JP2017211279A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】故障状態を検知する際に、外部より印加する電圧の高周波成分が、配線パターン間を伝播するということのない、ブリッジ回路からの出力信号が安定した加速度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】第１の故障診断電極３９および第２の故障診断電極４０と錘部２９、３０における同電位部とを故障診断配線パターン４８により電気的に接続するとともに、第２の故障診断電極４０と錘部２９、３０における同電位部との間に抵抗５０を設け、故障診断配線パターン４８と配線パターン４１間の容量成分から形成されるコンデンサと抵抗５０とによりローパスフィルターを設ける構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、車両や携帯端末等に用いられる加速度センサに関する。

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。

図４は従来の加速度センサにおける上面図である。

図４において、１は枠部で、この枠部１は第１の固定部１ａ、第３の固定部１ｃ、第２の固定部１ｂおよび第４の固定部１ｄを連結して環状に取り囲むように設けるとともに、内部に中空領域２を設けている。また、前記枠部１からは、中空領域２に延伸した第１の梁部３、第３の梁部５、第２の梁部４および第４の梁部６を設けている。７は第１の錘部で、この第１の錘部７は第１の梁部３の他端から斜めの方向に延出されている。８は第２の錘部で、この第２の錘部８は前記第３の梁部５の他端から斜めの方向に延出されている。９は第３の錘部で、この第３の錘部９は前記第２の梁部４の他端に接続されている。１０は第４の錘部で、この第４の錘部１０は前記第４の梁部６の他端に接続されている。そして、第１の梁部３の上面には第１の歪抵抗１１を設けており、また第３の梁部５の上面には第３の歪抵抗１３を設けており、第２の梁部４の上面には第２の歪抵抗１２を設けており、さらに第４の梁部６の上面には第４の歪抵抗１４を設けている。そして、前述の第１の歪抵抗１１、第３の歪抵抗１３、第２の歪抵抗１２および第４の歪抵抗１４と配線パターン（図示せず）により電気的に接続し、ブリッジ回路を構成している。

そして、従来の加速度センサにおいては、印加される加速度に応じて、第１の錘部７、第２の錘部８、第３の錘部９および第４の錘部１０が上下方向に変位し、その変位に応じて、第１の歪抵抗１１、第２の歪抵抗１２、第３の歪抵抗１３および第４の歪抵抗１４の抵抗値が変化し、ブリッジ回路からの出力信号により、加速度を検出するものであった。

ここで、加速度センサにおける第１の梁部３、第３の梁部５、第２の梁部４または第４の梁部に、長時間の使用により、クラックが発生すると、第１の歪抵抗１１、第２の歪抵抗１２、第３の歪抵抗１３および第４の歪抵抗１４の抵抗値が変化して、正しい加速度の検出ができなくなってしまう。そこで、外部より意図的に加速度センサに電圧を印加して、第１の梁部３、第３の梁部５、第２の梁部４または第４の梁部にクラックが生じているかどうかの故障状態を検知するものであった。

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２００７−８５８００号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、加速度センサの故障状態を検知する際に、外部より意図的に加速度センサに電圧を印加すると、電圧の高周波成分が、配線パターン（図示せず）間を伝播するため、ブリッジ回路からの出力信号が変動し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、故障状態を検知する際に、外部より印加する電圧の高周波成分が、配線パターン（図示せず）間を伝播するといういことのない、ブリッジ回路からの出力信号が安定した加速度センサを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、同電位部を設けた錘部と、この錘部と一端を接続されるとともに上面に歪抵抗およびこの歪抵抗と電気的に接続された配線パターンを設けた梁部と、この梁部における他端と接続されるとともに歪抵抗と配線パターンを介して電気的に接続された電源電極、出力電極、ＧＮＤ電極および少なくとも一対の故障診断電極を上面に設けた固定部とを備え、前記故障診断電極と錘部における同電位部とを故障診断配線パターンにより電気的に接続するとともに、少なくとも一つの故障診断電極と錘部における同電位部との間に抵抗を設けたものである。この構成によれば、少なくとも一つの故障診断電極と錘部における同電位部との間に抵抗を設けたため、故障診断配線パターンと配線パターン間の容量成分から形成されるコンデンサと抵抗とによりローパスフィルターとなり、これにより、外部より故障診断電極に印加した電圧の高周波成分がブリッジ回路に入力されることがなくなるから、出力信号が安定す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、前記抵抗を固定部に設けたもので、この構成によれば、抵抗と歪抵抗とが同一面上に設けられているため、抵抗と歪抵抗とを同時に形成することができることとなり、これにより、容易にローパスフィルター用途の抵抗を形成できるという作用効果を有するものである。

本発明の加速度センサは、同電位部を設けた錘部と、この錘部と一端を接続されるとともに上面に歪抵抗およびこの歪抵抗と電気的に接続された配線パターンを設けた梁部と、この梁部における他端と接続されるとともに歪抵抗と配線パターンを介して電気的に接続された電源電極、出力電極、ＧＮＤ電極および少なくとも一対の故障診断電極を上面に設けた固定部とを備え、前記故障診断電極と錘部における同電位部とを故障診断配線パターンにより電気的に接続するとともに、少なくとも一つの故障診断電極と錘部における同電位部との間に抵抗を設けたものである。この構成によれば、少なくとも一つの故障診断電極と錘部における同電位部との間に抵抗を設けたため、故障診断配線パターンと配線パターン間の容量成分から形成されるコンデンサと抵抗とによりローパスフィルターとなり、これにより、外部より故障診断電極に印加した電圧の高周波成分がブリッジ回路に入力されることがなくなるから、出力信号が安定した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。

本発明の一実施の形態における加速度センサの上面図 同加速度センサにおける故障診断の回路図 同加速度センサにおける検出回路の模式図 従来の加速度センサの上面図

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。

図１は本発明の一実施の形態における加速度センサの上面図、図２は同加速度センサに
おける故障診断の回路図、図３は同加速度センサにおける検出回路の模式図である。

図１〜図３において、２０は枠部で、この枠部２０は第１の固定部２１ａ、第２の固定部２１ｂ、第３の固定部２１ｃおよび第４の固定部２１ｄを連結して環状に取り囲むように設けるとともに、内部に中空領域２２を設けている。また、前記枠部２０からは、中空領域２２に延伸した２つの第１の梁部２３、２つの第３の梁部２５、２つの第２の梁部２４および２つの第４の梁部２６を設けている。

２７は第１の錘部で、この第１の錘部２７は前記第１の梁部２３の他端に接続されている。２８は第２の錘部で、この第２の錘部２８は前記第２の梁部２４の他端に接続されている。２９は第３の錘部で、この第３の錘部２９は前記第３の梁部２５の他端に接続されている。３０は第４の錘部で、この第４の錘部３０は前記第４の梁部２６の他端に接続されている。そして、２つの第１の梁部２３の上面には第１の歪抵抗３１を設けており、また２つの第３の梁部２５の上面には第３の歪抵抗３３を設けており、２つの第２の梁部２４の上面には第２の歪抵抗３２を設けており、さらに２つの第４の梁部２６の上面には第４の歪抵抗３４を設けている。

また、第１の錘部２７と第２の錘部２８とが対向し、第３の錘部２９と第４の錘部３０とを対向させるとともに、各々の第１の錘部２７、第２の錘部２８、第３の錘部２９および第４の錘部３０には同電位部（図示せず）を設けている。

そしてまた、第１の固定部２１ａおよび第２の固定部２１ｂの各々には、電圧を印加する電源電極３５、第１の出力電極３６、第２の出力電極３７およびＧＮＤに接地するＧＮＤ電極３８を設けており、前述の第１の歪抵抗３１、第３の歪抵抗３３、第２の歪抵抗３２および第４の歪抵抗３４と配線パターン４１により電気的に接続し、ブリッジ回路を構成している。

さらに、前記第１の固定部２１ａおよび第２の固定部２１ｂの各々には故障診断用の電圧を印加する第１の故障診断電極３９と、一対の第２の故障診断電極４０とを設けている。

そして、図２に示すように、増幅器４２により増幅された故障診断用の入力電圧は第１の故障診断電極３９を介して、コンパレータからなる比較器４３の非反転端子４４に入力される。同様に、第１の故障診断電極３９からの入力信号は故障診断配線パターン４８、同電位部（図示せず）を第３の固定部２１ｃおよび第４の固定部２１ｄに設けた抵抗５０を介して第２の故障診断電極４０および比較器４３における反転端子４５に接続されている。

図３は加速度の検出方法を説明するための回路例を示した図である。図３（ａ）は第１の歪抵抗３１、第２の歪抵抗３２、第３の歪抵抗３３および第４の歪抵抗３４として、第１の歪抵抗３１として歪抵抗Ｒ２、Ｒ４を形成し、第２の歪抵抗３２として歪抵抗Ｒ１、Ｒ３を形成し、第３の歪抵抗３３として歪抵抗Ｒ５、Ｒ７を形成し、第４の歪抵抗３４として歪抵抗Ｒ６、Ｒ８を形成している。また、枠部２０の上に検出部３８として歪抵抗Ｒ９、Ｒ１０を形成している。

図３（ｂ）はＸ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。図３（ｂ）に示す如く、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｘ１とＶｘ２との間の電圧を検出することにより、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

図３（ｃ）はＹ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。図３（ｃ）に示す如く、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｙ１とＶｙ２との間の電圧を検出することにより、Ｙ軸方向の加速度を検出することができる。

図３（ｄ）はＺ軸方向の加速度を検出する場合の回路例である。図３（ｄ）に示す如く、Ｒ５、Ｒ１０、Ｒ８、Ｒ９をブリッジ接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、他の一対の接続点Ｖｚ１とＶｚ２との間の電圧を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

ここで、加速度センサに過大な加速度が繰り返し加わることにより、第１の錘部２７、第２の錘部２８、第３の錘部２９および第４の錘部３０の変位量が大きくなることが繰り返され、第１の梁部２３、第２の梁部２４、第３の梁部２５および第４の梁部２６が疲労し、クラックが発生する場合を考える。

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２に示すように、正常な使用状態においては、第１の故障診断電極３９および第２の故障診断電極４０の双方がＧＮＤに接地されることになる。したがって、比較器４３における非反転端子４４および反転端子４５の電圧は零Ｖになり、比較器４３からは零Ｖの出力信号が出力される。一方、第１の梁部２３、第２の梁部２４、第３の梁部２５および第４の梁部２６のうちのいずれか一つにクラックが発生し、故障診断配線パターン４８がオープンになると、比較器４３における非反転端子４４に１２．５Ｖが入力される。そうすると、反転端子４５はＧＮＤに接地され、比較器４３からは１２．５Ｖの出力信号が出力される。

そして、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、第１の故障診断電極３９と第３の錘部２９および第４の錘部３０とにおける同電位部との間に抵抗５０を設けたため、故障診断配線パターン４８と配線パターン４１間の容量成分から形成されるコンデンサと抵抗５０とによりローパスフィルターとなる。これにより、外部より第１の故障診断電極３９に印加した電圧の高周波成分がブリッジ回路に入力されることがなくなるから、出力信号が安定するという作用効果を有するものである。

本発明の加速度センサは、故障状態を検知する際に、外部より印加する電圧の高周波成分が、配線パターン間を伝播するといういことのない、ブリッジ回路からの出力信号が安定した加速度センサを提供することを目的とするもので、車両や携帯端末等に用いられる加速度センサとして有用である。

２１ａ、２１ｂ 固定部
２３、２４、２５、２６ 梁部
２７、２８、２９、３０ 錘部
３１、３２、３３、３４ 歪抵抗
３５ 電源電極
３６、３７ 出力電極
３８ ＧＮＤ電極
３９ 第１の故障診断電極
４０ 第２の故障診断電極
４１ 配線パターン
４８ 故障診断配線パターン
５０ 抵抗

Claims (2)

1. 同電位部を設けた錘部と、この錘部と一端を接続されるとともに上面に歪抵抗およびこの歪抵抗と電気的に接続された配線パターンを設けた梁部と、この梁部における他端と接続されるとともに歪抵抗と配線パターンを介して電気的に接続された電源電極、出力電極、ＧＮＤ電極および少なくとも一対の故障診断電極を上面に設けた固定部とを備え、前記故障診断電極と錘部における同電位部とを故障診断配線パターンにより電気的に接続するとともに、少なくとも一つの故障診断電極と錘部における同電位部との間に抵抗を設けた加速度センサ。
2. 前記抵抗を固定部に設けた請求項１記載の加速度センサ。