JP2004258005A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】カバーをグランドに簡単に接続することで製造コストを低減でき、外部ノイズに対する信頼性も高い加速度センサを提供すること。
【解決手段】圧電素子の外周であって電極形成面に対して直交する方向に複数の端子金具が配置されており、一部の端子金具の一端は圧電素子の電極と導通しており、他の金具はベース部材の外周側に一端を突出するように折り曲げられていて、上ケースとハウジング間に端子金具の一端を挟み込んで導通しているので、カバーをグランドに簡単に接続することができ、外部ノイズに対する信頼性も高い。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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等の分野で多く使用されており、例えば、自動車に装着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静電容量型、圧電型、ピエゾ抵抗型等がある。
【０００３】
例えば、圧電型の加速度センサは、重錘体を取り付けたダイヤフラムに圧電素子を貼着することで検出部を構成し、加速度が発生したときに重錘体によってダイヤフラム、圧電素子に歪みを生じさせ、圧電素子の圧電効果によって生ずる電圧変化により加速度検出を行っている。また静電容量型の加速度センサでは、重錘体を取り付けたダイヤフラムに対向するように電極を配置することで検出部を構成し、ダイヤフラムと電極間に生ずる静電容量の変化によって加速度検出を行っている。
【０００４】
このような加速度センサは、静電気や他の部品から発生する電磁波等の外部ノイズによる部品の誤動作や破損から検出部を保護するために、検出部の周囲を金属製カバーで覆うことが一般的である。このカバーは検出部を包囲するように設けられ、グランドや５Ｖ等の定電圧に接続、保持することにより、外部ノイズに対するシールド効果を高めている。
【０００５】
従来、加速度センサのカバーとグランドを接続させるための接続構造には図３に示すようなものがある。図３ａの従来例は、図示しないハウジングに立設されたピン端子１０１の一端部にハンダ付け等により巻線バネ１０２を接合し、巻線バネ１０２の上方からカバー１０３を被せることにより、巻線バネ１０２とカバー１０３の天壁１０４を弾性接触させる。図３ｂに示す従来例では、図３ａの巻線バネ１０２に換えて板バネ１０５を用いた例である。同様に板バネ１０５の上方からカバー１０３を被せることにより、板バネ１０５とカバー１０３の側壁１０６を弾性接触させる。また、図３ｃの従来例は、接続端子１０７をベリリウム銅等のバネ性を有する材料で平板状に形成し、その一端部にプレスにより曲げ１０８を形成している。同様に曲げ１０８の上方からカバー１０３を被せることにより、曲げ１０８とカバー１０３の天壁１０４を弾性接触させるものである。また、図示はしないが、巻線バネ１０２、板バネ１０５等の弾性部材を用いることなく、ピン端子の一端とカバーの間をハンダ付けによりＣＰ線で接続する方法なども考えられる。これら従来例におけるピン端子の他端は回路基板上でグランドパターンと接続され、カバー１０３をグランド接続している。さらに、特許文献１には重錘、ダイヤフラム及びこの支持部を金属で一体成形し、一体化されたユニットを介して、金属製カバーをグランド接続する構成が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１９３６７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のような加速度センサにおけるカバーのグランド接続構造にあっては、巻線バネ１０２、板バネ１０５を半田付け等によりピン端子１０１に固定するのでその工程が必要となり、また製品の小型化に伴い、その作業は繁雑化し製造コストを高める原因となっていた。またバネ性を利用して弾性接触させる構造であるので、部品の取付精度のバラツキによっては、カバーに対する十分な接触ができず、接触不良によりシールド効果が低下することもあった。また、バネ性を有する接続端子１０７を用いた場合には、カバー１０３との接触部分だけでなく、接続端子１０７全体に撓みが生じやすいので実装時における取扱性が悪いといった問題があった。ＣＰ線によるハンダ付けの方法にあっては、カバー材質、表面処理をハンダ付け性を有するものを選択する必要があり部品コストを高める原因となっていた。また、カバーとピン端子をハンダ付けによりＣＰ線で接続した後、ＣＰ線をカバーの中に押し込みながら検出部にカバーを被せるといった作業が必要となり、作業を繁雑化させ製造コストを高める原因となっていた。さらにカバーを被せる工程においてＣＰ線を不用意に切断してしまうこともあり、信頼性にも欠けていた。また、重錘、ダイヤフラム及びこの支持部を金属で一体成形し、一体化されたユニットを介して、金属製カバーをグランド接続する構成では、ユニットを露出させる構造やカバーに弾性を持たせる構造が必要となるなど、構成が複雑になるという問題があった。
【０００８】
よって本発明は、上ケースを所定の電位に簡単に接続することで製造コストを低減でき、外部ノイズに対する信頼性も高い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】
本発明は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムを支持するハウジングと、ダイヤフラムの一方の面に貼着されその表面に電極を形成した圧電素子と、前記ダイヤフラムの他方の面に固定された重錘体と、ハウジングに外嵌する金属製の上ケースと、からなり前記重錘体に作用する加速度を検出する加速度センサにおいて、圧電素子の外周であって電極形成面に対して直交する方向に複数の端子金具が配置されており、一部の端子金具は一端を圧電素子の電極と導通し、他の端子金具は一端をハウジングの外周側に突出するように折り曲げられていて、上ケースとハウジングとの間に他の端子金具の一端を挟み込むことにより他の端子金具と上ケースとの導通を取ることを特徴としている。
【００１０】
本発明に従えば、グランド接続するための端子金具をハウジングの外周側に一端を突出するように折り曲げ、上ケースをハウジングと嵌合することで上ケースと端子金具との導通をとっているので、簡単な構成でグランドとの接続を実現できる。
【００１１】
また本発明は、ハウジングはその外縁に溝部を有し、ハウジングと上ケースとを嵌合するときに、溝部と上ケースとの間に他の端子金具の一端を挟み込むことにより他の端子金具と上ケースとの導通を取ることを特徴としている。
【００１２】
本発明に従えば、端子金具の突出した一端は、上ケースとハウジング間に挟み込まれることとなり、上ケースと端子金具の導通は確実なものとなる。その際、ハウジングには溝部が設けられているので、上ケースを嵌合するときに端子金具は溝部に入り込み、嵌合時の干渉となることなくスムーズな組み立て作業が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に関わる加速度センサの簡略化した断面図、図２は上ケース５を外した状態の加速度センサの簡略化した斜視図である。この図１及び図２に示すように、樹脂製のベース２に加速度検出部３が保持され、この加速度検出部３の左右両側には複数の接続端子４が立設されていて、加速度検出部３の信号を加速度センサ１の外部に取り出せるようになっている。また、ベース２の上方からは上ケース５が嵌合するようになっており、ベース２と上ケース５によって加速度検出部３を包囲する構成となっている。
【００１４】
加速度検出部３は図１に示すように、ダイヤフラムユニット３１と重錘体３２、圧電素子３３より構成されており、重錘体３２に作用した加速度によりダイヤフラムユニット３１のダイヤフラム３４に歪みを生じさせ、ダイヤフラム３４に貼着された圧電素子３３の圧電効果により発生する電圧変化によって加速度の方向とその大きさを検出している。圧電素子３３は図２に示すように、平板状のセラミックス材からなり、その表面にはＸ軸方向の検出電極３３ａとＹ軸方向の検出電極３３ｂ、Ｚ軸方向の検出電極３３ｃとが形成されていて、また裏面には不図示の対向電極が形成され、３軸方向の加速度成分を検出できるようになっている。
【００１５】
図４ａはダイヤフラムユニット３１及び重錘体３２の簡略化した底面図である。また図４ｂは図４ａのＢ−Ｂ断面図である。ダイヤフラムユニット３１は、図４ａに示すように、全体が略正方形に形成されており、内部に円形のダイヤフラム３４、その外周部には支持部３５、中心部には錘取付部３６が形成されている。ダイヤフラム３４は金属によって０．１〜０．２ｍｍ程度の薄板状に形成され、その外周部は支持部３５で支持されており、重錘体の変位によって歪みを生じるようになっている。錘取付部３６は、ダイヤフラム３４の中央から円柱状に突出して形成され、ダイヤフラム３４側に太径部３６ａ、先端側に細径部３６ｂを有している。図４ｂの断面図に示すように、錘取付部３６は支持部３５よりも下方に延出して設けられている。このダイヤフラムユニット３１は、金属切削によって一体成形されており、外部から与えられる衝撃に対する強度を向上している。
【００１６】
重錘体３２は、図４に示すように、リン青銅やタングステン等の比重の大きい金属によりドーナツ状に形成されており、ダイヤフラムユニット３１の錘取付部３６に取り付けられる。重錘体３２の孔部３７の径は細径部３６ｂと略同一の径に設定されており、この孔部３７に細径部３６ｂを挿通し、重錘体３２の取付面３２ａが太径部３６ａの下面に当接した位置で接着や溶着を行うことによって、位置精度良く固定する事ができる。重錘体３２の形状や重さは加速度センサ１の感度に応じて選択される。例えば、感度を高める場合には重量の大きな重錘体３２を選択し、一方、感度を低下させる場合には重量を軽くする。
【００１７】
図５ａはベース２の平面図、図５ｂは図５ａにおけるＢ−Ｂ断面図である。ベース２は、ＰＢＴ等の樹脂製の材料で上面、底面、側面を有する直方体として形成されており、図５ａ及び図５ｂに示すように、その上面中央に開口を有する円筒状の凹部２１が形成され、この凹部２１に加速度検出部３を収納できるようになっている。凹部２１の内部には段部２２が形成されており、ダイヤフラムユニット３１の支持部３５をこの段部２２で支持することによって、その内部に加速度検出部３を固定する。また、ベース２の側面上方部には全周にわたって嵌合部２４が形成され、上ケース５が外嵌できるようになっている。また、図２にも示すように右側面中央部には上方から下方に向かって延びる溝２５を有している。この溝２５は、後述する接続端子４の先端部４１の形状に対応して設けられている。より詳細には、幅及び長さは先端部４１よりも大きく、深さは先端部４１の厚さよりも浅く形成されており、本実施例では幅０．５ｍｍ、長さ１．６ｍｍ、深さ０．１ｍｍに設定されている。また、ベース２の両側端部には底面から上面に貫通する端子取付穴２３が複数形成されていて、接続端子４を立設することができるようになっている。
【００１８】
図６ａ及び図６ｂは接続端子４の正面図及び側面図である。この図に示すように、接続端子４は先端部４１、ストッパ部４２、端子部４３から構成されている。先端部４１は折り曲げが可能なように、幅細であって薄肉に形成されている。本実施例の場合は、幅０．３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍであり、作業者がピンセット等の先端が細い工具によって折り曲げができるようになっている。一方、端子部４３の幅と厚さは外部基板への実装を考慮し、基板の取付穴径、必要な強度に対応し設定されている。本実施例の場合では、幅０．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍである。
ストッパ部４２は先端部４１と端子部４３に挟まれる位置に形成されており、他の部分よりも幅広に形成されている。このストッパ部４２は、ベース２からの先端部４１の突出量を決定するものであり、端子取付穴２３内に形成された位置決め部と関係することにより接続端子４を位置決めできるようなものであれば、形状の設定は自由である。なお、本実施例の場合には、端子部４３の先端に端子片４４を形成することにより３本の接続端子４をユニット化している。このユニット化によって、接続端子４の取り扱い性を向上し、組み立て作業の向上を図っている。接続端子４をベース２に固定した後には、端子部４３から端子片４４をニッパー等により切断し切り離す。
【００１９】
図７ａは上ケース５の正面図であり、図７ｂは図７ａにおけるＢ−Ｂ断面図である。この図に示すように、上ケース５は開口部５１を有する直方体であって、ステンレス等の金属にてプレスによって形成される。開口部５１の断面はベース２に形成された嵌合部２４の断面と略同一の形状を有しており、ベース２の上方から覆い被せ、外嵌できるようになっている。
【００２０】
図８は以上のような構成を有した加速度センサ１の組み立て工程について説明するための図面である。この図を参照して組み立て工程について説明する。加速度検出部３をベース２に実装した状態で、図８に示すように、接続端子４をベース２の底面方向から端子取付穴２３に先端部４１から挿入し、ストッパ部４２が当接する位置でその状態を保持し、端子取付穴２３に接着剤を流し込むことによって固定を行う。そして、ベース２の上面に突出した先端部４１のうち、図２にも示すように右側部中央に配置された接続端子４ｂを破線で示した状態から実線で示すように、ベース２の溝２５に沿うようにベース２の外周側（図中右方向）に屈曲させ、その他の接続端子４ａも実線で示すように内側（図中左方向）に屈曲させる。内側に屈曲した接続端子４ａの先端部４１は、圧電素子３３に形成された電極と直接またはワイヤーボンディング等によって接続され、信号入出力用の端子とされる。ベース２とダイヤフラムユニット３１、圧電素子３３の熱膨張係数の差が大きな場合には、高低温環境時に接続端子４ａと圧電素子３３間の距離に変化が生じるため、直接接続では接合部分に剥離が生じることがある。この場合には、ワイヤーボンディングによる接続を行い、熱膨張による距離変化を吸収してやることが望ましい。図８ではベース２の右端部のみを説明しているが、左端部においても同様の作業を行い、ベース２に対してすべての接続端子４を立設する。
【００２１】
そして、図８に示すように、ベース２の上方から上ケース５を外嵌することで、接続端子４ｂの先端部４１は、上ケース５によりさらに内側（図中左側）に圧接される。このとき、接続端子４ｂの先端部４１はベース２の溝２５に入り込むこととなるが、前述したように溝２５の深さは先端部４１の厚さよりも浅く形成されているため、ベース２の外周から０．０５ｍｍ程度突出することとなる。この突出により上ケース５との接触は確実なものとなるとともに、上ケース５は弾性を有しており、開口部５１が拡開され嵌合していくため、嵌合時の障害とはならい。また、先端部４１は下方を向いた状態で上ケース５と接触しているため、上ケース５の上方への移動を阻止している。そして、上ケース５を外嵌させた後は、接続端子４から端子片４４を切り離し、端子部４３をそれぞれ独立させる。
【００２２】
本実施例では、複数の接続端子４のうち１本の接続端子４ｂをグランド端子として上ケース５に接続しているが、２本以上を接続端子４ｂとしてグランドに接続しても構わない。その場合には、上ケース５のより高いシールド効果を期待できる。また、接続端子４をユニット化しベース２に挿通して接着や溶着によって固定する例を示したが、インサート成形によりベース２と一体的に成形することでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、グランド接続するための端子金具をベース部材の外周側に一端を突出するように折り曲げ、その上方から上ケースを外嵌するだけで導通をとっているので、簡単な構成で信頼性の高いグランドへの接続を実現できる。また、端子金具の突出した一端は、上ケースとハウジング間に挟み込まれることとなり、上ケースと端子金具の導通は確実なものとなる。その際、ハウジングには溝が設けられているので、上ケースを外嵌するときに端子金具は切り欠きに入り込み、嵌合時の干渉となることなくスムーズな組み立て作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の一形態に係わる加速度センサの簡略化した断面図である。
【図２】実施の一形態に係わる加速度センサの上ケースを外した状態の簡略化した斜視図である。
【図３】従来の加速度センサにおけるグランド接続構造の（ａ）ピン端子の先端に巻線バネを接合し構成した例、（ｂ）ピン端子の先端に板バネを接合し構成した例、（ｃ）接続端子自体にバネ性をもたせた例である。
【図４】実施の一形態に係わる加速度センサのダイヤフラムユニットと重錘体の（ａ）底面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】実施の一形態に係わる加速度センサのベース部の（ａ）平面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】実施の一形態に係わる加速度センサの接続端子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図７】実施の一形態に係わる加速度センサの上カバーの（ａ）平面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】実施の一形態に係わる加速度センサの組立工程を説明するための図面である。
【符号の説明】
２ ベース部
３ 加速度検出部
４ 接続端子
５ 上ケース
２４ 嵌合部
２５ 溝
３１ ダイヤフラムユニット
３２ 重錘体
３３ 圧電素子
３４ ダイヤフラム
３５ 支持部
３６ 錘取付部

Claims (2)

1. ダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムを支持するハウジングと、
   前記ダイヤフラムの一方の面に貼着されその表面に電極を形成した圧電素子と、
   前記ダイヤフラムの他方の面に固定された重錘体と、
   前記ハウジングに外嵌する金属製の上ケースと、
   からなり前記重錘体に作用する加速度を検出する加速度センサにおいて、
   前記圧電素子の外周であって電極形成面に対して直交する方向に複数の端子金具が配置されており、一部の端子金具は一端を前記圧電素子の電極と導通し、他の端子金具は一端を前記ハウジングの外周側に突出するように折り曲げられていて、前記上ケースと前記ハウジングとの間に前記他の端子金具の一端を挟み込むことにより前記他の端子金具と前記上ケースとの導通を取ることを特徴とする加速度センサ。
2. 請求項１記載の加速度センサにおいて、
   前記ハウジングはその外縁に溝部を有し、
   前記ハウジングと前記上ケースとを嵌合するときに、前記溝部と前記上ケースとの間に前記他の端子金具の一端を挟み込むことにより前記他の端子金具と前記上ケースとの導通を取ることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。

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