JP4234840B2 - 加速度センサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度センサが金属製のケースに収納されている構造の加速度センサユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加速度センサユニットでは、加速度に応じた加速度信号を出力する加速度センサを金属製のケース本体のセンサ収納用凹部に収納し、センサ収納用凹部を覆うようにケース本体にカバー部材を嵌めた構造を有している。ケース本体とカバー部材とは電気的に接続されており、ケース本体とカバー部材とにより加速度センサの周囲を囲むシールド構造体が構成されている。またケース本体の収納用凹部と対向する位置に、加速度センサから出力された加速度信号を処理する信号処理回路を備えた回路基板を配置し、この回路基板をカバー部材の内部に収納した構造も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら回路基板をカバー部材の内部に収納すると、回路基板をカバー部材の内部に収納しない場合と比べて、センサユニットの出力精度が悪くなる場合があることが分かった。発明者が検討した結果、回路基板上に実装された電子部品から発生するノイズが加速度センサの出力に影響を与えている場合があることが分かった。
【０００４】
本発明の目的は、回路基板をカバー部材の内部に収納した場合において、測定精度を高めることができる加速度センサユニットを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、機械的な強度が高い加速度センサユニットを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、少ない部品点数で確実に回路基板を所定の位置に位置決めすることができる加速度センサユニットを提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、組み立てが容易な加速度センサユニットを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、ケーブルの芯線と回路基板の電極部との接続部に無理な力が加わらない構造を少ない部品点数で簡単に実現できる加速度センサユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする加速度センサは、加速度に応じた加速度信号を出力する加速度センサと、加速度センサが嵌合された状態で収納されるセンサ収納用凹部を備えた金属製のケース本体と、加速度センサから出力された加速度信号を処理する信号処理回路を備え回路基板と、ケース本体に取付けられる金属製のカバー部材とから構成される。回路基板は、ケース本体のセンサ収納用凹部と対向する位置に配置されてケース本体に対して固定されている。そしてカバー部材は、回路基板とケース本体のセンサ収納用凹部が形成された部分とを包み込むようにケース本体に対して嵌合される。そしてカバー部材とケース本体とは、電気的に接続されている。
【００１０】
本発明では、ケース本体回路基板との間に、センサ収納用凹部の開口部の全部または大部分を塞ぐ部分を備え且つケース本体と電気的に接続された金属製の中間シールドプレートを配置する。このような中間シールドプレートを配置すると、回路基板に実装された電子部品から発生したノイズの大部分は、中間シールドプレートに吸収されてしまうため、内部で発生するノイズにより測定精度が悪くなるのを確実に防止できる。
【００１１】
自動車に取付けられる加速度センサユニットのように、激しい振動が長期間にわたって加わるものでは、振動に対する機械的強度を高める必要がある。ケース本体のセンサ収納用凹部に収納された加速度センサは、嵌合構造や接着剤によりセンサ収納用凹部内に位置決め固定されている。しかしながら長期間にわたって振動が加わり続けると嵌合部では摩耗が発生し、また接着剤層で剥離が発生する。このような事態が発生すると、加速度センサの測定精度が悪くなるばかりでなく、加速度センサが寿命に至ってしまうおそれがある。そこで中間シールドプレートをケース本体に対して固定された状態で加速度センサの一部と接触して加速度センサの中間シールドプレートに向かう方向への移動を阻止するように構成すると、嵌合部で摩耗が発生するのを阻止することができ、また接着剤層で剥離が発生するのを阻止することができ、測定精度が低下するのを防止できるだけでなく、加速度センサユニットの寿命を大幅に延ばすことができる。
【００１２】
回路基板の中間シールドプレートと対向する側の面（裏面）には、電子部品が実装される場合があったり、また半田付け部や回路パターンが形成される場合ある。そのため回路基板の裏面と中間シールドプレートとの間には所定の間隙を形成する必要がある。このような間隙を形成するためには、スペーサ部材を回路基板の裏面と中間シールドプレートとの間に配置すればよい。しかしながらこのようなスペーサ部材を用いると、部品点数が増加するだけでなく、組み立てが面倒になる。そこで中間シールドプレートに回路基板に向かって突出して回路基板の一部と接触する複数のスペーサ用突出部を一体に設けると、別個にスペーサ部材を用意することなく、回路基板と中間シールドプレートの主たる表面との間に所望の間隙を形成するこができるだけでなく、組み立てが面倒になることがない。回路基板と中間シールドプレートとをケース本体に対して固定する態様は任意であるが、次のようにすると、共通の取付部材を用いて簡単に回路基板と中間シールドプレートとをケース本体に対して固定することができる。具体的には、まずケース本体には、センサ収納用凹部の開口部を囲む端面に開口する複数のネジ孔を形成する。また中間シールドプレートには複数のネジ孔と整合する複数のプレート貫通孔を形成する。さらに中間シールドプレートの複数のプレート貫通孔の周囲に位置する部分をプレス加工により押し出して前述の複数のスペーサ用突出部を形成する。そして回路基板には複数のネジ孔と複数のプレート貫通孔と整合する複数の基板貫通孔とを形成する。その上で、整合した複数のネジ孔と複数のプレート貫通孔と複数の基板貫通孔とに複数のネジをそれぞれ挿入して中間シールドプレート及び回路基板をケース本体に対して固定する。
【００１３】
加速度センサユニットからの出力は、リード線等のケーブルを介して外部に出力される。加速度センサユニットには、常に振動が加わっているため、この振動でケーブルが揺れて、ケーブルの芯線と回路基板の接続用電極との間の接続部にストレスが加わると、接続部で接続不良が発生する。そのためケーブルの接続部側の端部は、回路基板に対して位置的に固定された状態にあるのが好ましい。このような状態を作るためには、まずケース本体に回路基板に接続されるケーブルの端部が挿入されるケーブル挿入口とこのケーブル挿入口と連通し且つセンサ収納用凹部と同じ方向に向かって開口してケーブルの端部を収納するケーブル端部収納用凹部を形成する。そして中間シールドプレートにはケーブル端部収納用凹部内に収納されてケーブルの端部を挟持する一対の挟持片を備えたケーブル端部挟持部材を一体に設けるのが好ましい。このようにすると簡単な構造で、しかも部品点数を増やすことなく、ケーブルの端部を回路基板に対して固定状態にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の加速度センサユニットの実施の形態の一例の縦断面図であり、図２は図１の例の半部を断面にした右側面図であり、図３は図１のIII −III 線断面図である。この加速度センサユニット１は、アルミニューム製のケース本体３を備えている。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、ケース本体３の平面図及び一部切り欠き右側面図である。このケース本体３は、後述する加速度センサ３１が嵌合された状態で収納されるセンサ収納用凹部５と一対のフランジ部７，７とを備えており、一対のフランジ部７，７には取付用の貫通孔８，８が形成されている。センサ収納用凹部５は、ケース本体３の底壁部９と底壁部９から起立する４つの側壁部１１，１３，１５及び１７とによって囲まれている。ケース本体３のセンサ収納用凹部５の開口部を囲む端面１９（側壁部１１〜１７の各端面）は平坦になっている。そしてケース本体３には、対向する一対の側壁部１１及び１３の両端部の位置に端面１９に向かって開口する４つのネジ孔２１が形成されている。また対向する一対の側壁部１５及び１７には、対向する位置に後に説明する中間シールドプレート３９の一対の接触片が嵌合される一対の段部２３，２３が形成されている。さらにケース本体３の側壁部１１には、上方と右側方に向かって開口する切り欠き部２４が形成されており、この切り欠き部２４の底部には、後に説明するケーブルＣの端部が挿入されるケーブル挿入口２５とこのケーブル挿入口２５と連通し且つセンサ収納用凹部５と同じ方向に向かって開口してケーブルＣの端部を収納するケーブル端部収納用凹部２７が形成されている。そしてケーブル端部収納用凹部２７の内部には、対向する一対の段部２９，２９が形成されている。
【００１５】
図１に示すように、センサ収納用凹部５に収納された加速度センサ３１は、特願平８−２８８０８０号（特開平１０−１３２８４５号公報）等に示され圧電タイプの加速度センサである。この加速度センサ３１は、圧電セラミック基板３３と、金属製のダイアフラムユニット３５と、合成樹脂製の枠体３７とから構成されている。圧電セラミック基板３３の表面（図１で見た下面）上には、三軸方向の加速度を検出するための電極パターンが形成されており、またその裏面（図１で見た上面）には電極パターンと対向する対向電極パターンが形成されている。そして圧電セラミック基板３３の表面と裏面に形成した電極パターン間の各部分は適宜に分極処理されている。ダイアフラムユニット３５は、真鍮を切削加工して形成した一体成形品である。ダイアフラムユニット３５は、圧電セラミック基板３３の裏面が接合されるダイアフラム部３５ａと、ダイアフラム部３５ａの中央部に設けられた重錘３５ｂと、ダイアフラム部３５ａの外周部を支持する環状のベース部３５ｃとから構成される。さらに枠体３７は、ダイアフラムユニット３５をインサートとしてインサート成形により一体成形されている。図１及び図３に示すように枠体３７には圧電セラミック基板３３上の電極と電気的に接続された６本の端子３８…が支持されている。これらの端子３８…は、インサート成形により枠体３７に支持させてもよいが、３本の端子３８を別の支持部材に支持させて、この支持部材を枠体３７に嵌合させるようにしてもよい。なお加速度センサ３１は、センサ収納用凹部５内に嵌合しただけでもよいが、センサ収納用凹部５の内壁面と枠体３７とを接着剤で接合してもよい。
【００１６】
ケース本体３の端面１９の上には、金属製の中間シールドプレート３９が配置されている。中間シールドプレート３９は、ケース本体３のセンサ収納用凹部５の開口部５ａを囲む端面１９と回路基板５３との間に配置されている。図３及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、中間シールドプレート３９は、ほぼ矩形状のプレート本体４１と、一対の接触片４３，４３と、ケーブル端部挟持部材４５と、４つのスペーサ用突出部４７…が一体に形成された構造を有している。プレート本体４１には、長手方向に並ぶように２つの貫通孔４９及び５１が形成されている。図３に示すように、貫通孔４９及び５１は加速度センサ３９の枠体３７から突出する６本の端子３８を回路基板５３に向かって突出させる目的で形成されている。また貫通孔５１は、ケーブルＣの芯線を回路基板５３に導く機能も有している。プレート本体４１の貫通孔４９と貫通孔５１との間に位置する部分４１ａは、センサ収納用凹部５の開口部５ａの大部分を塞ぎ且つ特にダイアフラムユニット３５とほぼ完全に対向している。
【００１７】
一対の接触片４３，４３は、ケース本体３に形成した一対の段部２３に嵌合されている。またケーブル端部挟持部材４５は、ケース本体３の側壁部１１に形成したケーブル端部収納用凹部２７内に収納されてケーブルＣの端部を挟持する一対の挟持片４５ａ，４５ａと、これら一対の挟持片４５ａ，４５ａを支持する支持体４５ｂとから構成されている。一対の挟持片４５ａ，４５ａの下側端面は、ケーブル端部収納用凹部２７内の一対の段部２９［図４（Ａ）］と所定の間隔をあけて対向している。なお一対の挟持片４５ａ，４５ａには、ケーブルＣの端部をある程度きつく挟持するため、ケーブルＣの端部が嵌合された後に両者を近付けるかしめ加工が施される。
【００１８】
また中間シールドプレート３９のプレート本体４１には、４隅に形成された４つのスペーサ用突出部４７…の中心部に４つのプレート貫通孔４６…が形成されている。実際上は、中間シールドプレート３９の４つのプレート貫通孔４６…の周囲に位置する部分がプレス加工により押し出されて４つのスペーサ用突出部４７…が形成されている。４つのスペーサ用突出部４７…は、回路基板５３に向かって突出して、先端部が回路基板５３の一部と接触することにより、中間シールドプレート３９のプレート本体４１と回路基板５３の裏面との間に所定の間隙を形成している。図１に示されるように、回路基板５３の裏面（中間シールドプレート３９と対向する面）には、チップ部品が実装されている。そのため４つのスペーサ用突出部４７…の突出寸法は、これらのチップ部品が中間シールドプレート３９と接触しない程度に定められている。また、図５（Ａ）に示すように、中間シールドプレート３９のプレート本体４１には、３つの貫通孔４８…が形成されている。これらの貫通孔４８…には、加速度センサ３１の枠体３７の上側端部から突出する突起が嵌合されている。
【００１９】
図１及び図２に示すように、回路基板５３には、加速度センサ３１から延びる端子３８…に接続されて加速度センサ３１の出力信号を処理する信号処理回路が実装されている。また回路基板５３の四隅には、４つのプレート貫通孔４６…と整合する４つの基板貫通孔５５（図１）が形成されている。そしてケース本体３に形成した４つのネジ孔２１…と、プレート本体４１に形成した４つのプレート貫通孔４６…と回路基板５３に形成した４つの基板貫通孔５５…が整合または整列するように、ケース本体３の上に、中間シールドプレート３９と回路基板５３が配置され、これらのネジ孔と貫通孔に４本のネジ５７が挿入されて、中間シールドプレート３９と回路基板５３とがケース本体３に対して固定されている。
【００２０】
図１及び図２に示すように、ケーブルＣの各芯線は回路基板５３を貫通して、回路基板５３の表面上に形成された半田付け電極に半田付け接続されている。組み立ての際には、予めケーブルＣの一方の端部を、ケース本体３に形成されたケーブル挿入口２５からケーブル端部収納用凹部２７に挿入し、ある程度の長さケーブルＣの端部をケーブル端部収納用凹部２７から引き出しておく。そしてケーブルＣの芯線を回路基板５３の電極に半田付けした後、ケーブルＣの端部を中間シールドプレート３９のケーブル端部挟持部材４５の一対の挟持片４５ａに挟持させる。その後、中間シールドプレート３９と回路基板５３とをケース本体３に固定する。回路基板５３を装着する際に、加速度センサ３１の端子３８…の端部が、回路基板５３の図示しない貫通孔に挿入され、回路基板５３がケース本体３に対して固定された後に、端子３８…の端部が回路基板５３の表面の電極に半田付け接続される。ケース本体３の端面１９上に中間シールドプレート３９が配置されて、中間シールドプレート３９はケース本体３と電気的に接続された状態になり、ケース本体３とともにシールド機能を発揮する。中間シールドプレート３９は、主して回路基板５３に実装された信号処理回路の信号が加速度センサ３１の出力に影響を与えるのを阻止している。また中間シールドプレート３９は、加速度センサ３１の枠体３７の端面と接触して、加速度センサ３１がセンサ収納用凹部５から抜け出るのを阻止している（すなわち中間シールドプレート３９のプレート本体４１の表面と直交する方向に加速度センサ３１が移動するのが阻止されている）。
【００２１】
ケース本体３には、金属製のカバー部材５９が嵌合されている。カバー部材５９は、回路基板５３とケース本体３のセンサ収納用凹部５が形成された部分とを包み込むようにカップ状または一面開口状に形成されている。カバー部材５９は接着剤を用いてケース本体３の外面に接合されている。そしてカバー部材５９とケース本体３とは、中間シールドプレート３９の接触片４３とカバー部材５９とが接触することと、カバー部材５９に設けた突出片６１（図２）がケース本体３の外面と接触することにより相互に電気的に接続されている。
【００２２】
なお上記の例では、圧電型の加速度センサが用いられているが、加速度センサの構造は任意であり、上記の例に限定されるものではない。また上記の例では、端子３８を用いて加速度センサ３１と回路基板５３との電気的な接続を行っているため、中間シールドプレート３９に貫通孔４９及び５１を形成してあるが、リード線等を用いて電気的な接続を行う場合には、中間シールドプレート３９の形状をケース本体３のセンサ収納用凹部５の開口部５ａを全体的に覆うことができる形状にすることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ケース本体と回路基板との間に、センサ収納用凹部の開口部の全部または大部分を塞ぐ部分を備え且つケース本体と電気的に接続された金属製の中間シールドプレートを配置したので、回路基板に実装された電子部品から発生したノイズの大部分は、中間シールドプレートに吸収され、内部で発生するノイズにより測定精度が悪くなるのを確実に防止できる利点がある。
【００２４】
また中間シールドプレートをケース本体に対して固定された状態で加速度センサの一部と接触して加速度センサの中間シールドプレートに向かう方向への移動を阻止するように構成すれば、加速度センサの移動を阻止することができ、測定精度の低下を防止できるだけでなく、加速度センサユニットの寿命を大幅に延ばすことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加速度センサユニットの実施の形態の一例の縦断面図であル。
【図２】図１の例の半部を断面にした右側面図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、ケース本体の平面図及び一部切り欠き側面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は中間シールドプレートの平面図、正面図及び右側面図である。
【符号の説明】
１ 加速度センサユニット
３ ケース本体
５ センサ収納用凹部
２５ ケーブル挿入口
２７ ケーブル端部収納用凹部
３１ 加速度センサ
３９ 中間シールドプレート
５３ 回路基板
５９ カバー部材

Claims (5)

1. 加速度に応じた加速度信号を出力する加速度センサと、
   前記加速度センサが嵌合された状態で収納されるセンサ収納用凹部を備えた金属製のケース本体と、
   前記ケース本体の前記センサ収納用凹部と対向する位置に配置されて前記ケース本体に対して固定され、前記加速度センサから出力された加速度信号を処理する信号処理回路を備えた回路基板と、
   前記回路基板と前記ケース本体の前記センサ収納用凹部が形成された部分とを包み込むように前記ケース本体に対して嵌合される金属製のカバー部材とを具備し、
   前記カバー部材と前記ケース本体とが電気的に接続されている加速度センサユニットにおいて、
   前記ケース本体と前記回路基板との間に、前記センサ収納用凹部の開口部の全部または大部分を塞ぐ部分を備え且つ前記ケース本体と電気的に接続された金属製の中間シールドプレートが配置されていることを特徴とする加速度センサユニット。
2. 前記中間シールドプレートは、前記ケース本体に対して固定された状態で前記加速度センサの一部と接触して前記加速度センサの前記中間シールドプレートに向かう方向への移動を阻止している請求項１に記載の加速度センサユニット。
3. 前記中間シールドプレートには前記回路基板に向かって突出して前記回路基板の一部と接触する複数のスペーサ用突出部が一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサユニット。
4. 前記ケース本体には前記端面に開口する複数のネジ孔が形成されており、
   前記中間シールドプレートには前記複数のネジ孔と整合する複数のプレート貫通孔が形成されており、
   前記中間シールドプレートの前記複数のプレート貫通孔の周囲に位置する部分がプレス加工により押し出されて前記複数のスペーサ用突出部が形成されており、
   前記回路基板には前記複数のネジ孔と前記複数のプレート貫通孔と整合する複数の基板貫通孔が形成されており、
   整合した前記複数のネジ孔と前記複数のプレート貫通孔と前記複数の基板貫通孔とに複数のネジがそれぞれ挿入されて前記中間シールドプレートと前記回路基板が前記ケース本体に対して固定されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の加速度センサユニット。
5. 前記ケース本体には、前記回路基板に接続されるケーブルの端部が挿入されるケーブル挿入口と該ケーブル挿入口と連通し且つ前記センサ収納用凹部と同じ方向に向かって開口して前記ケーブルの端部を収納するケーブル端部収納用凹部が形成されており、
   前記中間シールドプレートには前記ケーブル端部収納用凹部内に収納されて前記ケーブルの端部を挟持する一対の挟持片を備えたケーブル端部挟持部材が一体に設けられている請求項１に記載の加速度センサユニット。

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