JPH0348772A - 加速度センサの組立方法 - 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〕 ［産業上の利用分野コ 本発明は、加速度の変化を梁に加わる応力の変化として
検出するセンサに関し、特に、センサの検出特性調整を
含む組立方法に関する。

［従来の技術］ 加速度センサは、例えば特開昭５９−１１１０６５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対して
相対的に変位するので、その変位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、各センサ
毎に梁の撓みを検出する歪ゲージの特性のばらつきがあ
るので、歪ゲージが出力する信号を処理する回路におい
て、零点調整やゲイン調整を行なって、特性を均一化す
る必要がある。

ところが、加速度センサにおいては、おもり。

梁及び歪ゲージが装着されたセンサ本体を実際に動かし
てそれに加速度を与えなければ、検出出力が得られない
、しかし、センサ信号処理回路の抵抗器の調整や膜状に
印刷された抵抗器のトリミングを行なうためには、その
調整部分を固定しておく必要がある。従って、従来の加
速度センサにおいては、おもり、梁及び歪ゲージが装着
されたセンサ本体と、それが出力する信号を処理する電
気回路ユニットとを互いに別体に構成し、電気回路ユニ
ット上で可変抵抗器などの調整を行なってセンサの特性
を調整しているのが実情である。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ しかしながら５センサ本体と電気回路ユニットとを別体
にすると、センサ全体が大型化するし、２つのユニット
を別々に装置に取付ける必要があるので取付けが大変で
ある。また、２つのユニットの間を接続するための配線
が必要であり、配線からのノイズの混入に対して注意を
払う必要も生じるので取扱いが難しい。

本発明は、おもり、梁及び歪ゲージが装着されたセンサ
本体と歪ゲージから出力される信号を処理する電気回路
とを一体に構成し、しかも加速度センサの特性を均一に
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］ 上記課題を解決するために１本発明においては、可撓性
の梁、該梁に対し垂直方向下部に取付けられたおもり、
前記梁のたわみを検出する撓み検出手段、及び該撓み検
出手段と電気的に接続された電気回路基板が一体に構成
された加速度センサの組立方法において：前記撓み検出
手段から得られる信号を処理する信号処理ユニットが前
記電気回路基板から外された状態で、該電気回路基板と
前記信号処理ユニットとを複数の可撓性の電線で互いに
接続し、その状態で前記信号処理ユニット上の抵抗手段
のトリミングを行ない、前記電線を前記電気回路基板か
ら外すとともにトリミングの終了した信号処理ユニット
を電気回路基板に装着する。

［作用］ 本発明によれば、調整を行なう前に、梁、おもり、撓み
検出手段、及び電気回路基板が一体に構成された加速度
センサの本体と信号処理ユニットとを可撓性の電線を介
して互いに接続するので。

この状態では、信号処理ユニットを固定して、加速度セ
ンサの本体を動かすことができる。従って、その状態で
、加速度センサ本体を調整すべき加速度を受けた状態に
相当する状況下において、信号処理ユニットの出力信号
が所定のレベルになるように抵抗手段のトリミングを行
なえば、その加速度センサの本体と信号処理ユニットと
の特性を適合させることができる。その調整が終了した
後で電線を外し、信号処理ユニットを加速度センサの本
体に装着すれば、その本体と信号処理ユニットとを一体
に構成することができる。

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

おもり１は、金属製で１円柱状に形成されており、中央
部に貫通孔を有している。棒状のアーム２は、その下端
がおもり１の貫通孔に挿入され、リング３とおもり１の
位置決め用にアーム２に一体化されたフランジ４によっ
ておもり１と一体に構成されている。おもり１が配置さ
れる空間は、ビームホルダ１１．ビームベース１２及び
ウェートストツパ１３で構成されるケースの内空間に形
成されている。ウェートストソパ１３は、円形のカップ
状で、おもり１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１３ａを有している。ビームベース１
２は、ウェートストツパ１３と嵌合できる形状になって
おり、ウニ・−トストツパ内に入り込む円筒形状の突出
部１２ａとフランジ部１２ｂを有している。

ビームプレート２０は、ビームホルダ１１とビームベー
ス１２に上下から挟まれる形で配置されている。ビーム
プレート２０の上面とビームホルダ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１
２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、ビームプレート２０の中央付
近には、該プレートの一部を切欠いて形成した細長い２
つの開１１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２
ａ図のアーム２を通すための穴２３ａが開口している。

つまり。

アーム２の頂部２ａを穴２３ａに通し、頂部２ａにアー
ムストッパ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、アーム２を介して、梁
２３から重れ下がるように吊り下げられる。

ビーノ、プレート２０の基部は、非常に薄い（厚みが０
．１ｍ、ｍ）金属（ｓｕｓ　３　ｏ　４）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。ビームプレート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
生じる。梁２３上には、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．Ｐ６．
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、ビームプレート２０の右端の
端子部２０ａに集中的に配列されている６配線パターン
２５には、９本の線２５１〜２５９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Ｘ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Ｘ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、歪ゲージ部Ｐ３は、Ｘ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４歪ゲ一ジ部Ｐ３の両
端部は、それぞれ、配線パターン２５１及び２５２に接
続されている。なお、他の歪ゲージ部Ｐｌ、Ｐ２及びＰ
４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Ｘ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じない。歪ゲージ部Ｐ５
の両端部は、それぞれ、配線パターン２５７及び２５Ｂ
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、Ａ１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、Ａ
２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Ｐ　７
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図及び第７Ｃ図に、このセンサにそれ
ぞれＸ方向、Ｘ方向及びＸ方向の加速度が印加される場
合の渠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。

Ｘ方向の加速度が印加される場合には、第７ａ図に示す
ように梁上にＸ方向に向かう圧縮応力及び引張応力が作
用する。従って、歪ゲージ部ＰＩ。

Ｐ２が圧縮応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．Ｐ４が引張応力を受けてその電
気抵抗が増大し、歪ゲージ部ＰＬ。

Ｐ２が引張応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が圧縮応力を受けてその電
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イートストンブリッジを構成すれ
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
ように梁上に傾め方向（Ａｔ、Ａ、２）に向かう圧縮応
力又は引張応力が作用する。従って、歪ゲージ部Ｐ５．
Ｐ７が圧縮応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゜Ｐ８が引張応力を受けてその電
気抵抗が増大し、歪ゲージ部Ｐ５．Ｐ７が引張応力を受
けてその電気抵抗が増大する時には、他の歪ゲージ部Ｐ
６゜Ｐ８が圧縮応力を受けてその電気抵抗が減小する。

つまり、歪ゲージ部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、Ｘ方向の加速度が印加される場合には、第７ｃ図
に示すように梁上にＹ方向に向かう圧縮応力及び引張応
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
圧縮応力を受ける時には他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４も圧
縮応力を受け、歪ゲージ部ＰＩ、Ｐ２が引張応力を受け
る時には他の歪ゲージ部Ｐ３．Ｐ４も引張応力を受ける
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、ビームプレート２０とそれの配線２５１〜２
５ｇ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ＰＩ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４が１つのホイートスト
ンブリッジを構成し。

残りの歪ゲージ部Ｐ５〜Ｐ８が別のホイートストンブリ
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方向の加速度に対応する
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、ビームプレート２０の厚み方向の断面の一部
を拡大して示す、第５図を参照すると、ビームプレート
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、その上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、５ｉ０２の塗布によって形成される
。

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Ｎｉ系導体の薄膜であり、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。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
、パターンの上に８１０２保護膜を形成する。

ここで再び第２ａ図を参照すると、ビームベース１２の
フランジ部１２ｂ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、その上面
に導電性の導体パターン１７ａ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
イブリッドＩＣ１９が装着されている。第４図に示すよ
うに、端子板１７の一端にはビームプレート２０が重な
っている。そして、ビームプレート２０の端子部２０ａ
の各々の線と端子板１７上の導体パターンとが、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２ａ図を参照すると、ビームホルダ１１．ビームベー
ス１２及びウェートストツパ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とウェートス
トツパ１３との当接面は０リング６によってシールして
いる。また、ビームベース】２の上面とビームプレート
２ｏ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（ゴム）１５によってシールし、ビームプレート
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１４は、アーム２の頂部２ａとアームストッ
パ１６の周囲全体を覆う形に形成されている。

この例では、ビームプレート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す更に薄い膜
状に形成されているので、ビームプレート２０と、ビー
ムホルダ１１及びビームベース１２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１ＦＪ！Ｉに示すような単純な形状のシール材１４．
１５だけで極めて簡単に、かつ確実に行なうことができ
る。

なお、ビームホルダ１１．ビームベース１２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の上から固定される。

第３＠に示すビームプレート２０の穴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、ビームホルダ１１．ビームベース
１２及びウェートストツバ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ツション材３１，
３２及び３３で覆われ、各種部材４１，４２，４３及び
４４で構成されるハウジング内に固定される。

ところで、ここに示した加速度センサにおいては、その
検出特性を均一にして個々のセンサの特性のばらつきを
なくす必要がある。つまり、このセンサのＸ軸及びＹ軸
方向の加速度の検出感度を予め定めた特性に設定すると
ともに、印加される加速度が零の時の出力信号レベルを
零にする必要がある。

この調整は、ハイブリッド１０１９に内蔵された厚膜抵
抗器（１＝９ａ、１９ｂ、１．９ｃ）をトリミングして
それらの抵抗値を調整することによって行なわれる。

ところで、この加速度センサを調整するためには、その
本体を傾けるなどの方法で、それの検出部に所定の加速
度に相当するたわみを生じさせる必要があり、加速度セ
ンサを動かしながら調整を行なわざるを得ない、しかし
、ハイブリッドＩＣ１９の厚１１！Ｉ抵抗器のトリミン
グを行なう場合には。

それを固定した状態を維持しなければならない。

そこで、この実施例においては１次のようにして調整及
び組立てを行なっている。

調整を行なう場合には、第１図に示すように、加速度セ
ンサの本体６０の組立てが終了した状態で行なう、但し
、ハイブリッドＩＣｉ　９は、端子板１７から外した状
態にしておく、そして、ｌＲ整用治具５２と加速度セン
サの本体６０とを多数のシールド線５１で互いに接続し
１次にハイブリッドＩＣ１９を治具５２に装着する。こ
れによってハイブリッドＩＣＩ　９は、シールド線５１
を介して端子板１７上の導体と接続され、電気的には、
ハイブリッドＩＣＩ　９を直接端子板１７上に装着した
場合と等価になる。

この状態で、治具５２を所定位置に固定し、加速度セン
サの本体６０を予め定めた傾きに設定し、ハイブリッド
ＩＣＩ　９の出力端子に得られる電気信号を図示しない
測定器で監視し、その信号レベルが所定の電圧になるよ
うに、厚膜抵抗＠　ｌ　９　ａ　。

１９ｂ及び１９ｃを、例えばレーザ光を用いてトリミン
グする。これによって、加速度が零の時の信号レベルを
零に調整し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各加速度に対する
検出感度を予め定めた条件に設定する。

この調整が終了したら、シールド線５１を端子板１７か
ら外し、治具５２上のトリミングの終了し、たハイブリ
ッド丁Ｃ１９の各ビン（図示せず）を端子板１．７　、
ｋに設けられた多数の穴１７ｂに挿入［２，半田付けに
よってそれを加速度センサ本体６０に固定する。これで
、特性の調整と主要部の組立てが終了する。最終的には
第２ａ図に示す状態に組立てられる。

［効果］ 以上のとおり本発明によれば、歪ゲージから出力される
信号を処理する電気回路（１９）を加速度センサの本体
（６０）に一体に設けることができ、しかも加速度セン
サの特性の肩整を行なって、その特性を均一化すること
ができる。このため、加速度センサ全体が小型化し、取
付けが簡噴になり、また歪ゲージとそれが出力する信号
を処理する電気回路とを結ぶ電線が短くなるので、外部
からの電気ノイズの影響を受は難くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、調整時の加速度センサ本体と治具を示す斜視
図である。 第２ａ図は、一実施例の加速度センサを示す縦断面図、
第２ｂ図は第２ａ図のｎ−ｎ線断面の主要部を示す断面
図、第３図は第２ａ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２ａ図の一部分を拡大して示
す断面図である。 第５図は、ビームプレート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、ビームプレート２０上
の歪ゲージ部を拡大して示す平面図であ机 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（ウェート）２：アーム ３：リング　　　　　　４：フランジ ６；０リング　　　　　７；内空間 ８：シリコンオイル　　ＩＩ：ビームホルダ１２：ビー
ムベース　　１３：ウエートストッパ１．４．１５：シ
ール材 １７：端子板（電気回路基板） １８：ボンディングワイヤ Ｉ９：ハイブリッドＩＣ（信号処理ユニット）１９ａ、
１９ｂ、１．９ｃ：厚膜抵抗（抵抗手段）２０：ビーム
プレート　２１，２２：開口部２３：梁　　　　　　　
２５：配線パター２冫５１〜２５ ！′）１〜Ｐ８：歪ゲージ部（撓み検出手段）２６二基
部　　　　　　２１：絶縁膜 ２８：導電性パターン　２９：絶縁膜 ３１、、３２，３３：クッション材 ５１：シールド線（電線） ５２：治具

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 可撓性の梁、該梁に対し垂直方向下部に取付けられたお
   もり、前記梁のたわみを検出する撓み検出手段、及び該
   撓み検出手段と電気的に接続された電気回路基板が一体
   に構成された加速度センサの組立方法において； 前記撓み検出手段から得られる信号を処理する信号処理
   ユニットが前記電気回路基板から外された状態で、該電
   気回路基板と前記信号処理ユニットとを複数の可撓性の
   電線で互いに接続し、その状態で前記信号処理ユニット
   上の抵抗手段のトリミングを行ない、前記電線を前記電
   気回路基板から外すとともにトリミングの終了した信号
   処理ユニットを電気回路基板に装着する、ことを特徴と
   する加速度センサの組立方法。