JP2884977B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として車載用エアバ
ッグ装置に組み込んで使用される加速度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の加速度センサとしては、
図９及び図１０で示すように、一対の配線パターン１，
２が表面上に並列形成された回路基板３と、配線パター
ン１，２それぞれ上に接着して固定されることにより互
いに隙間Ｓを介して配置された圧電セラミック素子４，
５と、これら上に接着して架設されたウェイト（重り）
６とを備えたものが提案されている。そして、この第１
の従来例である加速度センサにおいては、分極処理が施
された一対の圧電セラミック素子４，５と、加速度の作
用方向（図中では、符号Ｇで示す）に従って変位する質
量物であるウェイト６とを組み合わせることによって加
速度検出手段が構成されており、圧電セラミック素子
４，５それぞれの分極（軸）方向Ｘ，Ｙは回路基板３の
表面拡がり方向に沿った加速度の作用方向Ｇに従いなが
ら互いに向かい合う逆向きとして設定される一方、これ
らの上面に形成された電極４ａ，５ａ同士は導電性を有
するウェイト６を介して導通させられている。

【０００３】ところで、このウェイト６が金属などのよ
うな導電性素材を用いて作成されたものであってもよい
のは勿論であるが、これに限定されることはなく、例え
ば、分極処理が施されていないセラミックからなるブロ
ック体の一面のみに圧電セラミック素子４，５の電極４
ａ，５ａ同士を導通させる電極（図示していない）が形
成されたものであってもよい。また、このとき、圧電セ
ラミック素子４，５それぞれの下面には電極４ｂ，５ｂ
が形成されたうえで配線パターン１，２の各々と導通さ
せられており、これらの配線パターン１，２は回路基板
３の表面上に配設された加速度信号処理用としてのハイ
ブリッドＩＣ７に接続されている。なお、図中の符号８
は回路基板３の表面上を覆うことによって各種部品を一
括的に封止するシールドケースであり、９は回路基板３
を貫通した状態で取り付けられた外部接続用のピン端子
である。

【０００４】さらにまた、他の加速度センサとしては、
図１１及び図１２で示すような構成を有するものが提案
されており、この第２の従来例である加速度センサは、
上記同様の回路基板３，圧電セラミック素子４及びウェ
イト６とともに、圧電セラミック素子５に代わる導電セ
ラミック素子１１を備えている。すなわち、この加速度
センサにおける加速度検出手段は、配線パターン１上に
接着された圧電セラミック素子４と、配線パターン２上
に接着された導電セラミック素子１１と、これら上に架
設して接着されたウェイト６との組み合わせによって構
成されており、圧電セラミック素子４と導電セラミック
素子１１とは隙間Ｓを介したうえでの離間状態で配置さ
れている。

【０００５】そして、このとき、導電セラミック素子１
１は、例えば、主表面上に個別電極１２が形成されたセ
ラミック板１３の複数枚を互いの厚み方向に沿って重ね
合わせたうえで接着することによって作成されたもので
あり、その上面には個別電極１２に接続されたうえでウ
ェイト６と導通する電極１１ａが形成される一方、その
下面には個別電極１２に接続されて配線パターン２と導
通する電極１１ｂが形成されている。なお、この第２の
従来例である加速度センサにおける導電セラミック素子
１１を除く構成は、図９及び図１０で示した加速度セン
サと基本的に異ならないから、互いに同一となる部品，
部分には同一符号を付している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来例
に係る加速度センサの加速度検出手段を構成するに際し
ては、所定間隔の隙間Ｓを介して配置された一対の圧電
セラミック素子４，５、もしくは、圧電セラミック素子
４及び導電セラミック素子１１をウェイト６に対して接
着剤（図示していない）を用いて接着することが行われ
ている。しかしながら、このような接着を行った場合に
は、各セラミック素子４，５，１１間の隙間Ｓ内にまで
接着剤がはみ出してくることが起こるため、はみ出した
接着剤を硬化前に拭い取ることによって除去しなければ
ならず、組み立て作業に煩わしい手間がかかることにな
っていた。また、所定間隔の隙間Ｓを確保するために
は、各セラミック素子４，５，１１をウェイト６に対し
て正しく位置決めしたままの状態で接着しなければなら
ないのであるが、各セラミック素子４，５，１１が接着
時に位置ずれを起こすこともあって正しい位置決め状態
での接着が行われるとは限らないのが現状であり、隙間
Ｓが確保されていない場合には、加速度センサにおける
検出特性への悪影響が生じる恐れもあった。

【０００７】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、組み立て作業の手間を省くことが
でき、しかも、検出特性への悪影響が生じるのを有効に
防止することが可能な加速度センサの提供を目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の加速
度センサは、このような目的を達成するために、複数本
の配線パターンが表面上に並列形成された回路基板と、
各配線パターン上に接着して固定される圧電セラミック
素子と、これら上に接着して架設されたうえで両セラミ
ック素子同士を導通させるウェイトとを備えたものであ
って、圧電セラミック素子のそれぞれは互いの分極方向
を逆向きにした状態で、配線パターンの並列方向に沿っ
て互いに接した状態で接着されて一体化されたものであ
り、この一体化されたセラミック積層体の下面には配線
パターンのそれぞれと接着されて導通する電極を互いに
離間した状態で形成することを特徴としている。

【０００９】また、第２の加速度センサは、複数本の配
線パターンが表面上に並列形成された回路基板と、各配
線パターン上に接着して固定される圧電セラミック素子
及び導電セラミック素子と、これら上に接着して架設さ
れたうえで両セラミック素子同士を導通させるウェイト
とを備えたものであって、圧電セラミック素子及び導電
セラミック素子のそれぞれは配線パターンの並列方向に
沿って互いに接した状態で接着されて一体化されたもの
であり、この一体化されたセラミック積層体の下面には
配線パターンのそれぞれと接着されて導通する電極を互
いに離間した状態で形成していることを特徴とするもの
である。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、一対の圧電セラミック素
子、もしくは、圧電セラミック素子及び導電セラミック
素子を互いに接した状態で一体化してなるセラミック積
層体をウェイトに対して接着することによって加速度検
出手段が構成されることになる。そこで、所定間隔の隙
間を設けた位置決め状態で各セラミック素子をウェイト
に対して接着する必要はないことになり、隙間を設ける
ことに伴う種々の不都合が生じることはなくなる。ま
た、この際、回路基板の配線パターンに接着されて導通
する電極のそれぞれは、セラミック積層体の下面におけ
る離間位置ごとに形成されているのであるから、これら
間の絶縁は確保されることになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】第１実施例 図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、図１は加
速度センサの全体構造を簡略化して示す一部破断斜視
図、図２はその要部構造のみを拡大して示す一部破断斜
視図であり、図３はそのセラミック積層体の作成手順を
示す説明図である。なお、この加速度センサの全体構成
は第１の従来例と基本的に異ならないので、図１ないし
図３において図９及び図１０と互いに同一または相当す
る部品，部分には同一符号を付している。

【００１３】この第１実施例に係る加速度センサは、一
対の配線パターン１，２が表面上に並列形成された回路
基板３と、分極処理が施されたうえで配線パターン１，
２それぞれ上に接着して固定された一対の圧電セラミッ
ク素子４，５と、これら上に接着して架設されたウェイ
ト６とを備えている。そして、この加速度センサにおけ
る圧電セラミック素子４，５のそれぞれは、配線パター
ン１，２の並列方向に沿って互いの分極方向を逆向きに
して並列配置されており、さらに接着剤（図示していな
い）を用いて互いに接着されることによりセラミック積
層体２０として一体化されている。

【００１４】また、このセラミック積層体２０の上面に
は、金属材料などの導電性素材を用いて作成されたウェ
イト６を介して導通することになる電極４ａ，５ａが形
成される一方、その下面には、配線パターン１，２のそ
れぞれと対応して所定間隔だけ離間した電極４ｂ，５ｂ
が形成されている。なお、図２では、一体化されてセラ
ミック積層体２０となる圧電セラミック素子４，５それ
ぞれの分極方向Ｘ，Ｙが回路基板３の表面拡がり方向に
沿いながら互いに向かい合う逆向きとされているが、分
極方向Ｘ，Ｙは加速度の作用方向Ｇと対応する方向に沿
って設定されていればよいのであり、図示していない
が、例えば、各々の分極方向Ｘ，Ｙがともに回路基板３
の法線方向に沿って設定されている場合もあることは勿
論である。なお、図２では、セラミック積層体２０の上
面に形成された電極４ａ，５ａが離間した状態となって
いるが、これらの両者は互いに接続されていてもよいも
のである。

【００１５】ところで、このような構成のセラミック積
層体２０を作成するにあたっては、図３で示すような手
順が採用されている。すなわち、まず、図３（ａ）で示
すように、分極処理が施されたセラミックブロック体２
１，２２を接着剤によって接着した後、この一体化され
たセラミックブロック体２１，２２からなるブロック積
層体２３を図３（ａ）中の仮想線Ａに沿って切断加工す
ることにより所定厚みを有するブロック板２４を作成す
る。次に、図３（ｂ）で示すように、一体化されたまま
のブロック板２４の主表面それぞれに対する蒸着やスパ
ッタリングなどを実施し、互いに所定間隔Ｌだけ離間し
た電極層２５，２６を形成した後、図３（ｂ）中の仮想
線Ｂに沿うような所定幅ごとの切断加工を行う。する
と、図２で示したような構成を有するセラミック積層体
２０、すなわち、一対の圧電セラミック素子４，５を一
体化してなるセラミック積層体２０が作成されたことに
なる。なお、図示していないが、ウェイト６がセラミッ
クからなるものである場合には、電極２５，２６が形成
されたブロック板２４の一方側主表面に対し、ウェイト
６となるセラミックブロック体を接着剤によって接着し
て固定した後、これらを一体としたうえでの所定幅ごと
の切断加工を行うことも可能であることは勿論である。

【００１６】そこで、この加速度センサの加速度検出手
段は、圧電セラミック素子４，５からなるセラミック積
層体２０と、加速度の作用方向Ｇに従って変位する質量
物であるウェイト６との組み合わせによって構成されて
おり、セラミック積層体２０の上面に形成された電極４
ａ，５ａのそれぞれはウェイト６を介して導通される一
方、その下面に形成された電極４ｂ，５ｂのそれぞれは
回路基板３上に並列形成された配線パターン１，２の各
々と導通されていることになる。

【００１７】したがって、上記構成とされた加速度検出
手段を具備した加速度センサにおいて外部から加速度が
作用した場合には、ウェイト６が加速度の作用方向Ｇに
沿って揺り動かされて変位することになり、回路基板３
上に形成された配線パターン１，２の各々とウェイト６
との間に配設されてセラミック積層体２０を構成する圧
電セラミック素子４，５のそれぞれにはせん断歪みが生
じ、各々の主表面それぞれには正負逆の電荷が発生する
ことになる。すなわち、この実施例では、圧電セラミッ
ク素子４，５それぞれの分極方向Ｘ，Ｙが互いに逆向き
とされ、かつ、セラミック積層体２０の上面に形成され
た電極４ａ，５ａ同士がウェイト６を介して導通されて
いるのであるから、一方の圧電セラミック素子４（５）
の変位側主表面に正の電荷が発生したとすると、他方の
圧電セラミック素子５（４）の変位側主表面には負の電
荷が発生することになり、これら正負の電荷はウェイト
６を介して相殺されることになる。また、このとき、セ
ラミック積層体２０の下面に形成された電極４ｂ，５ｂ
は回路基板３上に並列形成された配線パターン１，２と
各別に導通されているのであるから、圧電セラミック素
子４，５それぞれの固定側主表面に発生した電荷が配線
パターン１，２を通じて取り出される結果、加速度信号
処理用として設けられたハイブリッドＩＣ７によって作
用した加速度の大きさを検出することが行われる。

【００１８】第２実施例 図４ないし図６は本発明の第２実施例に係り、図４は加
速度センサの全体構造を簡略化して示す一部破断斜視
図、図５はその要部構造のみを拡大して示す一部破断斜
視図であり、図６はそのセラミック積層体の作成手順を
示す説明図である。なお、この加速度センサの全体構成
は第２の従来例と基本的に異ならないので、図４ないし
図６において図１１及び図１２と互いに同一または相当
する部品，部分には同一符号を付すこととし、ここでの
詳しい説明は省略する。

【００１９】この第２実施例に係る加速度センサは、従
来例同様、一対の配線パターン１，２が表面上に並列形
成された回路基板３と、分極処理が施されたうえで配線
パターン１上に接着して固定された圧電セラミック素子
４と、アースとして機能する配線パターン２上に接着し
て固定された導電セラミック素子１１と、これら上に接
着して架設されたウェイト６とを備えている。そして、
この加速度センサにおける圧電セラミック素子４及び導
電セラミック素子１１のそれぞれは、配線パターン１，
２の並列方向に沿って並列配置されたうえ、接着剤を用
いて互いに接着されることによりセラミック積層体３０
として一体化されている。また、このセラミック積層体
３０の上面には、ウェイト６を介して導通することにな
る電極４ａ，１１ａが形成される一方、その下面には、
配線パターン１，２のそれぞれと対応して所定間隔だけ
離間した電極４ｂ，１１ｂが形成されている。なお、こ
れらの電極４ａ，１１ａが互いに接続されたものであっ
てもよいことは勿論である。

【００２０】ところで、圧電セラミック素子４の分極方
向Ｘが図５で示した方向、すなわち、回路基板３の表面
拡がり方向に沿うことに限られないのは第１実施例と同
様である。また、圧電セラミック素子４と一体化されて
セラミック積層体３０を構成する導電セラミック素子１
１は、従来例同様、少なくとも一方の主表面上に個別電
極１２が形成されたセラミック板１３の複数枚を互いの
厚み方向に沿って重ね合わせたうえで接着することによ
って作成されたものである。

【００２１】そして、このセラミック積層体３０を作成
するに際しては、図６で示すような手順が採用されてい
る。すなわち、まず、図６（ａ）で示すように、分極処
理が施されておらず、しかも、各々の主表面上には全面
にわたる電極３１が形成されたセラミック板３２の複数
枚と、所定の分極処理が施された第１実施例同様のセラ
ミックブロック体２１とを用意し、接着剤を用いること
によってセラミック板３２及びセラミックブロック体２
１のそれぞれを互いに接着して一体化した後、複数枚の
セラミック板３２及びセラミックブロック体２１からな
るブロック積層体３３を図６（ａ）中の仮想線Ｃに沿っ
て切断加工することにより所定厚みを有するブロック板
３４を作成する。次に、図６（ｂ）で示すように、一体
化されたままのブロック板３４の主表面それぞれに対す
る蒸着やスパッタリングなどを行って互いに所定間隔だ
け離間した状態の電極層３５，３６をそれぞれ形成した
後、図６（ｂ）中の仮想線Ｄに沿う所定幅ごとの切断加
工を行うと、図５で示したような構成を有するセラミッ
ク積層体３０が得られる。

【００２２】そこで、この加速度センサの加速度検出手
段は、圧電セラミック素子４及び導電セラミック素子１
１を一体化してなるセラミック積層体３０と、加速度の
作用方向Ｇに従って変位する質量物であるウェイト６と
を組み合わせることによって構成されていることにな
る。そして、このセラミック積層体３０の上面に形成さ
れた電極４ａ，１１ａのそれぞれはウェイト６を介して
互いに導通される一方、その下面に形成された電極４
ｂ，１１ｂのそれぞれは回路基板３上に並列形成された
配線パターン１，２の各々と導通されていることにな
る。

【００２３】したがって、上記構成とされた加速度検出
手段を有する加速度センサにおいて外部から加速度が作
用した場合、質量物であるウェイト６は加速度の作用方
向Ｇと同一向きに沿いつつ、その大きさに対応して変位
することになる。そして、このウェイト６が変位する
と、これと回路基板３との間に介装されてセラミック積
層体３０を構成する圧電セラミック素子４にはせん断歪
みが生じることになり、その主表面それぞれには正負逆
の電荷が発生する。さらに、このとき、圧電セラミック
素子４の電極４ａはウェイト６及び導電セラミック素子
１１の電極１１ａ，１１ｂを介したうえで配線パターン
２と導通する一方、圧電セラミック素子４の電極４ｂは
配線パターン１と導通しているから、圧電セラミック素
子４の主面上に誘起された電荷は配線パターン１を通じ
て取り出されてハイブリッドＩＣ７によって処理される
ことになり、その結果として加速度の大きさが検出され
る。

【００２４】第３実施例 ところで、車載用エアバッグ装置に組み込んで使用され
る加速度センサは非常に高い信頼性を有すべきであり、
その故障は速やかに発見される必要がある。そして、最
近では、いわゆる自己故障診断機能を有する加速度セン
サの実現が強く求められている。そこで、以下、自己故
障診断機能を有する加速度センサについて説明する。

【００２５】図７及び図８は第１及び第２実施例に係る
加速度センサの変形例として構成された自己故障診断機
能付きの加速度センサを示しており、図７は加速度セン
サの全体構造を簡略化して示す一部破断斜視図、図８は
その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜視図であ
る。

【００２６】この加速度センサは、複数本の配線パター
ン１ａ，１ｂ，２が表面上に並列形成された回路基板３
と、分極処理が施されたうえで配線パターン１ａ，１ｂ
上に接着して固定された一対の圧電セラミック素子４，
５と、配線パターン２上に接着して固定された導電セラ
ミック素子１１と、これら上に接着して架設されたウェ
イト６とを備えている。そして、この加速度センサにお
ける圧電セラミック素子４，５及び導電セラミック素子
１１のそれぞれは、配線パターン１ａ，１ｂ，２の並列
方向に沿って並列配置されたうえ、接着剤を用いて互い
に接着されることによりセラミック積層体４０として一
体化されている。また、このセラミック積層体４０の上
面には、ウェイト６を介して導通する電極４ａ，５ａ，
１１ａが形成される一方、その下面には、配線パターン
１ａ，１ｂ，２と対応して所定間隔だけ離間した電極４
ｂ，５ｂ，１１ｂが形成されている。なお、本実施例に
係るセラミック積層体４０は、第１及び第２実施例で示
したと同様の手順を採用して作成される。

【００２７】すなわち、この実施例における圧電セラミ
ック素子５は故障診断用として設けられたものであり、
この圧電セラミック素子５に対しては配線パターン１ｂ
を通じてハイブリッドＩＣ７から故障診断用の疑似振動
信号が印加されることになる。また、配線パターン２
は、第２実施例同様、アースとして機能するようになっ
ている。そこで、セラミック積層体４０を構成する圧電
セラミック素子５は、その下面に形成された電極５ｂが
配線パターン１ｂ上に固定される一方、上面に形成され
た電極５ａはウェイト６及び導電セラミック素子１１の
それぞれを介したうえで配線パターン２と直列に接続さ
れていることになる。したがって、この圧電セラミック
素子５に対してハイブリッドＩＣ７から疑似振動信号が
印加されると、圧電セラミック素子５はその分極軸Ｙと
平行な方向に沿って歪むことになり、ウェイト６が変位
させられることになる。その結果、このウェイト６を介
して圧電セラミック素子５と一体的に連結された圧電セ
ラミック素子４にはウェイト６の変位に伴うせん断歪が
生じることになり、かつ、この圧電セラミック素子４の
主表面には電荷が誘起されることになる。そこで、この
ようにして得られた疑似振動信号に基づく出力を通常の
加速度信号と同様に処理すると、加速度センサにおける
故障の有無が診断されることになる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加速
度センサによれば、一対の圧電セラミック素子、もしく
は、圧電セラミック素子及び導電セラミック素子を一体
化してなるセラミック積層体をウェイトに対して接着す
ることによって加速度検出手段が構成されることにな
る。したがって、従来例のように、所定間隔の隙間を設
けた位置決め状態で各セラミック素子をウェイトに対し
て接着することによって加速度検出手段を構成する必要
はなく、このような隙間を確保したり隙間内にまではみ
出した接着剤を拭い取ったりする手間が不要となる結
果、加速度センサの組み立て作業にあたって必要となる
手間を省くことができる。

【００２９】また、この際、回路基板の配線パターンに
接着されて導通する電極のそれぞれは、セラミック積層
体の下面における離間位置ごとに形成されているのであ
るから、これら間の絶縁は確保されていることになり、
検出特性への悪影響が生じるのを有効に防止することが
できるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る加速度センサの全体
構造を簡略化して示す一部破断斜視図である。

【図２】その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜視
図である。

【図３】そのセラミック積層体の作成手順を示す説明図
である。

【図４】本発明の第２実施例に係る加速度センサの全体
構造を簡略化して示す一部破断斜視図である。

【図５】その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜視
図である。

【図６】そのセラミック積層体の作成手順を示す説明図
である。

【図７】本発明の第３実施例に係る加速度センサの全体
構造を簡略化して示す一部破断斜視図である。

【図８】その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜視
図である。

【図９】第１の従来例に係る加速度センサの全体構造を
簡略化して示す一部破断斜視図である。

【図１０】その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜
視図である。

【図１１】第２の従来例に係る加速度センサの全体構造
を簡略化して示す一部破断斜視図である。

【図１２】その要部構造のみを拡大して示す一部破断斜
視図である。

【符号の説明】

１ 配線パターン ２ 配線パターン ３ 回路基板 ４ 圧電セラミック素子 ４ｂ 電極 ５ 圧電セラミック素子 ５ｂ 電極 ６ ウェイト １１ 導電セラミック素子 １１ｂ 電極 ２０ セラミック積層体 ３０ セラミック積層体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 15/09 B60R 21/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の配線パターン（１，２）が表面上
   に並列形成された回路基板（３）と、各配線パターン
   （１，２）上に接着して固定される圧電セラミック素子
   （４，５）と、これら上に接着して架設されたうえで両
   セラミック素子（４，５）同士を導通させるウェイト
   （６）とを備えた加速度センサであって、圧電セラミッ
   ク素子（４，５）のそれぞれは互いの分極方向を逆向き
   にした状態で、配線パターン（１，２）の並列方向に沿
   って互いに接した状態で接着されて一体化されたもので
   あり、この一体化されたセラミック積層体（２０）の下
   面には配線パターン（１，２）のそれぞれと接着されて
   導通する電極（４ｂ，５ｂ）を互いに離間した状態で形
   成していることを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】複数本の配線パターン（１，２）が表面上
   に並列形成された回路基板（３）と、各配線パターン
   （１，２）上に接着して固定される圧電セラミック素子
   （４）及び導電セラミック素子（１１）と、これら上に
   接着して架設されたうえで両セラミック素子（４，１
   １）同士を導通させるウェイト（６）とを備えた加速度
   センサであって、 圧電セラミック素子（４）及び導電セラミック素子（１
   １）のそれぞれは配線パターン（１，２）の並列方向に
   沿って互いに接した状態で接着されて一体化されたもの
   であり、この一体化されたセラミック積層体（３０）の
   下面には配線パターン（１，２）のそれぞれと接着され
   て導通する電極（４ｂ，１１ｂ）を互いに離間した状態
   で形成していることを特徴とする加速度センサ。