JPH0723747Y2

JPH0723747Y2 - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH0723747Y2
Application number: JP1989056289U
Authority: JP
Inventors: 聡宏小林; 薫大橋; 敏男油谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2004-05-16
Also published as: JPH02146372U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］［産業上の利用分野］本考案は加速度センサに関し、特に加速度に応じて撓み
を生じる梁の撓みを検出する手段の配線に関する。

［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。

［考案が解決しようとする課題］ところで、この種の加速度センサにおいて、おもりの偏
移を検知するには、例えばおもりを梁に吊り下げ、梁の
撓みを検出すればよい。この種の撓み検出は、例えば歪
ゲージによって行なうことができる。しかし、正確な撓
み検出を可能にするには、各軸方向の加速度検出につい
て歪ゲージを各々４個設けてそれらでホイートストンブ
リッジを構成する必要がある。従って、歪ゲージの各端
子とそれに得られる信号を処理する電気回路との電気接
続のための配線は線の数が多く大変である。しかも、梁
の中央部にはおもりが配置されるのでその部分に配線を
通すことはできないし、配線が梁の撓みを妨げないよう
に留意する必要もある。また、梁の外側の空間にはオイ
ルのような制振流体が満たされるので、各々の配線の部
分からオイルが外側に漏れないようにシールをしなけれ
ばならない。更に、歪ゲージは微小信号を扱うので、そ
れと電気回路とを結ぶ配線が長くなると、外部から到来
する電気ノイズの影響を受け易くなり、各配線に電磁シ
ールドが必要になる。

本考案は、梁の上に配置される歪ゲージとその信号を処
理する電気回路との配線を簡単にすることを課題とす
る。

［考案の構成］［課題を解決するための手段］上記課題を解決するため、本考案においては、おもり；
前記おもりの配置される内空間が形成された、容器部
材;2つの開口部と、それらの間に形成された中央部に前
記おもりの一端近傍が支持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；前記被検出部材の梁の
上に配置され、該梁の第一軸方向の加速度に対応する撓
みを検出する第１組の検出手段と第二軸方向の加速度に
対応する撓みを検出する第２組の検出手段を含む、複数
の撓み検出手段；前記検出部材上に膜状に形成され、一
端近傍が前記梁上で第１組の検出手段と第２組の検出手
段とに共通に接続された共通線を含み、各々の一端が前
記撓み検出手段の端部に接続され、各々の他端が前記検
出部材の一端の辺に沿う端子部に集中的に配列された、
複数の導電性の配線；前記検出部材の端子部に近接する
位置に設けられた信号処理組体；及び前記検出部材の端
子部と前記信号処理組体とを電気的に接続する、電気接
続部材；を設ける。

［作用］本考案においては、薄い平板状の検出部材に形成された
梁の中央部におもりが吊り下げられ、加速度によって梁
に生じる撓みが、該梁の上に形成した膜状の複数の撓み
検出手段によって電気信号として検出され、該電気信号
が検出部材上の配線と電気接続手段を介して、信号処理
組体に印加される。

また、撓み検出手段と接続される検出部材上の複数の配
線は、梁の中央部を通れないので、梁の両端部から引き
出されるが、これらの一端は検出部材の一辺に沿った端
子部に集中的に配列される。従って、該端子部の配線と
それに近接して配置される信号処理組体とを結ぶ電気接
続部材の長さは非常に短くなる。これにより、電気接続
部材を長い距離にわたり引きまわす必要がなくなるの
で、それの絶縁，電気ノイズに対するシールド．加速度
を受けた場合の機械的強度などについて特別な配慮をす
る必要がなくなり、それに関して構造が簡単になり装置
が小型化される。更に、検出部材の端子部がその一辺に
集中しているので、その部分に電気接続部材を接続する
作業は一方向から全て行なうことができ、作業性がよ
い。

ところで、検出部材上に形成される配線は、膜状であり
非常に薄いので、配線パターンの幅が小さくなるとそれ
自体の電気抵抗が増大する。従って、配線の電気抵抗の
増大を防止するには、配線パターンの幅を大きくする必
要がある。しかしながら、特にホイートストンブリッジ
などを構成するために多数の撓み検出手段を設ける場合
には、それらから引き出す信号線の数が多くなるし、梁
やその近傍では配線を通す空間が狭いので、配線パター
ンの幅を大きくすることができない。また、信号線の数
を減らすために検出部材上で撓み検出手段をブリッジ状
に接続してしまうと、個々の撓み検出手段の抵抗値が測
定できなくなるので、調整、即ち撓み検出手段の抵抗値
のトリミングができなくなる。二軸方向の加速度検出を
行なうためには、撓み検出手段の数は更に増加する。

本考案の加速度センサは、二軸方向の加速度検出を行な
うので、第一軸方向の加速度に対応する撓みを検出する
第１組の検出手段と第二軸方向の加速度に対応する撓み
を検出する第２組の検出手段が備わっているが、検出部
材上の前記配線の中に、一端近傍が前記梁上で第１組の
検出手段と第２組の検出手段とに共通に接続された共通
線が設けられている。共通線を設けることにより、梁上
の配線パターンの数を減らすことができ、各配線パター
ンの幅が大きくなり抵抗値の増大が防止される。また、
端子部の端子数が減るので、電気接続部材の数やそれの
接続点数も減るのでコストが低減される。

本考案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II−II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とナット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およ
びウェートストッパ13で構成されるケースの内空間に形
成されている。ウェートストッパ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12は、
ウェートストッパ13と嵌合できる形状になっており、ウ
ェートストッ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
ームプレート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から垂れ下がるように
吊り下げられる。

ビームプレート20の基部は、非常に薄い（厚みが0.1m
m）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,P
5,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の他端には、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。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、歪ゲージ部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25₁及び25₂に接続されてい
る。なお、他の歪ゲージ部P1,P2及びP4も、歪ゲージ部P
3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、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、A2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Ｙ
方向,X方向及びＺ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
うに梁上に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P1,P2が圧縮力を受けてその電気抵
抗が減少する時には、他の歪ゲージ部P3,P4が張力を受
けてその電気抵抗が増大し、歪ゲージ部P1,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少する。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
うに梁上に斜め方向（A1,A2）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,P8が圧縮力を受け
てその電気抵抗が減少する時には、他の歪ゲージ部P6,P
7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抵抗が増大する時には、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少
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、Ｚ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P1,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P1,P2が張力を受ける時には他の歪ゲージ部P3,P4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、Ｚ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25₁〜25₉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P
1,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P3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、SiO₂
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NiCrSiの薄膜（厚み0.4μｍ）であり、それをエッチ
ング処理することにより、必要とされる各歪ゲージP1〜
P8と配線25のパターンが形成される。なお、エッチング
後に、熱処理（400℃で１時間保持後に炉冷する:0.01To
rr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、パターンの上
にSiO₂を塗布し、厚みが３μｍ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
プリントパターン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1C 19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1
7上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、ビームホルダ11,ビームベース12
及びウェートストッパ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
ッパ13との当接面は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の上面とビームプレート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
（ゴム）15によってシールし、ピームプレート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11
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り更に薄い膜状
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14,15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図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
ェートストッパ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41,42,43及び44で構成されるハウジング内
に固定される。

［効果］以上のとおり、本考案によれば撓み検出手段（P1〜P8）
と接続される検出部材（20）上の複数の配線（25）は、
それらの一端が検出部材の一辺に沿った端子部（20a）
に集中的に配列されるので、該端子部の配線とそれに近
接して配置される信号処理組体（17）とを結ぶ電気接続
部材（17a,18）の長さは非常に短くなる。このため、そ
の配線については、絶縁，電気ノイズに対するシール
ド，加速度を受けた場合の機械的強度などについて特別
な考慮をする必要はなく、構造が簡単になり小型化も可
能になる。また、検出部材の端子部がその一辺に集中し
ているので、その部分に電気接続部材を接続する作業は
一方向から全て行なうことができ、作業性がよい。

更に、前記配線（25）の中に第１組の検出手段（P1〜P
4）と第２組の検出手段（P5〜P8）の両方に共通に接続
された共通線（25₂，25₄，25₆，25₈）が設けてあるの
で、梁上の配線パターンの数を減らすことができ、各配
線パターンの幅が大きくなり抵抗値の増大が防止され
る。また、端子部の端子数が減るので、電気接続部材の
数やそれの接続点数も減り装置のコストが低減される。

【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II−II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:リング、4:ナット 6:Oリング、7:内空間 8:シリコンオイル、11:ビームホルダ 12:ビームベース 13:ウェートストッパ 11,12,13:（容器部材） 14,15:シール材 17:端子板（信号処理組体） 18:ボンディングワイヤ（電気接続部材） 20:ビームプレート（検出部材） 21,22:開口部（開口部） 23:梁 25:配線パターン（配線） 25₁〜25₉：線 25₂，25₄，25₆，25₈：（共通線） P1〜P8:歪ゲージ部（撓み検出手段） P1〜P4:（第１組の検出手段） P5〜P8:（第２組の検出手段） 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

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】おもり；前記おもりの配置される内空間が形成された、容器部
材；２つの開口部と、それらの間に形成され中央部に前記お
もりの一端近傍が支持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上に配置され、該梁の第一軸方向の
加速度に対応する撓みを検出する第１組の検出手段と第
二軸方向の加速度に対応する撓みを検出する第２組の検
出手段を含む、複数の撓み検出手段；前記検出部材上に膜状に形成され、一端近傍が前記梁上
で第１組の検出手段と第２組の検出手段とに共通に接続
された共通線を含み、各々の一端が前記撓み検出手段の
端部に接続され、各々の他端が前記検出部材の一端の辺
に沿う端子部に集中的に配列された、複数の導電性の配
線；前記検出部材の端子部に近接する位置に設けられた信号
処理組体；及び前記検出部材の端子部と前記信号処理組体とを電気的に
接続する、電気接続部材；を備える加速度センサ。