JP2604875B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関を備えた自動車等の走行加速度を
測定または検出するための加速度センサに関するもので
ある。

（従来の技術） 第５図ないし第15図は、従来の加速度センサの構成を
示している。これらの図において、101は基台であり、
その表面中央部に位置決め穴102を有する環状突起103が
形成されている。104は振動板であり、その中央部が基
台101の環状突起103に溶接等の手段により固定されてい
る。105は振動板104の上面に固定されたセンサ出力用の
圧電セラミック素子である。圧電セラミック素子105
は、第10図に示すように、中心部に丸穴106を有するド
ーナツ状に形成され、表面がセンサ出力用のプラス電極
107と圧電素子駆動用のプラス電極108とに環状に２分割
されている。

圧電セラミック素子105は、その裏面全体のマイナス
電極109が、振動板104の中央部に形成された環状ビード
110の外周に丸穴106を嵌め込んだ状態で、振動板104の
表面に導通接着されている。111は焦電キャンセル用の
圧電セラミック素子であり、第11図に示すように、圧電
セラミック素子105のプラス電極107と同じ面積で、同様
に中心部に丸穴112を有しており、表面のプラス電極113
と、裏面のマイナス電極114とを有している。圧電セラ
ミック素子111は、表面のプラス電極113側を振動板104
の裏面に、その中央部に形成された環状ビード115の外
側に丸穴112を嵌め込んだ状態で導通接着されている。

振動板104は、第12図および第13図に示すように、金
属円板に中心部に基台101の位置決め穴102と同径の位置
決め穴116を有し、その回りに同心円状に環状ビード110
および115が、それぞれ表面および裏面に径を順次大き
くして形成されている。振動板104は、第14図および第1
5図に示すように、その周縁に上向きのフランジ117を形
成して加速度センサの出力アップを図るようにしてもよ
い。

圧電セラミック素子105のプラス電極107と圧電セラミ
ック素子111のマイナス電極114は、それぞれリードフレ
ーム118,119に半田120,121により接続され、絶縁埋込み
リードピン122および回路基板123を介してセンサ出力用
リードピン124へと接続されている。これは、周囲温度
の影響を受けて焦電現象によってセンサ出力用圧電セラ
ミック素子105のプラス電極107に発生した電荷をキャン
セルする役目を果たすものである。

125は圧電セラミック素子駆動用のリードピンであ
り、リードフレーム126を介して圧電セラミック素子105
のプラス電極108に半田127により接続されている。128
は回路基板123の電源供給用リードピンであり、129はグ
ランド用リードピンであり、それぞれ回路基板123に接
続されている。130,131は回路基板123を支持するための
絶縁埋込みリードピンである。回路基板123には、イン
ピーダンス変換回路や出力増幅回路、濾波回路等が設け
られている。

リードピンのうち122,124,125,128,130,131は、基台1
01に封着ガラス132等の手段により絶縁ハーメチック固
定され、グランド用リードピン129だけがロウ付け等の
手段により導通接続されている。133は基台101の位置決
め穴102を封着するための封着ガラスである。電源の供
給は、電源供給用リードピン128およびグランド用リー
ドピン129を通じて行われる。

134はキャップであり、その周縁のフランジ135が基台
101に全周にわたって抵抗溶接または冷間圧接等の手段
によって固定されている。これにより、圧電セラミック
素子105,111および回路基板123を内蔵する空間部136が
密閉されている。

このような構成からなる加速度センサは、基台101に
形成された取付穴137を介してボルト138およびワッシャ
139により自動車の車体等に取り付けて使用される。

次に上記従来例の動作について説明する。自動車等の
走行により発生した加速度は、基台101を介して振動板1
04に伝えられ、振動板104に撓みを与える。振動板104の
撓みは、圧電セラミック素子105および111に引張力と圧
縮力とを交互に与えるため、圧電セラミック素子105お
よび111に電荷が発生する。この電荷は、回路基板123の
インピーダンス変換回路で電圧に変換され、必要な帯域
および最適な出力レベルになるように濾波回路および増
幅回路を通って出力され、センサ出力が得られる。

また、圧電セラミックは、温度変化に対しても同様に
電荷を発生する焦電現象を有するので、これを減少する
ために、この加速度センサは圧電セラミック素子105お
よび111を互いに逆極性同士で接続してあり、発生電荷
がキャンセルされるようになっている。

また、自動車等に使用される加速度センサは、特に高
い精度および品質が要求されるので、確実に動作するか
どうかをコントローラ側でチェックできるように、圧電
セラミック素子105のプラス電極がセンサ出力用の電極1
07と素子駆動用の電極108とに２分割されており、コン
トローラ側の発信回路から駆動用電極に適当な信号を入
力することにより、センサ出力用電極107にそれに対応
した駆動出力が現われ、センサの故障診断ができるよう
になっている。

このように上記従来の加速度センサでも、自動車等に
おける加速度の測定または検出を行うことができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の加速度センサでは、圧電セ
ラミック素子105,111のそれぞれ一方の電極109,113が基
台101に導出されているため、基台101やキャップ134を
介して、ノイズを拾いやすいという欠点があった。ま
た、従来の加速度センサを車体に取り付けた場合、車体
自体が拾ったノイズもセンサ特性に影響を及ぼしやすい
という欠点があった。

また、組み付け作業上において、各リードピン124,12
5,128,129のそれぞれにハーネスを接続しなければなら
ず、組み付け作業が非常に面倒になるという問題があっ
た。

本発明は、このような従来の欠点を解決するものであ
り、外部ノイズの影響を受けにくい加速度センサを提供
すると共に、加速度センサとしての品質を低下させるこ
となく、使用にあたっての組み付け作業が非常に簡単な
加速度センサを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、上面が開口した
絶縁性の外部ケースと、この外部ケースの内壁面に固定
された金属シールドケースと、この金属シールドケース
の内部に固定された樹脂製の基台と、この基台に一体成
形されたサブ基台と、中央部が上記サブ基台に固定され
上記金属シールドケースと電気的に絶縁された振動板
と、この振動板の表面に固定された圧電セラミック素子
と、上記基台に支持され上記圧電セラミック素子に発生
する電荷に応じた信号を出力する回路基板と、この回路
基板及び上記圧電セラミック素子を内包し上記金属シー
ルドケースの開口部を覆って上記金属シールドケースと
でシールドする金属製の上部ケースとを備えたものであ
る。

（作 用） したがって、本発明によれば、加速度感知部である圧
電セラミック素子の正，負両電極が、金属シールドケー
スから絶縁されているバランスタイプ構造および全面金
属シールド構造としているため外部ノイズの影響を受け
にくい。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す加速度センサの平面
図、第２図は同加速度センサのＩ−Ｉ線に沿う断面図、
第３図は同加速度センサのII−II線に沿う断面図、第４
図（イ），（ロ）は振動板の平面図及び断面図である。

これらの図に示す加速度センサのうち振動板１に成形
されている圧電セラミック素子２および３の位置決め用
環状突起4,5およびセンタ穴６については従来例と同じ
であるため説明を省略する。

第１図ないし第４図において、７はサブ基台であり、
その表面のほぼ中央部に環状突起８を有する。サブ基台
７は、ターミナル9,10と共に基台11に一体成形されてい
る。１はサブ基台７の環状突起８に固定された振動板で
あり、その表面に、センサ出力用の圧電セラミック素子
２が固定され、その裏面に焦電キャンセル用の圧電セラ
ミック素子３が固定されている。圧電セラミック素子２
はその裏面のマイナス電極が振動板１の表面に導通接着
され、圧電セラミック素子３は、その表面プラス電極が
振動板１の裏面に導通接着されている。圧電セラミック
素子２のセンサ出力用プラス電極12と圧電セラミック３
のマイナス電極は、それぞれリードフレーム13,14およ
び回路基板15を介してセンサ出力用ターミナル16へと接
続されている。17,18はそれぞれリードフレーム13,14と
圧電セラミック素子２および３との半田付け部を示す。
19は回路基板15の電源供給用ターミナル、20はグランド
用ターミナルであり、それぞれ回路基板15に接続されて
いる。ターミナル16,19,20は、いずれもコネクタ21に一
体成形されている。22は回路基板15を支持するためのピ
ンである。23は金属シールドケースであり、コネクタ21
および固定部24と一体成形された外部ケース25および基
台11と接着などによって固定されている。26は金属シー
ルドケース23に圧入固定され、外部ケース25と接着部27
で接着固定された上部ケースである。28は振動板１から
切起しで形成された端子であり、半田付け部29などの手
段によって、リードフレーム30に接続されている。

以上の構成から成る加速度センサは、固定部24と一体
成形された金属部31により補強されたネジ穴部32をネジ
止めして車体に装着されることになる。

上記実施例における加速度センサ本体部の動作につい
ては、従来のものと同じである。すなわち、自動車等の
走行により発生した加速度は、外部ケース25,基台11お
よびサブ基台７を介して振動板１に伝えられ、振動板１
に撓みを与える。振動板１の撓みは、圧電セラミック素
子２および３に引張力と圧縮力とを交互に与えるため、
圧電セラミック素子２および３に電荷が発生する。この
電荷は、回路基板15のインピーダンス変換回路で電圧に
変換され、必要な帯域および最適な出力レベルになるよ
うに濾波回路および増幅回路を通って出力され、センサ
出力が得られる。

（発明の効果） 本発明は上記実施例から明らかなように、圧電セラミ
ック素子の正，負両電極を金属シールドケースから電気
的に絶縁するというバランス構造としていることおよ
び、圧電セラミック素子と回路基板部とを金属ケースで
シールドしていることのために、センサ特性が外部ノイ
ズの影響を受けにくくなり、特性の安定した極めて信頼
性の高い加速度センサを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における加速度センサの平面
図、第２図は同センサで第１図のＩ−Ｉ線に沿う断面
図、第３図は同センサで第１図および第２図に示すII−
II線に沿う断面図、第４図（イ）は同センサの振動板の
平面図、（ロ）は断面図、第５図は従来の加速度センサ
の平面図、第６図は第５図のVI−VI線に沿う断面図、第
７図は第５図のVII−VII線に沿う断面図、第８図は同セ
ンサにおける主要部の平面図、第９図は同センサにおけ
る主要部の正面断面図、第10図は同センサにおけるセン
サ出力用圧電セラミック素子の平面図、第11図は同セン
サにおける焦電キャンセル用圧電セラミック素子の平面
図、第12図は同センサにおける振動板の平面図、第13図
は第12図に示す振動板の断面図、第14図は同センサにお
ける振動板の別の例を示す平面図、第15図は第14図に示
す振動板の断面図である。 １……振動板、2,3……圧電セラミック素子、4,5……位
置決め用環状突起、６……センタ穴、７……サブ基台、
８……環状突起、9,10……ターミナル、11……基台、12
……センサ出力用プラス電極、13,14,30……リードフレ
ーム、15……回路基板、16……センサ出力用ターミナ
ル、17,18,29……半田付け部、19……電源供給用ターミ
ナル、20……グランド用ターミナル、21……コネクタ、
22……ピン、23……金属シールドケース、24……固定
部、25……外部ケース、26……上部ケース、27……接着
部、28……端子、31……金属部、32……ネジ穴部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 英樹 神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−259174（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−197661（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−292259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−180226（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−181917（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面が開口した絶縁性の外部ケースと、こ
   の外部ケースの内壁面に固定された金属シールドケース
   と、この金属シールドケースの内部に固定された樹脂製
   の基台と、この基台に一体成形されたサブ基台と、中央
   部が上記サブ基台に固定され上記金属シールドケースと
   電気的に絶縁された振動板と、この振動板の表面に固定
   された圧電セラミック素子と、上記基台に支持され上記
   圧電セラミック素子に発生する電荷に応じた信号を出力
   する回路基板と、この回路基板及び上記圧電セラミック
   素子を内包し上記金属シールドケースの開口部を覆って
   上記金属シールドケースとでシールドする金属製の上部
   ケースとを具備したことを特徴とする加速度センサ。