JP2691941B2 - 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
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は半田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を伝えられ、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ル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、外部ノイス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，負両電極を基台から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
子と回路基板部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て、さ
らに、配線用コネクタと固定部とを一体成形して成る外
部ケースに組み付ける構造とすると共に、配線用コネク
タの挿入方向を加速度感知方向と一致させ、取付用の固
定部を加速度感知部分に対して配線用コネクタと反対側
に取り付け、取付面を上記構造と一体化したものであ
る。

（作用） 本発明によれば、加速度感知部分である圧電セラミッ
ク素子の正，負両電極が、基台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という効果を有する
と共に、コネクタ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。

（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１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
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。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を介してセンセ出力用ターミ
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に溶接部27でリング溶接され、取付
面取付穴24をかね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。

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、上部ケース26,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，負両電極を基台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うけに
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。

また、加速度センサにコネクタを一体化したので、組
み付け作業時には、このコネクタ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１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……取付
穴、25……外部ケース、26……上部ケース、27……溶接
部、28……端子。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−40566（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−292259（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−173970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24154（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−197661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41865（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−180665（ＪＰ，Ｕ)

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が
   電気的に絶縁される形で一体成形された基台と、中央部
   が、前記環状突起に固定された振動板と、前記振動板の
   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、前記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、前記リー
   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、前記圧電セラミック素
   子と回路基板とをシールドする金属ケースと、前記金属
   ケースを包含する形状を有し、配線用コネクタと固定部
   とを一体成形した外部ケースとを備えて成り、配線用コ
   ネクタの挿入方向を加速度感知方向と一致させ、取付用
   の固定部を加速度感知部分に対して配線用コネクタと反
   対側に取り付けたことを特徴とするバランスタイプ構造
   の加速度センサ。