JP2008180670A - 力学量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、出力信号の感度を向上させることができる力学量センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の力学量センサは、変形部３０と押圧部３３との接続箇所に押圧部３３の重心が位置するように構成することにより、基板２１における押圧部３３が基板２１に対して平行な状態を保ったまま変形する構成としたものであり、変形部の変形の変曲点が変形部の長手方向の略中央に生じるため、一対の歪抵抗素子の一方に引張応力を生じさせるとともに、他方に圧縮応力を生じさせることができ、これにより、出力信号の感度を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に、自動車や各種産業機械に使用される重量、力、加速度、微少変位によって発生する歪を検出する力学量センサに関するものである。

従来のこの種の力学量センサについて、以下、図面を参照しながら説明する。

図４は従来の力学量センサの斜視図、図５は同力学量センサの回路図を示したもので、この図４、図５において、１は固定台、２は基板で、この基板２は前記固定台１に一端が固着されている。３は押圧部で、この押圧部３は前記基板２の他端に固着されている。４は歪抵抗素子で、この歪抵抗素子４は前記基板２の表面に設けられるとともに、一端を電源電極５に電気的に接続している。６は第１のバイアス抵抗で、この第１のバイアス抵抗６は前記基板２の表面に設けられるとともに、一端を前記歪抵抗素子４の他端および第１の出力電極７に電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極８に電気的に接続している。９は第２のバイアス抵抗で、この第２のバイアス抵抗９は前記電源電極５に一端を電気的に接続するとともに、他端を第２の出力電極１０に電気的に接続している。１１は第３のバイアス抵抗で、この第３のバイアス抵抗１１は一端を前記第２の出力電極１０に電気的に接続するとともに、他端を前記ＧＮＤ電極８に電気的に接続している。そして、前記歪抵抗素子４、第１のバイアス抵抗６、第２のバイアス抵抗９および第３のバイアス抵抗１１によりブリッジ回路を構成している。

以上のように構成された従来の力学量センサについて、次にその動作を説明する。

押圧部３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。この場合、基板２の表面には歪抵抗素子４が設けられており、前記基板２の変形量に比例して歪抵抗素子４の抵抗値が変化する。そして、前記歪抵抗素子４、第１のバイアス抵抗６、第２のバイアス抵抗９および第３のバイアス抵抗１１によりブリッジ回路が構成されているため、第１の出力電極７および第２の出力電極１０の電圧差により、前記押圧部３に加わる外力を検出するものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平８−２９２７３号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、歪抵抗素子４、第１のバイアス抵抗６、第２のバイアス抵抗９および第３のバイアス抵抗１１でブリッジ回路を構成しているため、１つの歪抵抗素子４に発生する歪量の変化のみで出力信号が出力されることになり、その結果、第１のバイアス抵抗６、第２のバイアス抵抗９および第３のバイアス抵抗１１の歪量の変化は出力に関与しないため、出力信号の感度が低くなってしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、出力信号の感度を向上させることができる力学量センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、これらの電極と電気的に接続される回路パターンを設けた電極部と、この電極部に一端が固定されるとともに少なくとも一対の歪抵抗素子とこの一対の歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設けた変形部と、この変形部の他端に固定された押圧部とを備え、前記変形部と押圧部との接続箇所に押圧部の重心が位置するように構成したもので、この構成によれば、前記変形部と押圧部との接続箇所に押圧部の重心が位置するように構成しているため、基板における押圧部は基板に対して平行な状態を保ったまま変形することになり、これにより、変形部の変形の変曲点が変形部の長手方向の略中央に生じるため、一対の歪抵抗素子の一方に引張応力を生じさせるとともに、他方に圧縮応力を生じさせることができ、これにより、出力信号の感度を向上させることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、電極部、変形部および押圧部を同一の基板に設けたもので、この構成によれば、電極部、変形部および押圧部を同一の基板に設けているため、電極部、変形部および押圧部を一体に形成することができ、これにより、部品点数の削減が図れるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の力学量センサは、電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、これらの電極と電気的に接続される回路パターンを設けた電極部と、この電極部に一端が固定されるとともに少なくとも一対の歪抵抗素子とこの一対の歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設けた変形部と、この変形部の他端に固定された押圧部とを備え、前記変形部と押圧部との接続箇所に押圧部の重心が位置するように構成しているため、基板における押圧部は基板に対して平行な状態を保ったまま変形することになり、これにより、変形部の変形の変曲点が変形部の長手方向の略中央に生じるため、一対の歪抵抗素子の一方に引張応力を生じさせるとともに、他方に圧縮応力を生じさせることができ、これにより、出力信号の感度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における力学量センサについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における力学量センサの上面図、図２は同力学量センサの側断面図である。

図１、図２において、２１は樹脂製あるいは金属製の基板で、この基板２１における長手方向の一端側には電極部２２を設けており、さらにこの電極部２２の上面には、電源電極２３、ＧＮＤ電極２４、出力電極２５および調整電極２６を設けるとともに、これらの電極と電気的に接続される回路パターン２７を設けている。そしてまた、前記電極部２２にはドリフト調整抵抗２８を設けており、かつこのドリフト調整抵抗２８は一端をＧＮＤ電極２４に電気的に接続するとともに、他端を出力電極２５と電気的に接続している。さら、前記電極部２２には感度調整抵抗２９を設けており、かつこの感度調整抵抗２９は一端を出力電極２５に電気的に接続するとともに、他端を調整電極２６と電気的に接続している。また、前記基板２１には、変形部３０を設けており、かつこの変形部３０は一端を前記電極部２２に固定するとともに、上面に第１の歪抵抗素子３１を設けており、そしてこの第１の歪抵抗素子３１は一端を回路パターン２７を介して前記電極部２２における電源電極２３と電気的に接続するとともに、他端を出力電極２５および感度調整抵抗２９に電気的に接続している。そしてまた、前記変形部３０には、第２の歪抵抗素子３２を設けており、かつこの第２の歪抵抗素子３２は一端を前記電極部２２におけるＧＮＤ電極２４およびドリフト調整抵抗２８に電気的に接続するとともに、他端を第１の歪抵抗素子３１、出力電極２５、感度調整抵抗２９およびドリフト調整抵抗２８に電気的に接続している。また、前記基板２１にはコ字形状の押圧部３３を設けており、かつこの押圧部３３は前記変形部３０の他端に固定している。そしてこの押圧部３３の重心は、前記変形部３０と押圧部３３との接続箇所に位置するように構成している。

上記した本発明の一実施の形態においては、電極部２２、変形部３０および押圧部３３を同一の基板２１に設けているため、電極部２２、変形部３０および押圧部３３を一体に形成することができ、これにより、部品点数の削減が図れるという効果を有するものである。

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力学量センサについて、次にその組立方法を説明する。

まず、予め、電極部２２、変形部３０および押圧部３３が設けら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分間焼成することにより、基板２１を形成する。

次に、前記基板２１における電極部２２および変形部３０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、そして約８５０℃で約４５分間焼成することにより、前記基板２２にドリフト調整抵抗２８、感度調整抵抗２９、第１の歪抵抗素子３１および第２の歪抵抗素子３２を形成する。

最後に、前記基板２１における電極部２２および変形部３０の表面に位置して銀のペーストを印刷し、そして約８５０℃で約４５分間焼成することにより、前記基板２１における電極部２２に電源電極２３、ＧＮＤ電極２４、出力電極２５、調整電極２６および回路パターン２７を形成する。

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力学量センサについて、次にその動作を説明する。

押圧部３３に上方より荷重が負荷されると、図３に示すように、この荷重により、基板２１における変形部３０の長手方向の略中央に変形の変曲点３４が生じるように基板２１が変形する。この変形により、基板２１における変形部３０の表面に設けられた第１の歪抵抗素子３１に圧縮応力が加わって、第１の歪抵抗素子３１の抵抗値が小さくなるとともに、第２の歪抵抗素子に引張応力が加わって、第２の歪抵抗素子３２の抵抗値が大きくなる。この場合、前記第１の歪抵抗素子３１、第２の歪抵抗素子３２、電源電極２３、ＧＮＤ電極２４、出力電極２５および回路パターン２７により、ハーフブリッジ回路を構成しているため、出力電極２５から出力される中点電位は、変形部３０の変位に伴って高くなり、これにより、押圧部３３に加わる荷重を検出することができるものである。

この場合、変形部３０と押圧部３３との接続箇所に押圧部３３の重心が位置するように構成しているため、基板２１における押圧部３３は基板２１に対して平行な状態を保ったまま変形することになり、これにより、図３に示すように、変形部３０の変形の変曲点３４が変形部３０の長手方向の略中央に生じるため、第１の歪抵抗素子３１に圧縮応力を生じさせるとともに、第２の歪抵抗素子３２に引張応力を生じさせることができ、これにより、出力信号の感度を向上させることができるという効果を有するものである。

本発明に係る力学量センサは、出力信号の感度を向上させることができるという効果を有するものであり、特に自動車や各種産業機械に使用される重量、力、加速度、微少変位によって発生する歪を検出する力学量センサとして有用なものである。

本発明の一実施の形態における力学量センサの上面図 同力学量センサの側断面図 同力学量センサの動作状態を示す側断面図 従来の力学量センサの斜視図 同力学量センサの回路図

符号の説明

２１ 基板
２２ 電極部
２３ 電源電極
２４ ＧＮＤ電極
２５ 出力電極
２７ 回路パターン
３０ 変形部
３１ 第１の歪抵抗素子
３２ 第２の歪抵抗素子
３３ 押圧部

Claims (2)

1. 電源電極、出力電極およびＧＮＤ電極を設けるとともに、これらの電極と電気的に接続される回路パターンを設けた電極部と、この電極部に一端が固定されるとともに少なくとも一対の歪抵抗素子とこの一対の歪抵抗素子と電気的に接続される回路パターンを設けた変形部と、この変形部の他端に固定された押圧部とを備え、前記変形部と押圧部との接続箇所に押圧部の重心が位置するように構成した力学量センサ。
2. 電極部、変形部および押圧部を同一の基板に設けた請求項１記載の力学量センサ。

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