JPH02300665A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ ［産業上の利用分野］ 本発明は加速度センサに関し、例えば車輌などの加速度
検出に利用されろ。

［従来の技術］ 加速度センサは、例えば特開昭５９−１］、１０６５号
公報に示されるように、そのハウジングの内部に慣性を
生じるおもりを備えており、センサが加速度を受けると
、その内部でおもりがその慣性によりハウジングに刺し
て相対的に偏移するので、その偏移量を検出することに
よって加速度を検出することができる。

ところで、この種の加速度センサにおいては、おもりの
偏移が加速度のみに対応するように、おもりの不要な振
動を防止する必要がある。即ち。

例えば一時的に生じた一方向に向かう加速度に対してお
もりが振動すれば、正方向と逆方向の偏移信号が交互に
検出され、加速度が零になった後でもその信号が継続す
るので、正確な加速度が検出できない。また、例えば自
動車の用途に用いる加速度センサの場合には、検出すべ
き加速度の周波数が比較的低いものに限定されるので、
変化の速い加速度に応答しないように、おもりの応答性
を抑制する必要が生しる場合もある。

従って、加速度センサにおいてはおもりの制振は非常に
重要である。

［発明が解決しようとする課題］ おもりの制振を効果的に行なうためには、例えばおもり
が配置される空間を密封し、その空間内にオイルなどを
充填すればよい。しかしながら、そのようにするには、
センサ内部のオイルが外部に漏れないような構造にしな
ければならず、シールのために構造が非常に複雑になり
、大型化及びロス１〜アンプにつながる。

特に、梁によっておもりを支持し、梁の撓みを歪ゲージ
で検出することによっておもりの偏移を検知する構造の
加速度センサの場合には、歪ゲージをオイルが充填され
る密封空間内に装着する必要があるので、その密封空間
とその外側との間に様々な４６号線を通す必要があり、
各々の信号線について、電気絶縁と独立したシールを個
別に確実に行なう必要があり、信号線の本数が多い場合
には、構造が複雑になるのは避けられない。

本発明は、慣性を生じるおもりの制振を充分に行なって
正確な加速度の検出を可能にするとともに、シール構造
を単純化して、加速度センサの小型化及びニス１−ダウ
ンを可能にすることを課題とする。

［発明の構成］ ［課題を解決するための手段］ 上記ａ題を解決するために、本発明においては、２つの
開口部とそれらの間に形成された可撓性の梁を有し薄い
平板状の部材でなる検出部材；前記検出部材の梁の実質
上中央部でその一端の近傍が支持され吊り下げられたお
もり；前記おもりよりも大きな内空間が形成され、それ
ぞれ前記検出部材の一端面及び他端面に対向して配置さ
れ両者で該検出部材の梁の周囲を挟み込む、第１及び第
２の容器部利；前記検出部材の梁上に形成され、その撓
み量を検出する撓み検出手段；前記検出部材上に膜状に
形成され、一端が前記撓み検出手段に接続され、他端が
、検出部材上の前記第１及び第２の容器部材の少なくと
も一方の外側に露出する部分まで延びた、導電性の配線
部材；前記第１の容器部材と前記検出部材の一端面との
間に介在された第１のシール部材；前記第２の容器部材
と前記検出部材の他端面との間に介在された第２のシー
ル部月；及び前記第１及び第２の容器部材の内空間に封
入された制振流体；を設けろ。

［作用］ 本発明においては、加速度を検出するためのおもりは第
１及び第２の容器部材で構成される容器の内空間に配置
され、またその空間の残りの部分にけ、おもりを制振す
るための、例えばオイルのような制振流体が封入される
。従っておもりは、制振流体の粘性により、非常に変化
の速い加速度に対する応答や加速度を受けた時の振動が
低減され、検出すべき加速度以外に対する出力が小さく
なるので、正確な加速度が検出できる。

また、おもりの偏移を検出する梁、およびそれの撓みを
検出する撓み検出手段とそれの配線は、それぞれ、平板
状の部材及びその上に形成された膜状の部材なので、検
出部材等とそれを挟み込む第１及び第２の容器部材との
当接面は実質−に平面である。従って、おもりを内蔵し
た容器の内空間とその外側とのシールに関しては、検出
部材の厚み方向の表側と裏側の２つの平面部分をシール
するだけでよく、配線部分に対しても特別な形状のもの
を用意する必要がなく、構造は極めて簡単になる。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［実施例］ 第１図に一実施例の加速度センサの縦断面を示し、第２
図に第１図のＴＩ　−ＴＩ線断面の主要部を示す。まず
第１図を参照して構成を説明する。

おもり１は、金属製で、円柱状に形成されており、中央
部に貫通孔を有している。棒状のア一１１２は、その下
端がおもり１の貫通孔に挿入され、リング３とナラ１〜
４によっておもり１と一体に構成されている。おもり］
が配置される空間は、ビー１１ホルダ１１．ビー１１ベ
ース１２及びウェー１〜ス１〜ツバ１３で構成されるケ
ースの内空間に形成されている。ウェー１へストッパ１
３は、円形のカップ状で、おもり】の外径よりも少し大
きな内径を有し、上部にはフランジ部＋３ａを有してい
る。

ビームベース１２は、ウェートスＩ−ツバ１３と嵌合で
きる形状になっており、ウェートス１〜ツバ内に入り込
む円筒形状の突出部１２ａとフランジ部］、　２　ｂを
有している。

ビー１１プレート２０は、ビー１１ホルダ１１とビーム
ベース１２に」二下から挟まれる形で配置されている。

ビー１１プレート２０の」二面とビームホルダ１１の下
面との間、ならびにビームプレー１〜２０の下面とビー
ムベース１２の上面との間には、それぞれゴム製のシー
ル材１４及び１５が介挿されている。

ビームプレート２０の平面の外観を第３図に拡大して示
す。第３図を参照すると、ビームプレー１〜２０の中央
付近には、該プレー１〜の一部を切欠いて形成した細長
い２つの開口部２１．２２が設けられ、それらの間に細
長い梁２３が形成されている。梁２３の中央部には、第
１図のアーム２を通すたυ）の穴２３ａが開口している
。つまり、アー１１２の頂部２ａｔｉ−穴２３ａに通し
、頂部２ａにツー１１ストツパ１６を装着することによ
り、アーム２はその頂部２ａが梁２３の中央部に固定さ
れ、梁２３によって支持される。即ち、おもり１は、ア
ーＡ、　２を介して、梁２３から垂れ下がるように吊り
下げられる。

ビー１１プレート２０の基部は、非常に薄い（Ｉｒｆみ
がＯ，］、ｍｍ）金属（ＳＵＳ３０４）の平板で構成さ
れており、その上に様々な膜状の部分が形成されている
。ビー１１プレー１〜２０が非常に薄いので、梁２３に
装着されたおもりが傾くと、それに従って梁２３に撓み
が生しる。９２３１には、その撓みを検出するために、
８つの歪ゲージ部Ｐ１゜Ｐ２．Ｐ３．、Ｐ４．Ｐ５．Ｐ
６．Ｐ７及びＰ８が設けられており、これらに接続され
た配線パターン２５の他端は、ビー１１プレー１〜２０
の右端の端子部２０ａに集中的に配列されている。配線
パターン２５には、９木の線２５１〜２５．が備わって
いる。

第３図の歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ８の一部を拡大して第６ａ
図及び第６ｂ図に示す。第６ａ図を参照すると、歪ゲー
ジ部Ｐ３は、矢印Ｙ方向に細長く形成されたパターン部
分とＸ方向に太く短く形成されたパターン部分とが交互
に形成されて全体で１本の線を構成している。従って歪
ゲージ部Ｐ３の電気抵抗の大部分は、細く長いＹ方向に
向かうパターン部分によって得られ、Ｘ方向に向かう部
分の影響は小さい。

つまり、歪ケージ部Ｐ３は、Ｙ方向に向かう応力を受け
るとその電気抵抗が大きく変化するが、Ｘ方向の応力に
対しては変化はほとんど生じない。

歪ゲージ部Ｐ３の両端部は、それぞれ、配線パターン２
５１及び２５２に接続されている。なお、他の歪ゲージ
部Ｐａ、、Ｐ２及びＰ４も、歪ゲージ部Ｐ３と同一のパ
ターン形状及び向きに構成されている。

第６ｂ図を参照すると、歪ゲージ部Ｐ５には、Ｘ方向及
びＹ方向に対して４５度傾いた矢印Ａ１方向に向かって
形成された細長いパターン部分とそれに対して９０度傾
いたＡ２方向の太く短いパターン部分とが交互に形成さ
れ、全体で１本の線を構成している。従って、歪ゲージ
部Ｐ５の電気抵抗の大部分は、細く長いＡ２方向に向か
うパターン部分によって得られ、Ａ１方向に向かう部分
の影響は小さい。

つまり、歪ゲージ部Ｐ５は、Ａ２方向に向かう応力を受
けるとその電気抵抗が大きく変化するが、Ａ１方向の応
力に対しては変化はほとんど生しない。歪ゲージ部Ｐ５
の両端部は、それぞれ、配線パターン２５７及び２５８
に接続されている。なお、歪ゲージ部Ｐ８も、歪ゲージ
部Ｐ５と同一のパターン形状及び向きに形成されている
。

歪ゲージ部Ｐ６は、パターンの細長い部分と太く短い部
分との向きが歪ゲージ部Ｐ５と９０度ずれて形成されて
いる。従って、歪ゲージ部Ｐ６の場合、ＡＩ力方向向か
う応力を受けるとその電気抵抗が大きく変化するが、Ａ
２方向の応力に刺しては変化はほとんど生しない。歪ゲ
ージ部Ｐ６の両端部は、それぞれ、配線パターン２５７
及び２５６に接続されている。なお、歪ゲージ部Ｐ７も
、歪ゲージ部Ｐ６と同一のパターン形状及び向きに形成
されている。

第７ａ図、第７ｂ［ｌ及び第７ｃ図に、このセンサにそ
れぞれＹ方向、Ｘ方向及び２方向の加速度が印加される
場合の梁２３の応力の向き及びその分布の概略を示す。

なお、第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図に示す各部材の
形状や構造は実際とはかなり異なっているので注意され
たい。

Ｙ方向の加速度が印加される場合には、第７ａ図に示す
ように梁−■−にＹ方向に向かう圧縮力及び張力が作用
する。従って、歪ゲージ部１〕１．Ｐ２が圧縮力を受け
てその電気抵抗が減小する時には、他の歪ゲージ部Ｐ３
．１〕４が張力を受けてその電気抵抗が増大し、歪ゲー
ジ部ＰＩ、Ｐ２が張力を受けてその電気抵抗が増大する
時には、他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４が圧縮力を受けてそ
の電気抵抗が減小する。つまり４つの歪ゲージ部Ｐ１〜
Ｐ４を電気的に接続してホビー１ヘストンブリツジを構
成すれば、それによってＹ方向の加速度に対応する応力
を検出できる。

Ｘ方向の加速度が印加される場合には、第７ｂ図に示す
ように梁」−に傾め方向（Ａ　Ｉ　、Δ２）に向かう圧
縮力又は張力が作用する。従って、歪ゲージ部Ｐ５．Ｐ
８が圧縮力を受けてその電気抵抗が減小する時には、他
の歪ゲージ部Ｐ６．ｐ７が張力を受けてその′電気抵抗
が増大し、歪ゲージ部Ｐ５．Ｐ８が張力を受けてその電
気Ｊ１（抗か増大する時には、他の歪ゲージ部Ｐ６’、
Ｐ７が圧縮力を受けてその電気抵抗が減小する。つまり
、歪ゲーー月− ジ部Ｐ５〜Ｐ８を電気的に接続してホイートストンブリ
ッジを構成すれば、それによってＸ方向の加速度に対応
する応力を検出できる。

また、２方向の加速度が印加される場合には、第７ｃ図
に示すように染上にＹ方向に向かう圧縮力及び張力が作
用するが、この場合には梁の両側の対称位置に同一の応
力が作用する。従って、歪ゲージ部ＰＬ、Ｐ２が圧縮力
を受ける時には他の歪ゲージ部Ｐ３．’Ｐ４も圧縮力を
受け、歪ゲージ部ＰＩ、Ｐ２が張力を受ける時には他の
歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ／Ｉも張力を受けるので、４つの歪
ゲージ部Ｐ１〜Ｐ４の電気抵抗の変化は同一であり、２
方向の加速度に対してはホイートストンブリッジからは
信号は出力されない。

第８図に、ビー１１プレー１〜２０とそれの配線２５１
〜２５゜に接続される電気回路によって構成されたブリ
ッジ回路の結線状態を示す。第８図に示す結線により、
歪ゲージ部ＰＬ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４が１つのホビー１
〜ス１〜ンブリツジを構成し、残りの歪ゲージ部Ｐ５〜
Ｐ８が別のホイー１〜スト＝　１２− ンブリッジを構成する。前者のブリッジの出力端子にＹ
方向の加速度に対応する電圧Ｖｙが得られ、後者のブリ
ッジの出力端子にＸ方向の加速度に周心する電圧Ｖｘが
得られる。

なお、歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ４で構成されるブリッジにお
いては、歪ゲージ部Ｐ１とＰ２、ならびに歪ゲージ部Ｐ
３とＰ４が、それぞれブリッジの対向する辺に位置する
ように接続されていることに注意されたい。

第５図に、ビー１１プレー１へ２０の厚み方向の断面の
−・部を拡大して示す。第５図を参照すると、ビー１１
プレー１−２０は、基部２６の一方の面に形成された絶
縁膜２７．導電性パターン２８及び絶縁膜２９を有して
いる。基部２６は、厚みが０．１ｍｍの金属薄板であり
、導電性であるので、その」ユに電気回路を形成するた
めに、その片方の面の全体に渡って、絶縁膜２７が形成
されている。この絶縁膜２７は、Ｓ　ｉ　Ｏ２の塗布に
よって形成される。膜厚は０．４μｍである。

導電性パターン２８は、スパッタリングによって形成さ
れたＮ　］Ｃｒ　Ｓ　ｉの薄膜（厚み０４μｍ）であり
、それをエツチング処理することにより、必要とされる
各歪ゲージ部Ｐ１〜Ｐ８と配線２５のパターンが形成さ
れる。なお、エツチング後に、熱処理（４００℃で１時
間保持後に炉冷する：０．０１　Ｔｏｒｒ以下）を行な
う。このパターンの形成が終了した後で、電気接続の必
要な端子部２０ａを除き、パターンの」二にＳ　］、　
０２を塗布し、厚みが３７ｚｍの絶縁膜（保護膜）を形
成する。

ここで再び第１図を参照すると、ビームベース１２のフ
ランジ部］、　２　ｂの一端に設けられた段差部分に端
子板１７が固定されている。この端子板１７には、その
」二面に導電性のプリントパターン１、７　ａが形成さ
れており、また、信号を処理するための所定の電気回路
が集積されたハイブリッ１〜ＩＣ１，９が装着されてい
る。第４図に示すように、端子板１７の一端にはビー１
１プレー１〜２０が虫なっている。そして、ビームプレ
ー１−２０の端子部２０ａの各々の線と端子板１７」二
のプリントパターンとが、ボンディングワイヤ１８によ
って電気的に接続されている。

第１図を参照すると、ビー１１ホルダ１１．ビームベー
ス］２及びウェー１ヘスＩ〜ツバ１３でなるケースの内
空間７には、おもり１やアーム２とともに、シリコンオ
イル８が充填されている。このシリコンオイル８は、そ
の粘性によっておもり１の動きを抑制し、振動を防止す
るとともに変化の速すぎる加速度に対する応答を抑制す
る。

内空間７にシリコンオイル８が充填されているので、そ
の空間からシリコンオイルが漏れないようにケースを構
成する各部材の当接部分に充分なシールを施こす必要が
ある。この実施例では、ビームベース１２とウェー１〜
ス１ヘツパ１３との当（妻面はＯリング６によってシー
ルしている。また、ビームベース１２の」二面とビー１
１プレー１〜２０の下面との当接面は、その部分に介挿
した環状のシール材（ゴ１．）１．５によってシールし
、ビー１１プレー１〜２０の上面とビームホルダ１１の
下面との当接面は、その部分に介挿したシール材１４に
よってシールしている。シール材１］は、アーム２の−
］、ｂ　〜 頂部２ａとアー１１ストッパ１６の周囲全体を覆う形に
形成されている。

この例では、ビー１１プレート２０が非常に薄く、その
上に形成された配線などのパターンはそれより更に薄い
膜状に形成されているので、ビームプレー１〜２０と、
ビームホルダ１１及びビームベース１３との当接面には
ほとんど凹凸がない。そのため、それらの部分のシール
は、第１図に示すような単純な形状のシール材１４　、
４５だけで極めて簡ｑｔに、かつ確実に行なうことがで
きる。

なお、ビー１１ホルダ１１．ビームベースＪ２及びビー
ムプレート２０は、図示しない４本のねじによってビー
ムホルダ１１の」二から固定される。

第３図に示すビームプレート２０の六２０ｂ、２０ｃ、
２０ｄ及び２０ｅをそれらのねじが通る。

第１図に示すように、ビー１１ホルダ１１．ビームベー
ス１２及びウェー１〜ス１〜ツバ１３で構成されるケー
スの外側は、スポンジシートで構成されるクッション材
３１．３２及び３３で覆われ、各種部材４］、、４２．
４３及び４４で構成されるハウ−１ロー ジング内に固定される。

［効果］ 以上のとおり、本発明によれば、オイルなどの制振流体
を内部に封入した加速度センサにおいて、シールのため
の構造が非常に簡単になる。即ち、おもり（１）の偏移
を検出する梁（２３）、およびそれの撓みを検出する撓
み検出手段（ＰＩ〜Ｐ８）とそれの配線（２５）は、そ
れぞれ、平板状の部材（２６）云びそ８上に形成された
膜状の部材（２８）なので、それとそれを挟み込む第１
及び第２の容器部材＜１１．、　　］、’：）との当接
面は実質上平面である。従って、おもりを内蔵した容器
の内空間とその外側とのシールに関しては、検出部材の
厚み方向の表側と裏側の２つの平面部分をシールするだ
けでよく、その構造は極めてｍ純であン図面の簡単な説
明 第１図は、一実施例の加速度センサを示す縦断面図であ
る。

第２図は第１図のｎ−ｎ線断面の主要部を示す断面図、
第３図は第１図のビームプレート２０の外観を示す拡大
平面図、第４図は第１図の一部分を拡大して示す断面図
である。

第５図は、ビー１１プレー１〜２０の一部分の厚み方向
の断面を示す断面図である。

第６ａ図及び第６ｂ図は、各々、ビームプレー１〜２０
上の歪ゲージ部を拡大して示す平面図である。

第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図は、各々異なる方向の
加速度を受けた場合の、梁２３の応力分布の概略を示す
斜視図である。

第８図は、第１図の加速度センサの一部分の電気要素の
接続状態を示す配線図である。

１：おもり（おもり）　　２：アーム ３：リンク　　　　　　４：ナラ１〜 ６：○リング　　　　　７：内空間 ８：シリコンオイル（制振流体） １１：ビー１１ホルダ（第１の容器部材）１２：ビーｌ
＼ベース １３：ウェー１ヘス１−ツバ １２．１３：　　（第２の容器部材） １４：シール材（第１のシール部材） １５：シール材（第２のシール部材） １７：端子板 １８：ボンディングワイヤ ２０：ビー１１プレー１−（検出部利）２］、、２２：
開口部（開１］部） ２３：梁 ２５：配線パターン（配線部材） ２５１〜２５９：線 Ｐ１〜■）８：歪ゲージ部（撓み検出手段）２６：基部
　　　　　　２７：絶縁膜 ２８：導電性パターン　２９：絶縁膜 ３１．３２，３３：クッション材 出願人　アイシン精機株式会礼　他１名代理人　弁理士
　杉信　興□・　・、 （、・・！ ・−・Ｙ′ 尉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２つの開口部とそれらの間に形成された可撓性の梁を有
   し薄い平板状の部材でなる検出部材；前記検出部材の梁
   の実質上中央部でその一端の近傍が支持され吊り下げら
   れたおもり； 前記おもりよりも大きな内空間が形成され、それぞれ前
   記検出部材の一端面及び他端面に対向して配置され両者
   で該検出部材の梁の周囲を挟み込む、第１及び第２の容
   器部材； 前記検出部材の梁上に形成され、その撓み量を検出する
   撓み検出手段； 前記検出部材上に膜状に形成され、一端が前記撓み検出
   手段に接続され、他端が、検出部材上の前記第１及び第
   ２の容器部材の少なくとも一方の外側に露出する部分ま
   で延びた、導電性の配線部材； 前記第１の容器部材と前記検出部材の一端面との間に介
   在された第１のシール部材； 前記第２の容器部材と前記検出部材の他端面との間に介
   在された第２のシール部材；及び 前記第１及び第２の容器部材の内空間に封入された制振
   流体； を備える加速度センサ。