固定している。台座部３の電極
１２は、各固定板部８の電極１３、固定板部９の電極１
４にそれぞれ細線部１０を経て電気的に導通している。
台座部３の電極１２と固定板部９の電極１４との間は、
図５に示す電気回路と等価になる。細線部１０は、抵抗
器Ｒを構成する。抵抗値は、実施例では、１００Ω位で
ある。

【００４１】上記のチップは、図示しないが、各電極１
２、１３、１４にそれぞれ電線を接続し、パッケージに
真空密封する。

【００４２】この加速度センサは、使用する前に、各細
線部１０の電気的導通を確認する。台座部３の電極１２
と各固定板部８の電極１３との間の電気的導通をそれぞ
れ確認する。台座部３の電極１２と固定板部９の電極１
４との間の電気抵抗を測定して、電極１２と電極１４と
の間がその間のすべての細線部１０を経て電気的に導通
していることを確認する。

【００４３】また、使用の前に、保護具作動用の片持ち
梁部４の作動を確認し、保護具の作動に使用する片持ち
梁部４と細線部１０を選択する。左側から右側への慣性
力を加えて保護具作動用の各片持ち梁部４を撓ませる。
その際、加速度は、保護具を作動させる所定の値αから
各片持ち梁部４間の作動加速度差の値Δαを引いた値と
する。すると、１本または複数本の片持ち梁部４がそれ
ぞれ右側の細線部１０を切断する。切断された細線部１
０の右側に位置する片持ち梁部４は、右側の未切断の細
線部１０を切断する加速度が所定の値αになるので、そ
れらを保護具作動用に使用することとする。

【００４４】これは、片持ち梁部４、細線部１０の寸法
や、切断部１１とその右側の細線部１０との間の距離な
どの製作誤差によって、片持ち梁部４が細線部１０を切
断する加速度が変化し、乗員保護具を作動させる加速度
が所定の値αからずれるのを防止するためである。

【００４５】導通確認と作動確認を行った加速度センサ
は、その左右方向を自動車のような車両の前後方向に沿
わせ、その右側を車両の前側に向けて車両に固定する。

【００４６】車両の前面が衝突して車両と加速度センサ
に加速度が発生し、その加速度の前後方向の値が所定の
値αに達すると、作動確認によって選択した片持ち梁部
４が右側の細線部１０を切断する。その細線部１０によ
って構成される常閉接点は、開放し、電気信号を発生す
る。車両のエアバッグやプリテンショナ付きシートベル
トなどの乗員保護具が作動する。

【００４７】作動確認によって選択した細線部１０に定
電流を流しておくと、その電流は、図６に示すように、
細線部１０の切断によって、一定値iから急激に零にな
る。切断時の電気信号の発生が早い。乗員保護具の作動
が遅れない。

【００４８】車両衝突によって車両に発生する加速度
は、一般に、乗員保護具の作動後、更に増加する。する
と、加速度検出用の片持ち梁部５は、撓み易いものから
順次、その右側の細線部１０を切断する。

【００４９】車両の衛突後、台座部３の電極１２と固定
板部９の電極１４との間の電気抵抗を測定し、切断され
た細線部１０または未切断の細線部１０を検出する。車
両の衝突時の最大加速度が分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における加速度センサの正面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】同加速度センサの細線部と切断部を含む部分の
斜視図。

【図５】同加速度センサの台座部の電極と加速度検出用
固定板部の電極との間の等価電気回路図。

【図６】同加速度センサの保護具作動用の細線部を流れ
る電流の変化を示す線図。

【図７】従来例１の加速度センサの常開接点を流れる電
流の変化を示す線図。

【符号の説明】

４ 保護具作動用の片持ち梁部 ５ 加速度検出用の片持ち梁部 １０ 導電性の細線部 １１ 電気絶縁性の切断部

フロントページの続き (72)発明者 坂田 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 三木 一生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 木佐貫 義勝 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5G056 BE51 BF04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 慣性力による撓み易さが異なる複数の片
   持ち梁部を設け、各片持ち梁部にそれぞれ切断部を設
   け、各片持ち梁部の撓みによる各切断部の移動側にそれ
   ぞれ細線部を設け、片持ち梁部が所定の加速度で撓む
   と、片持ち梁部の切断部が細線部を切断する構成にした
   ことを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 慣性力によって撓む片持ち梁部を設け、
   片持ち梁部に電気絶縁性の切断部を設け、片持ち梁部の
   撓みによる切断部の移動側に導電性の細線部を設け、片
   持ち梁部が所定の加速度で撓むと、片持ち梁部の切断部
   が細線部を切断する構成にしたことを特徴とする加速度
   センサ。