JPH08233853A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可動基板に固定されたおもりの固有振動数に近
い周波数の外部振動が加わったときの誤動作を防止し得
る加速度センサを提供する。 【構成】周端部が固着された可動基板２におもり20の一
端面が取り付けられ、該おもりに加速度が作用したとき
の可動基板２の変形に基いて加速度を検出するものとな
された加速度センサにおいて、軟質の保形部材61で包ま
れた粘性流体62が、保形部材61を介して前記おもり20の
他端面に接触状態に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加速度を検出する加
速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術及び解決しようとする課題】加速度センサ
として、周端部が固着された可動基板におもりが取り付
けられ、該おもりに加速度が作用したときの可動基板の
変形に基いて加速度を検出するものとなされたものが、
従来より知られている（例えば特開平４−１９５６８
号）。

【０００３】しかしながら、このような加速度センサで
は、可動基板に取り付けられたおもりが固有の振動数を
有しているため、この固有振動数に近い周波数の外部振
動がセンサに加わった場合には、おもりが共振現象を生
じてセンサが誤動作するという欠点があった。

【０００４】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、可動基板に取り付けられた
おもりの固有振動数に近い周波数の外部振動が加わった
ときの誤動作を防止し得る加速度センサを提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、図面の符号を参照して示すと、周端部
が固着された可動基板（２）におもり（20）の一端面が
取り付けられ、該おもりに加速度が作用したときの可動
基板（２）の変形に基いて加速度を検出するものとなさ
れた加速度センサにおいて、軟質の保形部材（61）で包
まれた粘性流体（62）が、保形部材（61）を介して前記
おもり（20）の他端面に接触状態に配設されていること
を特徴とするものである。上記において、粘性液体（6
2）の動粘度は５０００〜３００００ｃｓに設定するの
が良い。

【０００６】

【作用】おもりの固有振動数に近い周波数の外部振動が
加わった場合に、保形部材（61）を介しておもりの他端
面に接触する粘性流体（62）によっておもりの共振が防
止される。

【０００７】

【実施例】次に、この発明を、静電容量式の加速度セン
サに適用した実施例に基いて説明する。

【０００８】図１において、（１）は水平状態に配置さ
れた円形の固定基板、（２）は該固定基板の下方に水平
状態に配置された円形の可動基板である。これら固定基
板（１）と可動基板（２）とは、中間にスペーサ（３）
を介在させた状態で、周端部を上側押さえ部材（４）と
下側押さえ部材（５）とにより押さえ付けられた状態で
固定されることによって、スペーサ（３）の厚さ分の距
離を隔てて平行状態に対向配置されている。

【０００９】前記固定基板（１）はプリント配線基板に
よって構成され、その下面中央部には円形電極（６）が
設けられるとともに、該円形電極の外側においてＸ軸方
向（図１（ｂ）の左右方向）及びＹ軸方向（図１（ｂ）
の上下方向）のそれぞれ対称位置に４個の扇形の分割電
極（7a）（7b）（8a）（8b）が設けられている。

【００１０】一方、前記可動基板（２）は薄肉のリン青
銅やＳＵＳ等の可撓性材料からなるもので、この実施例
ではリン青銅によって形成されるとともに、基板そのも
のが１枚の共通電極（９）となされている。そして、こ
の共通電極（９）と前記固定基板（１）の円形電極
（６）との間で、基板中央部に円形コンデンサ（10）が
形成されるとともに、共通電極（９）と各分割電極（7
a）（7b）（8a）（8b）との間でＸ軸方向及びＹ軸方向
に分割された４個のコンデンサ（11a ）（11b ）（12a
）（12b ）が形成されている。

【００１１】さらに、可動基板（２）の下面中央部に
は、円柱形のおもり（20）がその上端面を接着等の方法
によって接合されることにより吊り下げ状態に固定され
ている。また、おもり（20）の底面中央部には、断面円
形の凹所（21）が形成されている。

【００１２】一方、おもりの下方には、センサの筐体を
形成するセンサ底壁（30）が配置されている。このセン
サ底壁（30）には、前記凹所（21）の対応位置において
底壁を貫通するねじ孔（31）が設けられている。そし
て、このねじ孔（31）に、棒状のねじ部材からなるスト
ッパ（40）がその上端部をセンサ底壁（30）の上方に突
出させた状態で螺合されている。かつ、前記ストッパ
（40）の上端部には、上方に向かって径小となるテーパ
部（41）が形成されるとともに、このテーパ部（41）の
径小側の部分が、その傾斜面と凹所（21）の開口部周縁
との間にわずかの隙間を存在させた状態で、非接触状態
に嵌まり込んでいる。このストッパ（40）は、おもり
（20）がＸ軸方向、Ｙ軸方向あるいはＺ軸方向負側（固
定基板と可動基板の離間方向）に変位したときに、凹所
（21）の開口部周縁とストッパ（40）とが接触しておも
り（20）の過度の変位を阻止する役割を果たすものであ
る。

【００１３】前記底壁（30）には、ねじ孔（31）を囲む
態様で環状溝（50）が形成されている。そして、この環
状溝（50）に、図２に示すような断面半円形状で環状に
形成された軟質保形部材（61）が開口部を下向きにして
嵌め込まれている。かつ、保形部材（61）の高さは、環
状溝（50）の底面とおもり（20）の底面との距離よりも
僅かに大きく設定されると共に、保形部材（61）の幅方
向の内外縁にはそれぞれ外側に水平状に折り曲げられた
環状フランジ（61a ）（61b ）が形成されている。そし
て、このフランジを、環状溝（50）の底面幅方向両端部
においてリング状の内外シール部材（71）（72）で押さ
え込むことにより、保形部材（61）は液密状態に環状溝
（50）に固定されている。従って、環状溝（50）の底面
と保形部材（61）内面とによって、粘性流体を密封充填
するための空間が形成されている。かつ、この空間に開
口する態様で、注入孔（81）と空気抜き孔（82）が底壁
（30）を貫通して形成されるとともに、注入孔（81）か
ら粘性流体（62）が前記空間内に隙間なく注入充填され
ている。そして注入充填状態で、注入孔（81）と空気抜
き孔（82）は栓体（91）（92）によって閉塞されてい
る。従って、この状態では、保形部材（61）で包まれた
粘性流体（62）が、おもり（20）の底面に保形部材（6
1）を介して僅かに接触した状態に存在している。

【００１４】前記粘性流体（62）は、可動基板（２）に
固定されたおもり（20）の固有振動数に近い周波数の外
部振動が、Ｘ軸・Ｙ軸あるいはＺ軸方向に加わったとき
のおもり（20）の共振を防止する役割を果たすものであ
る。ここに、粘性流体（62）の粘度が小さすぎると制振
作用に乏しいものとなり、逆に大きすぎると加速度が作
用したときのおもり（20）の本来の変位を妨げることか
ら、粘性流体（62）の粘度は動粘度で５０００〜３００
００ｃｓが好ましい。このような粘度を有する粘性流体
（62）としてシリコンオイルを例示できる。また、粘性
流体（62）を密封充填状態に包み込む保形部材（61）が
硬すぎるとやはり制振作用を妨げるため、保形部材（6
1）は厚さ０．１ｍｍ程度のＮＢＲ（アクリロニトリル
−ブタジエンゴム）等の薄肉軟質材によって構成するの
が良い。

【００１５】図１に示す加速度センサでは、例えばＸ軸
負方向（図１（ａ）の左方向）に加速度が加わると、お
もり（20）にはＸ軸正方向（図１（ａ）の右方向）に慣
性力が作用し、この慣性力は可動基板（２）に曲げモー
メントを生じさせ可動基板（２）は変形する。この変形
によって、共通電極（７）の右側は分割電極（7b）に接
近し、共通電極（７）の左側は分割電極（7a）から離間
し、電極間の距離が変化する結果、Ｘ軸方向のコンデン
サ（11a ）（11b ）の容量値が変化し、この容量変化を
検出してＸ軸方向の加速度を検出するものとなされてい
る。同様に、Ｙ軸方向のコンデンサ（12a ）（12b ）の
容量変化に基いて、Ｙ軸方向の加速度を検出することが
できる。また、Ｚ軸方向（固定基板（１）と可動基板
（２）との対向方向）に加速度が加わったときには固定
基板（１）と可動基板（２）の距離が拡大または縮小
し、コンデンサ（10）の容量が変化することから、Ｚ軸
方向の加速度を検出することができる。

【００１６】また、おもり（20）の底面には、図３に鎖
線にて示すように粘性流体（62）が保形部材（61）を介
して環状に接触しているから、おもり（20）の固有振動
数に近い周波数の外部振動がＸ軸・Ｙ軸あるいはＺ軸方
向に加わっても、おもり（20）の共振がこの粘性流体
（61）によって阻止される。

【００１７】図４はこの発明の他の実施例を示すもので
ある。この実施例は、ストッパの存在しない場合を示す
もので、センサ底壁（30´）の上面には円形溝（50´）
が形成されている。そして、この円形溝（50´）に、ド
ーム状に膨らんだ所定高さの保形部材（61´）がその上
面をおもり（20´）の底面にわずかに接触させた状態で
配置されている。この保形部材（60´）の構成も、図１
に示したものと同じであり、ＮＢＲ等の薄肉軟質材によ
って形成されている。そして、前記円形溝（50´）に、
保形部材（61）が開口部を下向きにして嵌め込まれてい
る。かつ、保形部材（61）の開口縁には外向き水平状に
突出した環状フランジ（61b ´）が形成されており、こ
のフランジを、円形溝（50´）の底面周端部においてリ
ング状のシール部材（71´）で押さえ込むことにより、
保形部材（61´）は液密状態に円形溝（50´）に固定さ
れている。従って、円形溝（50´）の底面と保形部材
（61´）内面とによって、粘性流体を密封充填するため
の空間が形成されており、この空間に、注入孔（81´）
から粘性流体（62´）が隙間なく注入充填されている。
なお、（82´）は空気抜き孔であり、これら注入孔（81
´）と空気抜き孔（82´）は栓体（91´）（92´）によ
って閉塞されている。

【００１８】なお、図４において図１に示したものと同
一構成部分については同一の符号を付し、その説明を省
略する。

【００１９】図４の実施例においては、おもり（20´）
の底面に図５に鎖線にて示すように粘性流体（62´）が
保形部材（61´）を介して円形に接触しているから、お
もり（20´）の固有振動数に近い周波数の外部振動がＸ
軸・Ｙ軸あるいはＺ軸方向に加わっても、おもり（20
´）の共振がこの粘性流体（62´）によって阻止され
る。

【００２０】なお、粘性流体（62）（62´）による制振
効果は、おもり（20）（20´）と粘性流体（62）（62
´）との接触面積によっても異なり、接触面積が小さす
ぎると制振効果に乏しくなる一方、大きすぎると加速度
によるおもりの変位を妨げるものとなる。このため、粘
性流体（62）（62´）とおもり（20）（20´）との接触
面積は、おもり底面の面積の２０〜４０％に設定するの
が良い。

【００２１】ちなみに、図１に示す環状の粘性流体（6
2）を用いた場合と用いなかった場合とで、制振効果を
比較した。保形部材（61）は、肉厚０．１ｍｍのＮＢＲ
製のものを用い、粘性流体（62）は動粘度１００００ｃ
ｓのシリコンオイルを密封充填したものを用いた。そし
て、この制振部材（60）を、上面がおもり（20）の底面
にわずかに接触する状態でおもり（20）の下方に配置し
た。制振部材（60）とおもり（20）との接触面積は、お
もり底面の面積の３０％とした。

【００２２】そして、各加速度センサに振動周波数を変
えてＸ軸方向及びＹ軸方向に外部振動を加えたところ、
上記粘性流体（62）を用いたセンサでは、共振現象が認
められなかったのに対し、粘性流体を用いなかったセン
サでは１２０Ｈｚ付近で共振現象が認められた。

【００２３】なお、以上の実施例では、環状溝（50）ま
たは円形溝（50´）と保形部材（61）（61´）で囲まれ
た空間に粘性流体を密封充填した場合を示したが、保形
部材を袋状に構成し、これに粘性流体を充填して包み込
み、おもりと接触状態に配置するものとしても良い。ま
た、静電容量式加速度センサに適用した実施例を示した
が、圧電式その他の加速度センサに適用しても良いこと
はもちろんである。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、周端
部が固着された可動基板におもりの一端面が取り付けら
れ、該おもりに加速度が作用したときの可動基板の変形
に基いて加速度を検出するものとなされた加速度センサ
において、軟質の保形部材で包まれた粘性流体が、保形
部材を介して前記おもりの他端面に接触状態に配設され
ていることを特徴とするものであるから、おもりの固有
振動数に近い周波数の外部振動が加わった場合にも、上
記粘性流体によっておもりの共振を防止することができ
る。このためセンサの誤動作を防止することができ、高
精度なセンサとなしうる。

【００２５】また、粘性液体の動粘度が５０００〜３０
０００ｃｓである場合には、さらに効果的に制振作用を
発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る静電容量式加速度
センサを示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）
のIb−Ib線断面図である。

【図２】保形部材をその一部を削除して示す断面斜視図
である。

【図３】図１のIII −III 線断面図である。

【図４】この発明の他の実施例に係る静電容量式加速度
センサの断面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【符号の説明】

２…可動基板 20…おもり 61…保形部材 62…粘性流体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周端部が固着された可動基板（２）にお
   もり（20）の一端面が取り付けられ、該おもりに加速度
   が作用したときの可動基板（２）の変形に基いて加速度
   を検出するものとなされた加速度センサにおいて、 軟質の保形部材（61）で包まれた粘性流体（62）が、保
   形部材（61）を介して前記おもり（20）の他端面に接触
   状態に配設されていることを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 粘性液体（62）の動粘度が５０００〜３
   ００００ｃｓである請求項１に記載の加速度センサ。