JP2681834B2 - 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ブラス電極
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
周に丸穴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
属円板の中心部に基台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を指示するための
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およぼしやす
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、圧電セラミック
素子の正，負両電極が導通接着された振動板を固定した
サブ基台は、それを内包する形で一体成形した絶縁体か
らなる基台によって、それらを包含する金属ケースと電
気的に絶縁するというバランスタイプの構造とすると共
に、圧電セラミック素子、その圧電セラミック素子の信
号処理する回路基板および基台とを金属ケースで全面覆
うことによって電磁波などの外部ノイズをシールドする
構成とし、さらに、配線用のコネクタ部と車輌取付用の
固定部とを一体成形して成る外部ケースに組み付け、か
つ外部ケースの固定部にネジ穴を備え、取付用ステーを
ネジ止めして車輌に取り付ける構造としたものである。

（作 用） 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，負両電極が導通接着された振動板を固定した
サブ基台を内包する形で一体成形した絶縁体からなる基
台によって、金属ケースと電気的に絶縁されているバラ
ンスタイプ構造および全面を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という効果を有す
ると共に、外部ケースにコネクタ部を一体構造としてい
るために、相手方のコネクタを装着するだけで加速度セ
ンサ本体部との接続が完了するので、使用に当たっての
組み付け作業が極めて簡単になる。

さらに、外部ケースに一体成形されたセンサ固定部
に、取付用ステーをネジ締めするだけで車輌への取り付
けが完了するので、車輌への取り付けが極めて簡単にな
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す加速度センサで第２
図のIII−III線に沿う平面断面図、第２図は同加速度セ
ンサで第１図のＩ−Ｉ線に沿う正面断面図、第３図は同
加速度センサで第２図のII−II線に沿う側面断面図、第
４図（イ），（ロ）は振動板の平面図及び断面図を示
す。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と共に絶縁体からなる基台11に内
包する形で一体成形されている。振動板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、その表面の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と圧電セラミック素子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であり、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を指示するためのピン
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と溶接部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
起こ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。32は
上部ケース26を溶接部27で接着，加熱，効果するときの
エア抜き用穴を示し、33はその穴32を封止する接着剤を
示す。34は外部ケース25の固定部24と一体成形されたナ
ットであり、35は取付用ステー31にセンサ本体を取り付
けるためのボルトである。

以上の構成から成る加速度センサは取付用ステー31に
固定部24でネジ締め固定され、取付用ステー31を介して
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に電狩が発生する。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，負両電極が導通接着された振動板を固定
したサブ基台は、それを内包する形で一体成形した絶縁
体からなる基台によって、それらを包含する金属ケース
と電気的に絶縁されている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，回路基板および基台とを
金属ケースで包含して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、特定
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。

また、加速度センサにコネクタ部を一体化したので、
組み付け作業時には、このコネクタ部に対になった相手
側のコネクタを差し込むだけで接続ができ、組み付け作
業が極めて簡単になる。

さらに、センサの車輌への取り付けがセンサ固定部に
取付用ステーをネジ締めするだけで完了するので、極め
て簡単になり、その実用上の効果は大である。

【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で第２
図のIII−III線に沿う断面図、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２図
の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……電圧セラミック素子、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……溶接
部、28……端子、31……取付用ステー、32……エア抜き
用穴、33……接着剤、34……ナット、35……ボルト。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面中央部に環状突起を有するサブ基台
   と、該サブ基台を内包する形で一体成形した絶縁体から
   なる基台と、中央部が、前記環状突起に固定された振動
   板と、該振動板の表裏両面に正負電極を互いに対向させ
   て導通接着された２枚の圧電セラミック素子と、該圧電
   セラミック素子の各電極にそれぞれ接続されたリード端
   子と、該リード端子からの信号を増幅，濾波，インピー
   ダンス変換および温度補償を行う回路基板と、該回路基
   板，前記基台および前記圧電セラミック素子を包含して
   シールドする金属ケースと、該金属ケースを包含して配
   線用のコネクタ部と車輌取付用の固定部とを一体成形し
   た外部ケースを備えて成り、該外部ケースの前記固定部
   にネジ穴を有し、取付用ステーをネジ止めして、車輌に
   取り付けることを特徴とするバランスタイプ構造の加速
   度センサ。