JP2002372549A - 加速度センサデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で破損を防止でき、製造工程数を低
減できる加速度センサデバイスを提供する。 【解決手段】加速度センサデバイス11は、センサ部12
と、台座部13とを備えている。センサ部12は、枠部12ａ
と、マス部14とを備え、マス部14は枠部12ａに梁14ａで
変位可能に支持されている。各梁14ａには、歪みゲージ
12ｃが形成されている。マス部14の底面には窪み14ｂが
形成され、窪み14ｂにおいて重り15が接合されている。
台座部13には貫通孔13ａが設けられ、貫通孔13ａを構成
する壁面13ｂは、重り15と当接しないテーパー状に形成
されている。センサ部12と台座部13とは陽極接合されて
いる。台座部13の壁面13ｂと、重り15とで、移動規制手
段が構成されている。重り15と台座部13とのクリアラン
スは、センサ部12の破損が発生しないレベルの変位のみ
しか、重り15が変動しない状態に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサデバ
イスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの自動車にはエアバッグシス
テムが装備されている。一般に同システムは、エアバッ
グ、点火装置、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等からな
る。車両が衝突したとき、ＥＣＵは、加速度センサを介
して加速度の急激な変化を感知し、加速度が設定値以上
であると判断した場合、ＥＣＵは点火装置を作動させ
る。その結果、加熱されたエアの熱膨張により、折り畳
まれていたエアバッグが瞬時に膨らむようになってい
る。

【０００３】このような加速度センサの例として、図４
に示すものがある。図４（ａ）に示すように、加速度セ
ンサ８０は、シリコン製のセンサ部８１が、ガラス製の
上部ストッパ８２ａと下部ストッパ８２ｂとで挟まれた
状態で、陽極接合により接合されている。この加速度セ
ンサ８０に上方向から力が加わる場合には、慣性力によ
りセンサ部８１が上方へ撓んで、上部ストッパ８２ａと
当接する。逆に、加速度センサ８０に下方向から力が加
わる場合には、下方へ撓んで下部ストッパ８２ｂと当接
する。従って、上部ストッパ８２ａ及び下部ストッパ８
２ｂが設けられたことにより、センサ部８１の破損が防
止されるように構成されている。

【０００４】しかし、図４（ａ）に示す加速度センサ８
０の構成では、加速度を検知する感度がよくなかった。
そこで、センサ部８１の感度を向上させる為、図４
（ｂ）に示すように、センサ部８１のマス部８１ａに重
り８２ｃを設けた加速度センサ８３がある。重り８２ｃ
はガラスで形成され、マス部８１ａの底面に接合されて
いる。重り８２ｃの側面は、下部ストッパ８２ｂの側面
と当接しないように構成されている。そして、加速度セ
ンサ８３に上方向から力が加わる場合には、前記構成と
同様に、センサ部８１が上方へ撓んで、上部ストッパ８
２ａと当接する。逆に、加速度センサ８３に下方向から
力が加わる場合には、下方へ撓んでマス部８１ａの側面
と下部ストッパ８２ｂとが当接する。従って、センサ部
８１の破損が防止されるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、加速度セン
サ８３では、重り８２ｃを別途形成する必要があった。
また、図４（ａ），（ｂ）に示す構成では、加速度セン
サ８０，８３の破損を防止する上部ストッパ８２ａと、
下部ストッパ８２ｂとを設ける必要があるため、センサ
部８１と、上部ストッパ８２ａ及び下部ストッパ８２ｂ
との接合箇所が増えていた。従って、加速度センサ８
０，８３の製造工程数が多くなっていた。

【０００６】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、簡単な構成で破損を防止で
き、製造工程数を低減できる加速度センサデバイスを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、センサ部と、前記セン
サ部と接合される台座部とを備え、前記センサ部に、前
記センサ部の撓みに基いて加速度を検出する検出部が構
成される加速度センサデバイスであって、前記センサ部
に重りが備えられ、前記台座部に前記重りが所定距離以
上移動するのを規制する移動規制手段が形成された。

【０００８】この発明によれば、センサ部に過大な加速
度による慣性力が作用しても、移動規制手段が設けられ
たことにより、重りが所定距離以上移動するのが規制さ
れる。従って、加速度センサデバイスの破損が防止され
る。また、重りが設けられたことにより、加速度を検知
する感度が向上される。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記センサ部の前記台座部と反対側
の面から前記センサ部と前記台座部との接合面までの厚
みと、前記反対側の面から前記センサ部と前記重りとの
接合面までの厚みとが、ほぼ同一である。

【００１０】この発明によれば、センサ部の台座部及び
重りと接合される箇所の厚みが、ほぼ同一であることに
より、厚みが異なる構成と比較して、センサ部の加工が
容易となる。また、ほぼ同一面で接合されることによ
り、接合も簡単となる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記台座部には、前記
重りが、前記センサ部側又は前記センサ部と反対側のい
ずれの方向に対しても、所定距離以上移動するのを規制
する移動規制手段が形成された。

【００１２】この発明によれば、センサ部に過大な加速
度による慣性力が作用しても、台座部に形成された移動
規制手段により、センサ部側又はセンサ部と反対側のい
ずれの方向に対しても、重りが所定距離以上移動するの
が規制される。

【００１３】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の発明において、前記移動規制手段は前記台座部に形
成された開口部により構成され、該開口部は、前記台座
部の前記センサ部側と反対側よりも前記センサ部側が狭
くなるようにテーパー状に形成されている。

【００１４】この発明によれば、開口部がテーパー状に
形成されたことにより、センサ部に慣性力が作用して
も、重り又はセンサ部が、テーパー状に形成された開口
部と当接して、所定距離以上移動するのが規制される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエアバッグシステ
ム用の加速度センサデバイスに具体化した一実施の形態
を図１及び図２に従って説明する。

【００１６】図１（ａ）に示すように、加速度センサデ
バイス１１は、シリコン製のセンサ部１２と、ガラス
（この実施の形態では、パイレックスガラス（商品
名））製の台座部１３とを備えている。

【００１７】センサ部１２は、図１（ｃ）に示すよう
に、四角形状に形成され、四辺に沿って所定幅の枠部１
２ａを備えている。センサ部１２の中央付近には、略四
角形のマス部１４が形成され、マス部１４は、マス部１
４の各四辺中央と連結される梁１４ａで支持されてい
る。図１（ａ）に示すように、梁１４ａは、マス部１４
と比較して肉薄に形成されている。マス部１４と梁１４
ａとを形成する際のエッチングにより、マス部１４と梁
１４ａ以外の箇所は、孔１２ｂとなるように形成されて
いる。即ち、４本の梁１４ａによって、マス部１４は変
位可能となるように四方から支持されている。各梁１４
ａの両端部外側付近の台座部１３と反対側の面には、検
出部としての歪みゲージ１２ｃがそれぞれ形成されてい
る。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ線
での模式断面図である。

【００１８】図１（ａ）に示すように、マス部１４の側
面及びマス部１４の側面と対向する枠部１２ａの側面
は、下方に向かって開口部が広くなるようにテーパー状
に形成されている。即ち、マス部１４は、下方に向かっ
て略四角錐台形状となるように構成されている。

【００１９】図１（ａ），（ｂ）に示すように、マス部
１４の台座部１３側となる底面には、窪み１４ｂが形成
され、窪み１４ｂにおいて、重量増加による感度向上を
目的としたガラス（この実施の形態では、パイレックス
ガラス）製の球状の重り１５が、マス部１４に接合され
ている。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）の部分拡大模
式断面図である。

【００２０】図１（ａ）に示すように、台座部１３のマ
ス部１４と対応する位置には、略円錐台形状の開口部と
しての貫通孔１３ａが設けられている。台座部１３の貫
通孔１３ａを構成する壁面１３ｂは、テーパー状に形成
されている。重り１５と壁面１３ｂとのクリアランス
は、慣性力が重り１５に作用する状態で、重り１５が所
定距離移動すると、重り１５が、壁面１３ｂと当接し
て、重り１５が所定距離以上移動することを規制するよ
うに形成されている。なお、台座部１３の壁面１３ｂ
と、重り１５とで移動規制手段が構成されている。

【００２１】台座部１３のセンサ部１２と当接する面
は、センサ部１２の枠部１２ａの底面と接合されてい
る。また、台座部１３の底面は、加速度センサデバイス
１１と別体の金属製のマザーボードＭに接着材により接
合され、重り１５は、マザーボードＭと当接しない状態
で収容されている。

【００２２】次に、上記構成の加速度センサデバイス１
１の動作について説明する。本実施の形態の加速度セン
サデバイス１１は、図１（ａ）の上側（センサ部１２
側）を自動車の進行方向側に向けるようにして配置され
る。自動車が停止している場合や等速運動をしている場
合には、加速度はゼロであるため、加速度センサデバイ
ス１１は、図１（ａ）の状態を維持する。即ち、歪みゲ
ージ１２ｃに変位は生じていない。

【００２３】自動車が正面衝突をした場合には、自動車
が急激に減速することとなり、加速度センサデバイス１
１の全体に大きな加速度（負の加速度）が加わり、図２
に示すように、矢印Ｆ１方向への慣性力が、重り１５及
びセンサ部１２に作用する。そして、センサ部１２が撓
み、歪みゲージ１２ｃに歪みが生じる。その結果、ピエ
ゾ抵抗効果によって、歪みゲージ１２ｃの抵抗値が、セ
ンサ部１２の撓み量に応じて変化する。そして、この抵
抗値の変化を検出することによって、加速度が検知され
る。その結果、図示しない接点が閉じられ、出力端子を
介してデバイス外部に大きな電流が速やかに出力され、
この出力電流に基づいて点火装置が作動し、さらに搭乗
者の前面にあるエアバッグが瞬時に膨らむようになって
いる。

【００２４】この際、重り１５が貫通孔１３ａを構成す
る壁面１３ｂと係合することによって、センサ部１２が
矢印Ｆ１方向へ所定距離以上移動することが規制される
ため、センサ部１２の破損が防止される。

【００２５】また、図２に示す矢印Ｆ１方向と逆方向に
慣性力が作用した際には、重り１５はマザーボードＭと
当接することにより、センサ部１２の移動が規制され、
センサ部１２の破損が防止される。なお、図１（ａ）に
おいて、重り１５に対して左右いずれかの横方向に慣性
力が作用した際には、重り１５は、壁面１３ｂと当接す
ることによって、センサ部１２の移動が規制され、セン
サ部１２の破損が防止される。

【００２６】次に、上記のように構成された加速度セン
サデバイス１１の製造方法について説明する。加速度セ
ンサデバイス１１が製造される際は、まず、センサ部１
２を構成する所定厚さの四角形状のシリコン基板が用意
され、エッチングにより、枠部１２ａと、マス部１４
と、梁１４ａとが形成される。この際、マス部１４の側
面と、該側面と対向する側面は、テーパー状となるよう
に形成される。枠部１２ａとマス部１４とは、ほぼ同一
面に形成され、マス部１４の底面に、窪み１４ｂが形成
される。梁１４ａは、マス部１４と比較して肉薄に形成
される。梁１４ａ以外の箇所は、表面及び裏面とが貫通
した孔１２ｂとなる。

【００２７】次に、マス部１４及び梁１４ａが形成され
たシリコン基板の上面に、図示しないマスクが配置さ
れ、イオン注入などによってホウ素が打ち込まれ、歪み
ゲージ１２ｃが形成される。そして、センサ部１２が完
成する。

【００２８】次に、台座部１３を構成するパイレックス
ガラス基板が用意され、サンドブラストにより、略円錐
台形状の貫通孔１３ａが形成される。そして、台座部１
３が完成する。

【００２９】そして、センサ部１２及び台座部１３は、
図１（ａ）に示す状態に対し、上下が逆に配置された状
態で、センサ部１２と台座部１３とが当接され、マス部
１４の窪み１４ｂに重り１５が配置される。

【００３０】次に、図１において、枠部１２ａの底面と
台座部１３の枠部１２ａと当接する上面との接合面及び
窪み１４ｂと重り１５との接合面が、陽極接合により一
括で接合され、加速度センサデバイス１１が完成する。
なお、この陽極接合の際に使用される電極は、重り１５
と台座部１３とを同時に押さえることができるように構
成されている。

【００３１】この加速度センサデバイス１１が使用され
る際は、加速度センサデバイス１１が、別体のマザーボ
ードＭに接合された状態で使用される。この実施の形態
は、以下のような効果を有する。

【００３２】（１）過大な加速度によって、センサ部１
２に、図２に示す矢印Ｆ１方向の慣性力が作用しても、
貫通孔１３ａを構成する壁面１３ｂがテーパー状に形成
されていることにより、重り１５がセンサ部１２側に移
動する際、重り１５と壁面１３ｂとが係合して、重り１
５は、所定距離以上の移動が規制される。従って、セン
サ部１２が過大に撓むことによる破損を防止できる。

【００３３】（２）重り１５がマザーボードＭ側に移動
する慣性力が作用しても、重り１５とマザーボードＭと
が当接することにより、重り１５の移動を規制でき、セ
ンサ部１２の破損を防止できる。また、図１（ａ）にお
いて、センサ部１２に対して、左右方向に慣性力が作用
した際には、重り１５が壁面１３ｂと当接することによ
り、重り１５の移動を規制でき、センサ部１２の破損を
防止できる。

【００３４】以上の効果より、センサ部１２に作用する
上下左右方向に慣性力に関し、従来技術と比較して、台
座部１３の壁面１３ｂと、重り１５とで移動規制手段が
構成され、少ない部品点数でセンサ部１２の破損防止対
策を一括で実施できる。

【００３５】（３）マス部１４の底面に窪み１４ｂが形
成されたことにより、加速度センサデバイス１１の製造
過程において、球状に形成された重り１５の位置決めを
容易に行うことができる。

【００３６】（４）重り１５がマス部１４に設けられた
ことにより、加速度を検知する感度を向上できる。 （５）センサ部１２の台座部１３と反対側の面から枠部
１２ａの底面までの厚みと、前記反対側の面からマス部
１４の底面までの厚みとが、ほぼ同一であることによ
り、センサ部１２を製造する際に、重りをマス部と一体
形成するような構成と比較して厚みを変える必要がな
い。そのため、センサ部１２の加工が容易となる。ま
た、ほぼ同一面で陽極接合されることにより、接合も簡
単となる。従って、製造工程数を低減できる。

【００３７】（６）センサ部１２がシリコンで形成さ
れ、台座部１３及び重り１５がガラスで形成されたこと
により、シリコン製のセンサ部１２に陽極、ガラス製の
台座部１３及び重り１５に陰極の電極を当接することに
よって、容易に陽極接合を行うことができる。

【００３８】なお、実施の形態は上記に限らず、例えば
以下のように変更してもよい。 ・重り１５は、球状に限らず、図３に示すように、段部
２０が形成された円柱状の重り２１に変更してもよい。
この場合、マス部１４の底面に窪み１４ｂを形成せず、
貫通孔１３ａには、段部２０と当接するように凸部２２
が形成される。従って、重り２１に、上方向に移動する
慣性力が作用した際には、段部２０と凸部２２とが当接
することによって、重り２１の移動を規制でき、センサ
部１２の破損を防止できる。

【００３９】・上記実施の形態では、図２に示す矢印Ｆ
２方向と逆方向に慣性力が作用した際には、重り１５は
マザーボードＭと当接することにより、センサ部１２の
移動が規制される構成であったが、マス部１４の側面
が、貫通孔１３ａのセンサ部１２側の周縁部と当接し
て、重り１５の移動が規制される構成に変更してもよ
い。また、マス部１４の側面と当接する前記周縁部を、
丸みを付ける構成に変更してもよい。この場合も、セン
サ部１２の破損を防止できる。また、前記周縁部に丸み
を付けることにより、マス部１４の側面の損傷を防止で
きる。

【００４０】・重り１５は、球状に限らず、台座部１３
の貫通孔１３ａの略円錐台形状と同じ形状でもよい。 ・貫通孔１３ａは、略円錐台形状に限らず、略角錐台形
状でもよい。

【００４１】・センサ部１２と台座部１３との接合は、
陽極接合に限らず、接着剤による接合に変更してもよ
い。この場合、台座部１３をガラス以外の別の物質、例
えば、シリコンで形成し、センサ部１２と台座部１３と
の接合を接着剤で行う構成に変更してもよい。

【００４２】・重り１５をマス部１４に接合する構成に
限らず、マス部１４自体を大きく形成してもよい。この
場合、重りは、サンドブラストによりマス部１４と重り
とを同時に一体形成され、上記実施の形態と比較して、
部品点数を低減できる。

【００４３】・マス部１４を４本の梁１４ａで支持する
構成に限らず、１〜３本あるいは５本以上のいずれかの
梁で支持する構成に変更してもよい。この場合、梁１４
ａの本数によって、加速度を検知する感度を調節でき
る。

【００４４】・本発明の加速度センサデバイス１１は、
実施形態のようなエアバッグシステム用に限られない。
従って、それ以外の用途、例えばＡＢＳ（アンチロック
ブレーキシステム）やサスペンションコントロールシス
テム等に適用されることも可能である。

【００４５】次に上記実施の形態から把握できる技術的
思想について、以下に記載する。 （１）請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明にお
いて、前記検出部は、歪みゲージである。

【００４６】（２）請求項１及び請求項３又は請求項４
のいずれかに記載の発明において、前記重りは、前記セ
ンサ部と一体形成されている。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１〜請求
項４に記載の発明によれば、簡単な構成で破損を防止で
き、製造工程数を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は加速度センサを示し、（ｃ）のＡ−Ａ
線における模式断面図、（ｂ）は同じく部分拡大模式断
面図、（ｃ）は同じく模式平面図。

【図２】作用を示す模式断面図。

【図３】別例を示す模式断面図。

【図４】（ａ）は従来技術を示す模式断面図、（ｂ）は
同じく模式断面図。

【符号の説明】

１１…加速度センサデバイス、１２…センサ部、１２ｃ
…検出部としての歪みゲージ、１３…台座部、１３ａ…
開口部としての貫通孔、１３ｂ…移動規制手段を構成す
る壁面、１５…同じく重り。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センサ部と、前記センサ部と接合される台
   座部とを備え、前記センサ部に、前記センサ部の撓みに
   基いて加速度を検出する検出部が構成される加速度セン
   サデバイスであって、 前記センサ部に重りが備えられ、前記台座部に前記重り
   が所定距離以上移動するのを規制する移動規制手段が形
   成されたことを特徴とする加速度センサデバイス。
2. 【請求項２】前記センサ部の前記台座部と反対側の面か
   ら前記センサ部と前記台座部との接合面までの厚みと、
   前記反対側の面から前記センサ部と前記重りとの接合面
   までの厚みとが、ほぼ同一であることを特徴とする請求
   項１に記載の加速度センサデバイス。
3. 【請求項３】前記台座部には、前記重りが、前記センサ
   部側又は前記センサ部と反対側のいずれの方向に対して
   も、所定距離以上移動するのを規制する移動規制手段が
   形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の加速度センサデバイス。
4. 【請求項４】前記移動規制手段は前記台座部に形成され
   た開口部により構成され、該開口部は、前記台座部の前
   記センサ部側と反対側よりも前記センサ部側が狭くなる
   ようにテーパー状に形成されていることを特徴とする請
   求項３に記載の加速度センサデバイス。