JP2000258450A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に過大な曲げモーメントが作用するとい
うことはなく、これにより、歪検出素子の抵抗値が変動
してしまうということもなく、十分な出力電圧を確保で
きる加速度センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 重り部材２３をアーム部２４と質量部２
５とで構成し、かつアーム部２４と質量部２５が基板１
４の上部より下部側に位置するようにアーム部２４を基
板１４の上部に固着することにより、基板１４の上部に
作用するせん断力と曲げモーメント力を互いに逆方向に
し、この逆方向の作用により、第１の歪検出素子１５
ａ，１５ｂに加わる応力と第２の歪検出素子２１ａ，２
１ｂに加わる応力が互いに逆方向となるようにしたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に加わる
加速度を検出する加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の加速度センサとしては、
特開平８−２９２７３号公報に開示されたものが知られ
ている。

【０００３】以下、従来の加速度センサについて図面を
参照しながら説明する。

【０００４】図９は従来の加速度センサの斜視図、図１
０は同加速度センサの回路図である。

【０００５】図９、図１０において、１は金属からなる
基台である。２は弾性材料からなる金属の表面に絶縁層
を施した基板で、この基板２の上面には歪検出素子３お
よびこの歪検出素子３と電気的に接続された３つのバイ
アス抵抗４を設けており、前記歪検出素子３およびバイ
アス抵抗４によりブリッジ回路を構成している。５は重
り部材で、この重り部材５は前記基板２の上部に固着さ
れている。６は出力端子で、この出力端子６は前記基板
２の上面に設けており、前記歪検出素子３およびバイア
ス抵抗４と電気的に接続されている。

【０００６】以上のように構成された従来の加速度セン
サについて、次にその動作を説明する。

【０００７】重り部材５に例えば加速度等により外力が
作用すると、この外力により基板２が変形する。この基
板２の表面には歪検出素子３および３つのバイアス抵抗
４を設けており、前記基板２の変形量に比例して歪検出
素子３の抵抗値が変化する。そして、歪検出素子３およ
び３つのバイアス抵抗４によりブリッジ回路を構成して
おり、出力端子６から重り部材５に加わる外力を検出す
るものである。この場合、従来の加速度センサにおいて
は、重り部材５により作用する曲げモーメントが歪検出
素子３に最大に加わるようにするために、歪検出素子３
を基板２における下部に位置して設けるように構成して
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成においては、基板２に設けた歪検出素子３を基
板２の下部の表面に配置するようにしているため、出力
を最大にとるためには重り部材５により作用する曲げモ
ーメントが基板２の下部に最大に発生するようにする必
要があり、その結果として、基板２の下部に過大な曲げ
モーメントが作用することになるため、基板２の金属の
降伏点を越えるようなモーメントが作用すると、基板２
の表面に設けた歪検出素子３にクラックが生じ、これに
より、歪検出素子３の抵抗値が変動してしまうという課
題を有していた。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、基板に過大な曲げモーメントが作用するということ
はなく、これにより、歪検出素子の抵抗値が変動してし
まうということもなく、十分な出力電圧を確保できる加
速度センサを提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の加速度センサは、基台と、この基台の下部を
固着するとともに、表面の上部に第１の歪検出素子を設
け、かつ同一表面の下部に第２の歪検出素子を設け、さ
らに上方へ向かって突出する弾性材料からなる基板と、
この基板の上部に固着する重り部材とを備え、前記重り
部材をアーム部と質量部とで構成し、かつアーム部と質
量部が基板の上部より下部側に位置するようにアーム部
を基板の上部に固着することにより、前記基板の上部に
作用するせん断力と曲げモーメント力を互いに逆方向に
し、この逆方向の作用により、前記第１の歪検出素子に
加わる応力と第２の歪検出素子に加わる応力が互いに逆
方向となるようにしたもので、この構成によれば、基板
に過大な曲げモーメントが作用するということはなく、
これにより、歪検出素子の抵抗値が変動してしまうとい
うこともなく、十分な出力電圧を確保できる加速度セン
サを提供することができるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基台と、この基台の下部を固着するとともに、表面
の上部に第１の歪検出素子を設け、かつ同一表面の下部
に第２の歪検出素子を設け、さらに上方へ向かって突出
する弾性材料からなる基板と、この基板の上部に固着す
る重り部材とを備え、前記重り部材をアーム部と質量部
とで構成し、かつアーム部と質量部が基板の上部より下
部側に位置するようにアーム部を基板の上部に固着する
ことにより、前記基板の上部に作用するせん断力と曲げ
モーメント力を互いに逆方向にし、この逆方向の作用に
より、前記第１の歪検出素子に加わる応力と第２の歪検
出素子に加わる応力が互いに逆方向となるようにしたも
ので、この構成によれば、重り部材をアーム部と重量部
とで構成し、かつアーム部と質量部が基板の上部より下
部側に位置するようにアーム部を基板の上部に固着する
ことにより、前記基板の上部に作用するせん断力と曲げ
モーメント力を互いに逆方向にし、この逆方向の作用に
より前記第１の歪検出素子に加わる応力と第２の歪検出
素子に加わる応力が互いに逆方向となるようにしている
ため、せん断力と曲げモーメント力とにより生じる基板
の変位が基板の略中央で変曲点を持つことになり、これ
により、基板全体としての変位量が少なくなるととも
に、基板の上部および下部のそれぞれに加わる歪量を十
分に確保することができるため、基板に過大な曲げモー
メントが作用することもなく、十分な出力電圧が発生す
るという作用を有するものである。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の重り部材の重心が基板の長手方向の略中央に位置する
ようにしたもので、この構成によれば、重り部材の重心
が基板の長手方向の略中央に位置しているため、基板が
変形する際の変位の変曲点がほぼ基板の長手方向の略中
央になり、その結果、基板における第１の歪検出素子お
よび第２の歪検出素子に加わる歪の絶対値が略等しくな
るという作用を有するものである。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の基板の裏面の上部に第３の歪検出素子を設け、かつ同
一裏面の下部に第４の歪検出素子を設け、第１の歪検出
素子および第２の歪検出素子とによりブロック回路を構
成するようにしたもので、この構成によれば、基板の裏
面の上部に第３の歪検出素子を設け、かつ同一裏面の下
部に第４の歪検出素子を設け、第１の歪検出素子および
第２の歪検出素子とによりブロック回路を構成するよう
にしているため、第１の歪検出素子および第２の歪検出
素子の出力に第３の歪検出素子および第４の歪検出素子
の出力が加算されることになり、その結果として、基板
の幅を小にすることにより加速度センサを小型にできる
とともに、加速度センサの出力特性が向上するという作
用を有するものである。

【００１４】請求項４に記載の発明は請求項１〜３のい
ずれかに記載の重り部材を基板の表面側および裏面側
に、基板の表面および裏面と離間するように設け、かつ
基板が基台に対して垂直に支持されるように構成したも
ので、この構成によれば、重り部材を基板の表面側およ
び裏面側に、基板の表面および裏面と離間するように設
け、かつ基板が基台に対して垂直に支持されるように構
成しているため、加速度センサに加速度が付加されてい
ない状態においては、基板が垂直に支持されていること
になり、その結果として、加速度センサから出力される
出力信号の初期値が零となるため、別個に初期状態にお
ける加速度の出力信号を零リセットする回路を設ける必
要がないという作用を有するものである。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかに記載の基板の略中央の断面積を基板の上部お
よび下部の断面積よりも小さくしたもので、この構成に
よれば、基板の略中央の断面積を基板の上部および下部
の断面積よりも小さくしているため、加速度センサに加
わる加速度により、基板が変形した際に基板に生じる曲
げモーメント力は基板の上部および下部から略中央に拡
散することになり、これにより、基板の上部および下部
に応力が集中することはなくなるため、基板の寿命が向
上するという作用を有するものである。

【００１６】請求項６に記載の発明は請求項１〜４のい
ずれかに記載の基板の略中央の幅を基板の上部および下
部の幅より小さくしたもので、この構成によれば、基板
の略中央の幅を基板の上部および下部の幅よりも小さく
しているため、基板の厚みを均一にすることにより、基
板の略中央の断面積を基板の上部および下部の断面積よ
りも小さくすることができ、これにより、請求項５と同
様に基板の寿命が向上するとともに、基板の厚みが均一
であるため、基板に第１の歪検出素子および第２の歪検
出素子を印刷するのが容易に行えるという作用を有する
ものである。

【００１７】請求項７に記載の発明は請求項１〜６のい
ずれかに記載の重り部材を構成する質量部の厚みをアー
ム部の厚みより大きくしたもので、この構成によれば、
重り部材を構成する質量部の厚みをアーム部の厚みより
大きくしているため、重り部材の重心が下がることにな
り、これにより、高さの低い小型の加速度センサを提供
することができるという作用を有するものである。

【００１８】以下、本発明の一実施の形態における加速
度センサについて、図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施の形態における加速
度センサの分解斜視図、図２は同加速度センサのケース
を外した状態における側面図、図３は同加速度センサに
おける基板の上面図、図４は同加速度センサの回路図で
ある。

【００２０】図１〜図４において、１１は金属からなる
基台で、この基台１１の上面には固着部材１２を設けて
おり、この固着部材１２には一対の貫通孔１３を設けて
いる。１４は弾性材料からなる例えばステンレス等のベ
ース基材（図示せず）の上面に絶縁ガラス層（図示せ
ず）を設けた基板で、この基板１４は前記基台１１にお
ける固着部材１２の貫通孔１３にボルトねじ１３ａを挿
通することにより、下部が固着部材１２に固着されてい
る。また前記基板１４の表面の上部には一対の第１の歪
検出素子１５ａ，１５ｂを設けており、この一対の第１
の歪検出素子１５ａ，１５ｂのうちの一方の第１の歪検
出素子１５ａは一端を回路パターン１６を介して電源電
極１７と電気的に接続するとともに、他端を第１の出力
電極１８と電気的に接続している。また他方の第１の歪
検出素子１５ｂは一端を第２の出力電極１９と電気的に
接続するとともに、他端を第１のＧＮＤ電極２０と回路
パターン１６を介して電気的に接続している。そしてま
た前記基板１４における表面の下部には一対の第２の歪
検出素子２１ａ，２１ｂを設けており、この一対の第２
の歪検出素子２１ａ，２１ｂのうちの一方の第２の歪検
出素子２１ａは一端を前記電源電極１７と電気的に接続
するとともに、他端を第２の出力電極１９と回路パター
ン１６を介して電気的に接続している。さらに他方の第
２の歪検出素子２１ｂは一端を第１の出力電極１８と電
気的に接続するとともに他端を第２のＧＮＤ電極２２と
電気的に接続している。そして前記基板１４における一
対の第１の歪検出素子１５ａ，１５ｂ、第２の歪検出素
子２１ａ，２１ｂ、電源電極１７、第１の出力電極１
８、第２の出力電極１９、第１のＧＮＤ電極２０および
第２のＧＮＤ電極２２によりブリッジ回路を構成してい
る。そしてまた前記基板１４は厚みを一定にするととも
に、基板１４における略中央の幅を基板１４の上部およ
び下部の幅より小さくなるように構成しており、この構
成により、基板１４の上部および下部に集中する曲げモ
ーメント力を略中央に向かって拡散させることができる
ため、基板１４における上部および下部に応力が集中す
るということはなくなり、その結果、基板１４の寿命が
向上するという作用効果を有するものである。２３は金
属製の重り部材で、この重り部材２３は前記基板１４の
上部にボルトねじ２３ａにより固着されるアーム部２４
と、このアーム部２４と接続されている質量部２５とに
より構成されている。そしてこのアーム部２４と質量部
２５とは基板１４の上部より下部側に位置するように固
着しており、これにより、重り部材２３の変位により基
板１４の上部に作用するせん断力と曲げモーメント力が
互いに逆方向になるように構成している。

【００２１】また前記重り部材２３における重心は基板
１４の長手方向の略中央に位置するように構成している
もので、このような構成とすることにより、基板１４が
変形する際の変位の変曲点がほぼ基板１４の長手方向の
略中央になるため、基板１４における第１の歪検出素子
１５ａ，１５ｂおよび第２の歪検出素子２１ａ，２１ｂ
に加わる歪の絶対値が略等しくなるという作用効果を有
するものである。

【００２２】さらに重り部材２３は前記基板１４の表面
側および裏面側に、基板１４の表面および裏面と離間す
るように設け、かつ基板１４が基台１１に対して垂直に
支持されるように構成しているもので、このような構成
とすることにより、加速度センサに加速度が付加されて
いない状態においては、基板１４が垂直に支持されてい
ることになり、その結果として、加速度センサから出力
される出力信号の初期値が零となるため、別個に初期状
態における加速度の出力信号を零リセットする回路を設
ける必要がないという作用効果を有するものである。

【００２３】また重り部材２３を構成する質量部２５は
厚みをアーム部２４の厚みよりも大きくしているもの
で、このような構成とすることにより、重り部材２３と
しての重心が質量部２５の厚みにより下がるため、重り
部材２３の重心を基板１４の長手方向の略中央に位置さ
せることが容易となり、その結果、加速度センサ全体と
しての高さの低い小型化を図ることができるという作用
効果を有するものである。

【００２４】２６は有底筒状の金属からなるケースで、
このケース２６は下端を前記基台１１の外側面に固着す
るとともに、内部に前記基板１４および一対の重り部材
２３を収納している。また前記ケース２６の内側面を前
記重り部材２３における質量部２５の外側面に当接させ
ることにより、ケース２６が重り部材２３の変位に対す
るストッパーの役割をするものである。

【００２５】以上のように構成された本発明の一実施の
形態における加速度センサについて、次にその組立方法
を説明する。

【００２６】まず、予め準備された金属ベース基材（図
示せず）にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、
約８５０℃で約４５分間焼成し、基板１４を形成する。

【００２７】次に、前記基板１４の表面に位置してメタ
ルグレーズ系のカーボンのペーストを印刷し、約８５０
℃で約４５分間焼成し、前記基板１４の上面に一対の第
１の歪抵抗素子１５ａ，１５ｂおよび一対の第２の歪検
出素子２１ａ，２１ｂを形成する。

【００２８】この場合、基板１４は略中央の幅を基板１
４の上部および下部の幅よりも小さくしているため、基
板１４の厚みを均一にするとことにより、基板１４の略
中央の断面積を基板１４の上部および下部の断面積より
も小さくすることができ、これにより、基板１４の寿命
が向上するとともに、基板１４の厚みが均一であるた
め、基板１４に第１の歪検出素子１５ａ，１５ｂおよび
第２の歪検出素子２１ａ，２１ｂを印刷するのが容易に
行えるという作用効果を有するものである。

【００２９】次に、前記基板１４の下部でかつ表面に位
置して銀のペーストを印刷し、約８５０℃で約４５分間
焼成し、前記基板１４に電源電極１７、第１の出力電極
１８、第２の出力電極１９、第１のＧＮＤ電極２０、第
２のＧＮＤ電極２２を形成する。

【００３０】次に、前記基板１４を前記基台１１におけ
る固着部材１２にボルトねじ１３ａ等で固着した後、基
板１４の上部に一対の重り部材２３をボルトねじ２３ａ
等で固着する。

【００３１】最後に、前記基板１４および一対の重り部
材２３を内側に収納するように前記基台１１の外側面に
ケース２６の内側面の下部を固着する。

【００３２】以上のようにして組み立てられた本発明の
一実施の形態における加速度センサについて、次にその
動作を説明する。

【００３３】重り部材２３に例えば加速度等により外力
が作用すると、この外力により基板１４が変形する。こ
の基板１４の表面には一対の第１の歪検出素子１５ａ，
１５ｂおよび一対の第２の歪検出素子２１ａ，２１ｂが
設けられており、前記基板１４の変形量に比例して一対
の第１の歪検出素子１５ａ，１５ｂおよび一対の第２の
歪検出素子２１ａ，２１ｂの抵抗値が変化する。そして
一対の第１の歪検出素子１５ａ，１５ｂおよび一対の第
２の前記歪検出素子２１ａ，２１ｂによりブリッジ回路
が構成されているため、前記第１の出力電極１８および
第２の出力電力１９から出力される電圧差により、前記
重り部材２３に加わる加速度を検出するものである。

【００３４】上記した本発明の一実施の形態における加
速度センサにおいては、重り部材２３をアーム部２４と
質量部２５とで構成し、かつアーム部２４と質量部２５
が基板１４の上部より下部側に位置するようにアーム部
２４を基板１４の上部に固着することにより、基板１４
の上部に作用するせん断力と曲げモーメント力が互いに
逆方向になるようにしているため、この逆方向の作用に
より、図５に示すように前記基板１４における変位の変
曲点が基板１４の長手方向の略中央に位置することにな
り、その結果、第１の歪検出素子１５ａ，１５ｂに加わ
る応力が圧縮応力になるとともに、第２の歪検出素子２
１ａ，２１ｂに加わる応力が引張応力となるため、基板
１４全体としては、少ない変位でしかも十分な出力信号
を検出することができるという作用効果を有するもので
ある。

【００３５】ここで、基板１４の断面積が基板１４にお
ける上部から下部まで一定である場合を考えて見ると、
従来の加速度センサにおいては図６に示すように、基板
１４の上部あるいは下部になるに従い、曲げモーメント
力が略直線上に増加するため、基板１４の上部あるいは
下部に応力が集中し、基板１４の表面に設けた歪検出素
子１５ａ，１５ｂ，２１ａおよび２１ｂにクラックが生
じ、歪検出素子の抵抗値が変動してしまうという課題を
有していたが、本発明の一実施の形態における加速度セ
ンサにおいては、図７に示すように、基板１４の略中央
の断面積を基板１４の上部および下部の断面積よりも小
さくしているため、加速度センサに加わる加速度によ
り、基板１４が変形した際に基板に生じる曲げモーメン
ト力は基板１４の上部および下部から略中央に拡散する
ことになり、これにより、基板１４の上部および下部に
応力が集中することはなくなるため、基板１４の寿命が
向上するという作用効果を有するものである。

【００３６】なお、上記本発明の一実施の形態における
加速度センサにおいては、基板１４の上部に一対の重り
部材２３を固着する構成としたものについて説明した
が、図８に示すように重り部材２３を基板１４における
表面側のみに固着しても良いものである。

【００３７】また本発明の一実施の形態における加速度
センサにおいては、基板１４の表面のみに第１の歪検出
素子１５ａ，１５ｂおよび第２の歪検出素子２１ａ，２
１ｂを設けた構成について説明したが、基板１４の裏面
の上部に第３の歪検出素子（図示せず）を設け、かつ同
一裏面の下部に第４の歪検出素子（図示せず）を設け、
第１の歪検出素子１５ａおよび第２の歪検出素子２１ａ
とによりブロック回路を構成してもよいもので、この構
成によれば、基板１４の裏面の上部に第３の歪検出素子
（図示せず）を設け、かつ同一裏面の下部に第４の歪検
出素子（図示せず）を設け、第１の歪検出素子１５ａお
よび第２の歪検出素子２１ａとによりブロック回路を構
成するようにしているため、第１の歪検出素子１５ａお
よび第２の歪検出素子２１ａの出力に第３の歪検出素子
（図示せず）および第４の歪検出素子（図示せず）の出
力が加算されることになり、その結果として、基板１４
の幅を小にすることにより加速度センサを小型にできる
とともに、加速度センサの出力特性が向上するという作
用効果を有するものである。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の加速度センサは、
基台と、この基台の下部を固着するとともに、表面の上
部に第１の歪検出素子を設け、かつ同一表面の下部に第
２の歪検出素子を設け、さらに上方へ向かって突出する
弾性材料からなる基板と、この基板の上部に固着する重
り部材とを備え、前記重り部材をアーム部と質量部とで
構成し、かつアーム部と質量部が基板の上部より下部側
に位置するようにアーム部を基板の上部に固着すること
により、前記基板の上部に作用するせん断力と曲げモー
メント力を互いに逆方向にし、この逆方向の作用によ
り、前記第１の歪検出素子に加わる応力と第２の歪検出
素子に加わる応力が互いに逆方向となるようにしたもの
で、この構成によれば、重り部材をアーム部と重量部と
で構成し、かつアーム部と質量部が基板の上部より下部
側に位置するようにアーム部を基板の上部に固着するこ
とにより、前記基板の上部に作用するせん断力と曲げモ
ーメント力を互いに逆方向にし、この逆方向の作用によ
り前記第１の歪検出素子に加わる応力と第２の歪検出素
子に加わる応力が互いに逆方向となるようにしているた
め、せん断力と曲げモーメント力とにより生じる基板の
変位が基板の略中央で変曲点を持つことになり、これに
より、基板全体としての変位量が少なくなるとともに、
基板の上部および下部のそれぞれに加わる歪量を十分に
確保することができるため、基板の全体としての変位が
少なくなるとともに、基板に過大な曲げモーメントが作
用することもなく、十分な出力電圧を確保できる加速度
センサを提供することができるという効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における加速度センサの
分解斜視図

【図２】同加速度センサのケースを外した状態における
側面図

【図３】同加速度センサにおける基板の上面図

【図４】同加速度センサの回路図

【図５】同加速度センサの動作状態を示す側面図

【図６】従来の加速度センサの基板に加速度が加わった
状態における応力状態を示す図

【図７】本発明の一実施の形態における加速度センサの
基板に加速度が加わった状態における応力状態を示す図

【図８】本発明の他の実施の形態における加速度センサ
の側面図

【図９】従来の加速度センサの斜視図

【図１０】同加速度センサの回路図

【符号の説明】

１１ 基台 １４ 基板 １５ａ，１５ｂ 第１の歪検出素子 ２１ａ，２１ｂ 第２の歪検出素子 ２３ 重り部材 ２４ アーム部 ２５ 質量部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、この基台の下部を固着するとと
   もに、表面の上部に第１の歪検出素子を設け、かつ同一
   表面の下部に第２の歪検出素子を設け、さらに上方へ向
   かって突出する弾性材料からなる基板と、この基板の上
   部に固着する重り部材とを備え、前記重り部材をアーム
   部と質量部とで構成し、かつアーム部と質量部が基板の
   上部より下部側に位置するようにアーム部を基板の上部
   に固着することにより、前記基板の上部に作用するせん
   断力と曲げモーメント力を互いに逆方向にし、この逆方
   向の作用により、前記第１の歪検出素子に加わる応力と
   第２の歪検出素子に加わる応力が互いに逆方向となるよ
   うにした加速度センサ。
2. 【請求項２】 重り部材の重心が基板の長手方向の略中
   央に位置するようにした請求項１記載の加速度センサ。
3. 【請求項３】 基板の裏面の上部に第３の歪検出素子を
   設け、かつ同一裏面の下部に第４の歪検出素子を設け、
   第１の歪検出素子および第２の歪検出素子とによりブロ
   ック回路を構成するようにした請求項１記載の加速度セ
   ンサ。
4. 【請求項４】 重り部材を基板の表面側および裏面側
   に、基板の表面および裏面と離間するように設け、かつ
   基板が基台に対して垂直に支持されるように構成した請
   求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
5. 【請求項５】 基板の略中央の断面積を基板の上部およ
   び下部の断面積よりも小さくした請求項１〜４のいずれ
   かに記載の加速度センサ。
6. 【請求項６】 基板の略中央の幅を基板の上部および下
   部の幅より小さくした請求項１〜４のいずれかに記載の
   加速度センサ。
7. 【請求項７】 重り部材を構成する質量部の厚みをアー
   ム部の厚みより大きくした請求項１〜６のいずれかに記
   載の加速度センサ。