JP2009133625A

JP2009133625A - 加速度センサ

Info

Publication number: JP2009133625A
Application number: JP2006069634A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hiraoka; 裕二平岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2009-06-18
Also published as: WO2007105346A1

Abstract

【課題】高周波の加速度が加えられても正常なセンサ応答を得ることができる加速度センサを提供する。
【解決手段】加速度を検出する加速度検出素子４が片面に実装された基板２を、一端側がハウジング１に固定された支持部３の他端側で揺動自在に支持した加速度センサにおいて、基板２の周囲に、厚み、粘性および基板との接触面積の少なくとも１つが、全周波数帯域におけるゲインが１以下になるように調整されて充填されたゲル状物質５を備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば自動車等に搭載されて加速度を検出する加速度センサに関し、特に正常なセンサ応答を得るための技術に関する。

従来、自動車用エアバッグシステムに用いられる加速度センサが知られている。例えば、特許文献１は、加速度検出素子が設置された基板がハウジングに固定されているので、エアバッグの展開の要否等に利用される衝突の大小を判定するためには不要とされる高周波成分がハウジングから基板に伝達され、基板がこの高周波成分に共振し、加速度センサに増幅して伝達されるという問題を解消できる加速度センサを開示している。この加速度センサは、加速度検出素子が固着された基板と、この基板を支持する支持部と、この支持部および加速度検出素子が設置されたハウジングとを備え、基板は支持部を介してハウジングに対して揺動可能に設けられたバネマス構造を有する。

また、特許文献２は、ダンピング液を用いることなく、外部からの衝撃を緩衝して破損を防止することにより正常な動作を維持できる半導体加速度センサを開示している。この半導体加速度センサでは、加速度検出素子が実装された回路基板を、振動を吸収する長さに設定して該回路基板に接続される接続端子で保持することにより接続端子自体で外部からの衝撃を吸振緩衝し、また、接続端子自体に吸振構造を付加し、また、吸振部材で回路基板を保持し、さらに、吸振部材に加えてゲル状絶縁物質をハウジングに装填することにより、外部からの衝撃を吸振緩衝する。

特開２００５−１０６５８４号公報特開平５−１４９９６７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された加速度センサは、加速度検出素子が実装された基板の支持構造がバネマス構造を採用し、基板の共振周波数が衝突判定に使用する周波数領域以外になるように調整し、高周波の加速度による影響を排除するよう構成されているが、バネマス構造の共振周波数を含む衝撃入力に対しては、加速度センサのダイナミックレンジを容易に越えてしまい、正常なセンサ応答が得られないという問題がある。このような加速度センサを自動車のエアバッグシステムに使用すると、正確な衝突判定ができなくなる。

また、特許文献１および特許文献２に示されるように、従来の加速度センサでは、ハウジング内にゲル状物質を充填することにより耐衝撃性を向上させる構造が採用されているが、ゲル状物質の制振特性がバネマス構造の共振特性に合致しなければ、上述したバネマス構造の共振周波数を含む衝撃入力に対しては、加速度センサのダイナミックレンジを容易に越えてしまうという問題は解消されない。

この発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、高周波の加速度が加えられても正常なセンサ応答を得ることができる加速度センサを提供することにある。

この発明に係る加速度センサは、上記課題を解決するために、加速度を検出する加速度検出素子が片面に実装された基板を、一端側がハウジングに固定された支持部の他端側で揺動自在に支持した加速度センサにおいて、基板の周囲に、厚み、粘性および基板との接触面積の少なくとも１つが、全周波数帯域におけるゲインが１以下になるように調整されて充填されたゲル状物質を備えている。

この発明に係る加速度センサによれば、基板の周囲に、厚み、粘性および基板との接触面積の少なくとも１つが、全周波数帯域におけるゲインが１以下になるように調整されたゲル状物質を充填したので、正常なセンサ応答を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る加速度センサが適用された自動車のエアバッグシステムの構成を示す図である。このエアバッグシステムは、自動車１０の室内、つまりクラッシャブルゾーンから離れた位置に搭載されたエアバッグコントロールユニット１１と、自動車のエンジンルームの先端部のクラッシャブルゾーンに搭載されたフロントサテライトセンサ１２₁〜１２₂と、自動車の側部のクラッシャブルゾーンに搭載されたサイドサテライトセンサ１３₁〜１３₄とから構成されている。

この発明の実施の形態１に係る加速度センサは、自動車に搭載された位置によって、フロントサテライトセンサ１２₁〜１２₂またはサイドサテライトセンサ１３₁〜１３₄と呼ばれている。このように構成されるエアバッグシステムにおいては、エアバッグコントロールユニット１１は、フロントサテライトセンサ１２₁〜１２₂およびサイドサテライトセンサ１３₁〜１３₄から送られてくる加速度信号に基づき、加えられた衝撃の大きさを判定してエアバッグ展開信号を出力し、以て、図示しないエアバッグを膨張させる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る加速度センサの構造を示す側断面図である。この加速度センサは、箱状に形成されたハウジング１の中で、片面に加速度検出素子４が実装された基板２が４本のリード３によって支持されて構成されている。リード３は、この発明の支持部に対応する。４本のリード３の各々の一端側はハウジング１に固定されており、他端側は基板２の四隅に形成された孔（図示しない）に挿入されて該基板２を支持している。

なお、基板２の加速度検出素子４が実装されている面を「部品面」と呼び、部品面の裏面を「半田面」と呼ぶ。この実施の形態２に係る加速度センサでは、基板２は、その部品面がハウジング１の底面に対向し、半田面がハウジング１の上面に対向するように配置されている。この加速度センサは、バネマス構造を有し、重りとしての加速度検出素子４が実装された基板２が、バネとしてのリード３によって支持されて感度方向（図２中の左右方向）に揺動する。

また、基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との間の所定範囲には、ゲル状物質５が充填されている。このゲル状物質５が基板２に接触する面積を、ゲル状物質５の充填範囲という。ゲル状物質５は、バネマス構造の共振周波数において制振効果が得られる厚み、換言すれば、基板２の共振周波数における共振倍率（ゲイン）が「１」以下となる厚みに調整されている。

ここで、加速度センサにおいて、図３（ａ）に示すように、加速度検出素子４が実装された基板２がハウジング１に強固に固定されている場合、基板２の共振周波数が非常に高くなるため、加速度検出素子４の周波数応答は、図３（ｂ）に示すように、高周波領域までゲインが「１」以上になる。その結果、センサ応答のＳＮ比が悪化し、衝撃入力が大きくなると、加速度検出素子４のダイナミックレンジを容易に越えてしまい、正常なセンサ応答が得られなくなる。

この問題を解消するために、図４（ａ）に示すように、加速度検出素子４が実装された基板２をリード３によって支持するバネマス構造を採用し、図４（ｂ）に示すように、その共振周波数を調整することによって、不要な高周波成分の周波数応答を減衰させることが行われている。しかしながら、この図４（ａ）に示す構造ではバネマス構造の共振周波数を含む衝撃入力に対しては、加速度検出素子４のダイナミックレンジを容易に越えてしまうため、正常なセンサ応答が得られない可能性が残る。

なお、図５（ａ）に示すように、図４（ａ）に示す構造において、加速度センサを自動車に取り付ける前の吸振緩衝や取り付けた後の防水を目的として、ハウジング１内の全体にゲル状物質５（ゲル状の樹脂）を塗布することも行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との距離、つまりゲル状物質５の厚みや、その粘性などを考慮しないで単に吸振緩衝や防水を目的としてゲル状物質５をハウジング１内に充填しただけの場合は、図５（ａ）に示す構造の加速度センサの周波数応答は、図５（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す構造の加速度センサの周波数応答（図４（ｂ）参照）に類似したものになる。

そこで、この実施の形態１に係る加速度センサでは、基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との間の所定範囲にゲル状物質５を充填し、そのゲル状物質５の厚みを調整することにより、バネマス構造の共振周波数（図４（ｂ）のピーク部分）の共振倍率（ゲイン）を「１」以下に減衰させている。これにより、衝突判定に用いられる低周波数帯域（衝突判定領域）のゲインをフラットに確保しつつ、衝突判定に用いられない高周波数帯域（不要領域）のゲインを減衰させ、バネマス構造の共振周波数の影響を排除している。その結果、過大な衝撃入力があっても、加速度検出素子４のダイナミックレンジを容易に越えてしまうという事態は発生せず、常に正常なセンサ応答が得られる。

また、基板２に実装すべき加速度検出素子４およびその他の部品の全てを基板２の部品面に実装することにより、基板２の半田面が平面として確保される。そして、図２に示すように、この半田面側にゲル状物質５を充填するように構成したので、ゲル状物質５の均一且つ安定的な注入が可能となり、バネマス構造の共振周波数を制振するための調整が容易となる。また、ゲル状物質５は、基板２の半田面の範囲内に充填するように構成できる。この構成によって、バネマス構造の共振周波数を制振するための調整がさらに容易になる。

また、バネマス構造の共振周波数における制振は、基板２の共振による振幅を、ダンピングを持たせて抑制する必要があるが、加速度検出素子４を搭載した基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との間にゲル状物質５を充填する構造としたことにより、ゲル状物質５を広範囲に薄く均一に充填することができるため、ゲル状物質５の粘性によるダンピング性能を効果的に用いることができる。

また、制振特性は、ゲル状物質５の厚みだけでなく、その粘性、充填範囲（ゲル状物質が基板２に接触する範囲）によっても調整することができる。すなわち、図７に示すように、ゲル状物質５の厚みが薄くなるほど制振効果は大きくなり、厚くなるほど制振効果は小さくなる。また、ゲル状物質５の粘性が高くなるほど制振効果は大きくなり、低くなるほど制振効果は小さくなる。さらに、ゲル状物質５の充填範囲が広くなるほど制振効果は大きくなり、狭くなるほど制振効果は小さくなる。そこで、これらゲル状物質５の厚み、粘性および充填範囲といった３つのパラメータを適宜調整することにより、バネマス構造の共振周波数の共振倍率（ゲイン）を「１」以下に減衰させることができる。

なお、上述した実施の形態１では、ゲル状物質５を基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との間の所定範囲に充填するように構成したが、図８に示すように、ゲル状物質５を基板２の部品面とハウジング１の底面内壁との間の所定範囲に充填するように構成することもできる。また、図９に示すように、基板２の部品面がハウジング１の上面に対向するように、該基板２をリード３によって支持し、ゲル状物質５を基板２の半田面とハウジング１の底面内壁との間の所定範囲に充填するように構成することもできる。さらに、図１０に示すように、基板２の部品面がハウジング１の上面に対向するように、該基板２をリード３によって支持し、ゲル状物質５を基板２の部品面とハウジング１の上面内壁との間の所定範囲に充填するように構成することもできる。これらの構成によっても、上述した実施の形態１に係る加速度センサと同様の作用および効果を奏する。

また、上述した実施の形態１では、基板２の一方の面側にのみゲル状物質５を充填するように構成したが、図１１に示すように、基板２の一方の面側のみならず、基板２の周囲の全体にゲル状物質５を充填して基板２の共振周波数における共振倍率（ゲイン）が「１」以下となるように構成することもできる。この場合、例えば、基板２の半田面とハウジング１の上面内壁との間の距離を、図５（ａ）に示した構造における距離よりも短くして制振効果を大きくしたり、ゲル状物質５の粘性が高くなるように調整したりして、基板２の共振周波数における共振倍率（ゲイン）が「１」以下となるように調整される。この構成によっても、上述した実施の形態１に係る加速度センサと同様の作用および効果を奏する。

以上のように構成される加速度センサは、エアバッグ用サテライトセンサのように、大きい衝撃且つ高周波の加速度が入力される加速度センサに有効である。

この発明の実施の形態１に係る加速度センサが適用された自動車のエアバッグシステムの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサの構造を示す側断面図である。加速度検出素子が実装された基板がハウジングに強固に固定された加速度センサの構成および動作を説明するための図である。加速度検出素子が実装された基板をリードによって支持するバネマス構造を採用した加速度センサの構成および動作を説明するための図である。図４に示す構成において、ハウジング内にゲル状物質を充填した加速度センサの構成および動作を説明するための図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサの動作を説明するための図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサの制振特性を説明するための図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサの変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサの他の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサのさらに他の変形例の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る加速度センサのさらに他の変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１ハウジング、２基板、３リード（支持部）、４加速度検出素子、５ゲル状物質、１０自動車、１１エアバッグコントロールユニット、１２₁〜１２₂ フロントサテライトセンサ、１３₁〜１３₄ サイドサテライトセンサ。

Claims

加速度を検出する加速度検出素子が片面に実装された基板を、一端側がハウジングに固定された支持部の他端側で揺動自在に支持した加速度センサにおいて、
前記基板の周囲に、厚み、粘性および前記基板との接触面積の少なくとも１つが、全周波数帯域におけるゲインが１以下になるように調整されて充填されたゲル状物質
を備えた加速度センサ。
ゲル状物質は、基板の一方の面とハウジングの内壁との間に充填されている
ことを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
基板の一方の面は、基板の加速度検出素子が搭載されていない側の面である
ことを特徴とする請求項２記載の加速度センサ。
ゲル状物質は、基板の一方の面の範囲内に充填されている
ことを特徴とする請求項３記載の加速度センサ。