JPH04318468A - 加速度センサの構造 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサスペンション制御など
の車両制御システムのキーセンサとして用いられる加速
度センサに関し、特に半導体微細加工技術を応用した加
速度センサの実装構造において、加工，運搬，車載時な
どの取扱い中の落下、あるいは衝突時の破壊を防止し高
信頼性を確保することなどに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体微細加工を応用した加速度センサ
には例えば特開昭６２−２７６６６　号がある。シリコ
ンウェハに、ＫＯＨなどを用いたケミカルエッチング加
工により片持梁を形成し、梁の付け根付近にＢ＋　の打
込みなどにより歪抵抗ゲージを形成する。片持梁先端の
重錘が外力を受けて動作した時の歪抵抗値の変化をもと
に出力電圧を得る方式である。即ち、引張りでは歪抵抗
値が上昇し、圧縮では減少することを利用するものであ
る。所定の外力に対する歪抵抗値の変化、即ち感度を上
げれば分解能が上がり精度も上がることになる。しかし
、感度を上げるには、片持梁の厚さは、薄く、幅を狭く
する方向となり、撓みは大きくなり感度は上昇するもの
の応力が大きくなる。例えば、検出加速度の範囲は、自
動車の車体の動きなどから自ずと決まるものであり、１
Ｇ（Ｇ＝９．８ｍ／ｓ２）〜２Ｇが一般的である。

【０００３】ところが、加速度センサは、一寸机に当っ
た程度で片持梁にかかる加速度が数百Ｇから数千Ｇにも
達することがわかっている。

【０００４】従って、加工中，運搬中，車載中などにか
かる衝撃力に対する対策が必要である。通常は、１）感
度を多少犠牲にして片持梁の断面係数を大きくすること
、２）ストッパを設けて重錘の動きを一定の変位でおさ
えること、などの設計を行なって製品を作っている。 しかし、感度は一定値以上は必要であるから、断面係数
を大きくすることには限界があること、ストッパは設け
られるが、重錘の変位は数μｍと小さいため、ストッパ
の位置の精度も数μｍ以下が必要となり加工が難しいな
ど短所があり、完全な対策にはならなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】シリコンの片持梁構造
だけでは、形状を大きくしない限り対策は難しいことに
なる。そこで、本発明の第１の目的としては、例えば、
車載前までの取扱いでは、落下した時の衝撃力の吸収、
物体へ接触させて衝撃を受けた時の衝撃力の吸収の機能
を有し、車載後は緩衝材としての機能を失うことが可能
である部品の組立て構造を提供する。同様にして、第２
の目的は、車載前までの取扱いに対して、衝撃力の吸収
の機能があるが、車載後は、僅かに衝撃力に対する緩衝
の機能が残る。しかし、常時使用される１００Ｈｚ以下
の周波数での伝達関数上では緩衝機能が全くない場合に
同じである部品の組立て構造を提供することである。

【０００６】第３の目的は、車載直前に外して、再使用
できる緩衝部材を一時的に、組付けて衝撃力の吸収を図
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、次の有効な手段を採用する。

【０００８】１．重心の位置の作用で落下時に常に下方
になる取付けベース側の凹部に緩衝部材を接着し、緩衝
部材は取付け面から数ミリメートル突き出す構造にした
。

【０００９】２．加速度センサの車載時の固定面を有す
る取付けベースと他の部材との間には、緩衝部材を介し
て接着し固定した。

【００１０】３．加速度センサの検出部を収納している
ステム部と他の部材との間には、緩衝部材を介して接着
し固定した。

【００１１】４．ベースの凹部下に固定する緩衝部材は
一方の面が凹凸を有し、接着側はその凸部とし他方の平
面側を外側に向けた。

【００１２】５．ベースの凹部下に固定する凹凸のある
緩衝部材の凹部には反対側に抜ける微細孔を付けた。

【００１３】６．緩衝部材は、ゴムまたは非連通孔を有
する有機系材料を採用した。

【００１４】７．加速度センサの重心のあるベース側外
周に、緩衝材からなるカバをその弾性力を利用してはめ
こんだ。

【００１５】

【作用】１．ベース取付け面の底に、直接緩衝部材を介
在させると取付け時にベースの平面が出しにくく、例え
ば、傾斜して取付けた分、重力加速度の影響を受けて誤
差になる。そこで、ベースの取付け面を除いた凹部に緩
衝部材を接着して緩衝部材の表面は、ベースの相手側接
合面から必要寸法を突き出しておく、例えば、加速度セ
ンサが落下し、衝撃力を受けた時、緩衝部材はその突き
出し部が先に衝突し弾力で撓むので、衝撃加速度は緩ら
げられるのである。

【００１６】一方、加速度センサを車載する時には、取
付け孔を通してねじを締付けることにより、緩衝部材は
ベースの凹部に圧縮されて収まりベースの平面度をそこ
なうことはない。従って、重力加速度などの影響は受け
ずに済む。

【００１７】２．ベースと他の部材との間に介在する緩
衝部材と、ハーメチックステムと他の部材との間に介在
する緩衝部材の機能は、いずれも加速度センサが落下し
、例えば、ベース面がコンクリート床面に衝突した時の
衝撃力を、その弾性作用で緩衝して、ベースまたはベー
スを経てケースから伝達される加速度を低減する作用を
有する。

【００１８】緩衝部材には適度のばね定数が必要であり
、材料，その厚さ，硬度など適切な選定が必要である。

【００１９】

【実施例】シリコンの微細加工により形成された重錘１
を有する片持梁２には、歪抵抗式であれば、拡散抵抗３
が形成される。また、静電容量式であれば、重錘側電極
４，４′に対抗する固定壁に固定電極５，５′が形成さ
れている。このゲージチップ６とゲージを駆動する電子
回路は専用集積回路（以下、ＩＣチップ）７と電気的に
結線される。この電子回路部は、抵抗，コンデンサなど
のチップを有する混成厚膜集積回路（ＨＩＣ）の形でア
ルミナ基板９に直接形成し、ゲージと配線し用いること
もできる。ＩＣチップ，ＨＩＣ，ゲージののった基板９
は、複数のリード引出しピン１０を有するハーメチック
ステム１１上に接着し固定される。さらに、ハーメチッ
クステム１１の外周を被うようにして、内部に不活性ガ
スを封入しながら、金属キャップ１２を固定する。これ
がキャップステム部組１３である。

【００２０】加速度センサの複数の外部引出し端子１４
を有するプラスチックケース１５の開口部１６の座部に
緩衝部材１７を接着剤を介して接着し固定する。さらに
その上に、キャップステム部組１３を接着し固定する。

【００２１】開口部１６に突き出した端子１４とリード
ピンはリードワイヤで、配線する。開口部１６の他方は
閉止し、そのままセンサの取付け面とする場合がある。 または、開口部１６の他方に金属のベース８を取り付け
、取り付け面１８の平行度，平面度を確保する場合もあ
る。センサの取り付け面が、直接、相手の取り付け面と
接触しねじ１９で固定された時、直接、接触しないとこ
ろ、例えば、凹部２０に緩衝部材２１を接着し、センサ
単体の状態では、緩衝部材２１の表面は、取り付け面１
８より数ミリメートル突き出させておく。

【００２２】プラスチックケース１５の開口部１６の他
方の座部に緩衝部材２２を固定し、その上に、金属ベー
ス８を固定することもできる。

【００２３】尚、凹部２０に固定された緩衝部材２１は
、接着面側に凹凸を形成し、凸部２３で相手の面に接着
する構造がとれる。

【００２４】さらに、凹部２４には貫通微細孔２５を設
けて空気通路とすることができる。これらの加速度セン
サの構成で、緩衝部材１７，２１，２２は１ケ所のみに
することで充分効果は得られるが、複数ケ所に入れて用
いることもできる。予め、緩衝部材を組み込んでいない
加速度センサに外部カバー２６として弾性緩衝部材をそ
の弾力を利用して係合せしめる構造もとれる。

【００２５】尚、緩衝部材１７，２１，２２はゴムや非
連通孔を有する有機物などからなる弾性体である。

【００２６】次に、動作について説明する。

【００２７】自動車のサスペンション，アンチロックブ
レキなどの車両制御システムを用いられる加速度センサ
は、加速度の検出範囲が０〜２Ｇ（Ｇ＝９．８ｍ／ｓ２
）、周波数応答範囲は０〜２０Ｈｚとされている。

【００２８】このような加速度の検出範囲に対応して、
感度よく検出するための加速度検出部の重錘を有する片
持梁構造は、例えば、加速度センサを物体に当てた時、
数百から数千Ｇの加速度が重錘に作用し、片持梁に当然
、破断の恐れが生ずる。即ち、加速度センサの組立・試
験中，運搬，車載時などに落下させたり、衝突させたり
して衝撃力が加わる確率が極めて高いのである。

【００２９】これらの対策として、加速度センサの中に
緩衝部材を組み入れ、衝撃力を吸収し、緩和する。加速
度αは速度ｖの時間ｔの微分である。

【００３０】

【数１】

【００３１】即ち、加速度を小さくするためには、衝突
時の時間成分を大きくすることを考えれば良いので、緩
衝部材で衝撃力をやわらかく受けとめる手段は有効であ
る。緩衝部材は、その材料，形状、などの要素が、特性
を左右するので適宜選択し組合せれば良い。しかし、緩
衝部材の役目は、車載直前までにその機能が要求される
ものである。車載以後は、０〜２Ｇ，０〜２０Ｈｚの加
速度を緩衝することなく忠実に伝達することが必要であ
り、ここに緩衝力の許容値がある。したがって、緩衝部
材のばね定数は適宜決められねばならない。図６におい
てａの特性は加速度センサが落下してコンクリート床面
に当った時のベースの受ける衝撃加速度を測定したもの
である。これに対してｂの特性は、同様にして、加速度
センサがコンクリート床面に落下衝突した時のステム上
の衝撃加速度を表わしたものである。ａとｂとの差は、
ａは衝突部材そのものの衝撃加速度を示すものであり、
ｂは、ベース，接着剤，ケース，接着剤を介して、伝達
される衝撃加速度であるから、各部材の介入と空間に存
在する空気が衝撃力を緩和したものである。特性ｃは、
ケースとステム間にゴムを入れた場合のステム上の落下
衝撃加速度を表わすものである。ｂに比べて衝撃加速度
は約１／２減衰されている。

【００３２】さらに、ｄはベースの凹部にゴムを貼りつ
け、表面はベースの取り付け面から、数ミリメートル突
き出させた場合について、コンクリート床面に落下させ
た場合のステム上の落下衝撃加速度を測定したものであ
り、衝撃効果は著るしい。このようにして、緩衝部材の
ばね定数や受圧面積などは、経験的に最適宜を求めるこ
とができる。即ち、ゴム板を用いる場合には、その硬度
，板厚，大きさなど適宜に求めることが可能である。 非連通孔を有する有機材による緩衝部材の場合について
も同様である。

【００３３】

【発明の効果】１．ベースの凹部に衝撃緩衝部材を接着
し、表面はベース取付け面から数ミリメートル突き出し
て取り付けることにより、緩衝材のない場合に比して約
１／４に衝撃加速度が低減でき、全て、検出部の構造に
たより、大きくすることなく、検出部の破壊を対策可能
であり、総合的には、小形安価な加速度センサを提供で
きる。

【００３４】２．ステムを緩衝部材を介してケースに接
着することにより約１／２．５　以下に衝撃加速度が低
減できる。したがって検出部の破壊を防止し構造を小形
化して、安価にできる。

【００３５】３．緩衝部材の凹凸部の凸部で接着するこ
とにより、緩衝部材の材料費を軽減することができる。 また、凹部に介在する空気が衝撃緩衝の効果を出すこと
ができる。

【００３６】４．凹部の微細孔の大きさを適宜に決定す
ることにより空気の緩衝力を最適値に設定可能である。

【００３７】５．緩衝部材は一般に市販されているゴム
や非連通孔を有する有機材などで安価に製作可能である
。

【００３８】６．車載直前まで、ゴム製の緩衝部材をは
め込み、衝突による検出部の破壊を防止し、車載後は緩
衝部材は他の製品に取付けて再利用を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】衝撃緩衝部材をベース凹部に取付けた正面およ
び車体に取付けた状態を示す一部断面図である。

【図２】ステム下に緩衝部材を組込んだ断面構造および
ベースをなくしてケースで一体にした断面構造図である
。

【図３】ケースとベース間に緩衝部材を組込んだ断面構
造図である。

【図４】ベース凹部に固定された緩衝部材の一部断面図
である。

【図５】加速度センサ着脱可能カバを組込んだ構造図で
ある。

【図６】落下高さに対する衝撃加速度の関係を緩衝材の
有無で比較した図である。

【図７】歪ゲージ式検出部の構造および静電容量式の検
出部の構造図である。

【図８】加速度センサの構造図である。

【図９】伝達特性を示す図である。

【符号の説明】

１…重錘、２…片持梁、３…拡散抵抗、４，４′…電極
、５，５′…電極、６…ゲージチップ、７…電子集積回
路、８…金属ベース、９…アルミナ基板、１０…リード
引出しピン、１１…ステム、１２…金属キャップ、１３
…キャップステム部組、１４…外部引出し端子、１５…
ケース、１６…開口部、１７…緩衝部材、１８…取り付
け面、１９…ねじ、２０…凹部、２１…緩衝部材、２２
…緩衝部材、２３…凸部、２４…凹部、２５…貫通微細
孔、２６…外部カバ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】衝撃吸収用の緩衝部材を、取り付け孔を有
   し、相手取り付け面に接するベース側の取り付け接合面
   以外の面に固定し、緩衝部材の他の面は取り付け接合面
   より数ミリメートル突き出していることを特徴とする加
   速度センサの構造。
2. 【請求項２】取り付けベースとケースとの間に一定の厚
   みを有する緩衝部材を介して互いに接着固定したことを
   特徴とする加速度センサの構造。
3. 【請求項３】加速度の検出部や専用集積電子回路、混成
   厚膜集積電子回路などを一体となしてキャン封止したハ
   ーメチックステム部は一定厚みの緩衝部材を介してケー
   スと互いに接着固定されることを特徴とする加速度セン
   サの構造。
4. 【請求項４】請求項１記載において、緩衝部材は一面が
   凹凸を有し、他方は平らな面であり、凹凸側の凸部で接
   着固定されることを特徴とする加速度センサの構造。
5. 【請求項５】請求項１又は４記載において緩衝部材の凹
   部には反対側に突き抜ける微孔を有することを特徴とす
   る加速度センサの構造。
6. 【請求項６】請求項１から５において、緩衝部材は、ゴ
   ムまたは、非連通孔を有する有機材料であることを特徴
   とする加速度センサの構造。
7. 【請求項７】本体の取り付け面側を被うように、その弾
   力を利用して、所定の厚みを有する緩衝部材をはめ込ん
   だことを特徴とする加速度センサの構造。