JPH08262053A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャタリング等の影響を受けることなく各種
衝突モードの判定を確実、正確に行うことができ、低加
速度から高加速度まで広い範囲の加速度の検出に対応で
き、変化量の少ない加速度であっても検出可能で、湿度
管理を簡素化し得、光強度を正確に検出することができ
る加速度センサを提供すること。 【構成】 反射体の反射面が約９０°の角度を有して屈
曲形成され、該反射面に対向して発光素子とＰＳＤとが
配置され、前記反射体がケース本体に弾性体を介して支
持されている加速度センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに関し、よ
り詳細には例えば車両におけるエアバックシステムの衝
撃加速度検出に用いられる加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車には、自動車が衝突した際
のドライバーの安全を守るため、エアバッグ等の安全装
置が装備され、該安全装置を適切に作動させるための衝
撃検出手段として加速度センサが用いられている。この
ような加速度センサとしては、回転質量と板ばね力とか
ら加速度を検出する機械式加速度センサや、半導体圧電
効果を利用した半導体式加速度センサ等がある。

【０００３】図４は従来の機械式加速度センサ３０を概
略的に示した斜視図であり、（ａ）は一定値以上の加速
度が加わらず、回転質量が図中矢印Ａ方向に押圧されて
いる状態を、（ｂ）は一定値以上の加速度が図中矢印Ｂ
方向へ加わり、回転質量が図中矢印Ｂ方向に回転した状
態をそれぞれ示している。

【０００４】図中１２は基台を示しており、基台１２上
には板ばね固定台１８が固定されている。板ばね固定台
１８には板ばね１４が固定された支持部１８ａ及びスト
ッパ１７が螺合された支持部１８ｂが板ばね固定台１８
の底板１８ｃに垂直にそれぞれ形成され、底板１８ｃの
略中央部には固定接点１３が配設されている。固定接点
１３と接触することとなる可動接点１６は円筒状の回転
質量１５の側面に固定されており、可動接点１６が固定
された回転質量１５には底板１８ｃ上を支持部１８ｂ側
に付勢する板ばね１４の一端が巻着されている。

【０００５】この回転質量１５は通常状態ではストッパ
１７に当接し、板ばね１４のスプリング力によってスト
ッパ１７方向に押圧されている。板ばね１４における可
動接点１６の周辺部分は切除されており、固定接点１３
と可動接点１６との接触は妨げられないように構成され
ている。通常の状態では可動接点１６と固定接点１３と
の間には所定間隔が設けられており、加速度が作用する
と可動接点１６は回転質量１５の支持部１８ａ側への回
転に伴い固定接点１３と接触することとなる。この所定
間隔はネジ状のストッパ１７の支持部１８ｂへの螺合量
の調節により調整が行われるようになっている。

【０００６】このように構成された加速度センサにおい
ては、通常の状態では図４（ａ）に示したように回転質
量１５は板ばね１４のスプリング力によりストッパ１７
側へ付勢され、ストッパ１７に当接しており、固定接点
１３と可動接点１６とは離れている。この状態から支持
部１８ａ方向に一定値以上の加速度が加わると図４
（ｂ）に示したように回転質量１５は板ばね１４の弾性
力に抗して回転し、可動接点１６と固定接点１３とが接
触し、電気的導通が図られることとなる。

【０００７】しかしながら上記した構成の機械式加速度
センサにおいては、固定接点１３と可動接点１６との機
械的な接触により電気的導通が図られるため、スレッシ
ョルドの適性値への設定が困難で、またチャタリング等
の影響を受け易く、加速度検出のためのリニアな出力を
得ることができない。そのため各種衝突モードの判定に
誤差を生じ易く、必要時以外に前記エアバックシステム
が作動してしまう虞があるといった課題があった。

【０００８】次に、半導体式加速度センサについて説明
する。図５は従来の半導体式加速度センサ４０の要部を
概略的に示しており、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は模式
的回路図をそれぞれ示している。図中４１は圧電基板を
示しており、図に示すように圧電基板４１の中央部には
カンチレバー４１ａが形成されている。圧電基板４１上
にはゲージ抵抗部４１ｂが形成されており、コンデンサ
回路４２が形成されている。

【０００９】このように構成された半導体式加速度セン
サ４０においては、通常の状態では図５（ａ）に示した
ようにカンチレバー１４ａは圧電基板４１と水平状態に
保持されており、この状態から図中矢印Ｂ方向に一定値
以上の加速度が加わるとカンチレバー４１ａは図中矢印
Ｂ方向にたわみ、該たわみによって発生した圧電効果に
よる電圧が図５（ｂ）に示すようにコンパレータ４３を
通過してカンチレバー４１ａに作用する圧力に比例した
コンデンサ回路４２の出力として取り出される。

【００１０】しかしながら上記した構成の半導体式加速
度センサ４０においては、コンデンサ構造をとるためＤ
Ｃ成分（直流成分）を検出することができず、たわみの
変化量の微分値しか検出できないので、一定の加速度が
一定時間連続して作用した場合などにおいてはその加速
度を検出できないといった課題があった。また、圧電基
板４１は吸湿性が高いため湿度に対して弱く、電気的な
感度が落ち易いといった課題があった。

【００１１】一方、特開平３ー５６８６０号公報におい
ては、光センサと重り付き弾性体とを組合わせ、弾性体
のたわみ量に応じて受光部に捕捉される反射光の強度が
変化することを利用して加減速度に応じた出力電流又は
出力電圧を取り出すようにした加速度センサが提案され
ている。

【００１２】図６は上記加速度センサ５０を示した模式
的断面図であり、図中５１は光センサを示している。光
センサ５１の前面には、板ばね５２に水平に取り付けら
れた光反斜面５３が形成されており、板ばね５２の下部
には重り５４が取り付けられている。これらはケース５
５内に収容されている。

【００１３】上記した構成の加速度センサ５０によれ
ば、ある加速度が作用すると、板ばね５２は該加速度の
大きさに応じた変形を起こし、その変形量に応じて光反
斜面５３から反射される反射光の強度が変化するので、
光センサ５１の受光部（図示せず）に捕捉される光量も
板ばね５２の変形量に応じたものとなり、前記光量を変
換して出力される電流又は電圧の大きさから加速度を求
めることができると記載されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
構成の加速度センサにあっては、受光面に対する光反斜
面５の角度が変化するため、光強度を正確に検出するこ
とは実際には困難であり、検出精度が劣るといった課
題、また、変化量の少ない加速度を検出するのは構造上
困難であるといった課題があった。

【００１５】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、チャタリング等の影響を受けることなく各種衝突モ
ードの判定を確実、正確に行うことができ、スレッショ
ルドレベルの設定が容易で、低加速度から高加速度まで
広い範囲の加速度の検出に対応でき、変化量の少ない加
速度であっても検出可能で、湿度管理を簡素化し得る加
速度センサを提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る加速度センサは、反射体の反射面が約９
０°の角度を有して屈曲形成され、該反射面に対向して
発光素子とＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉ
ｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）とが配置され、前記反射体が
ケース本体に弾性体を介して支持されていることを特徴
としている。

【００１７】

【作用】エアバックシステムは、自動車の一生の内で一
度作動するかしないかという頻度であるにもかかわら
ず、その一度の時には確実に作動しなければならない
し、逆に、作動すべきでないとき（非衝突時やエアバッ
グの展開の必要のない軽微の衝突時）には作動しないよ
うにしなければならないので、前記エアバックシステム
を作動させる加速度センサには高い信頼度が要求されて
いる。

【００１８】上記構成の加速度センサによれば、反射体
の反射面が約９０°の角度を有して屈曲形成され、該反
射面に対向して発光素子とＰＳＤとが配置され、前記反
射体がケース本体に弾性体を介して支持されているの
で、機械的接点による検知ではないため、電気回路によ
る処理機能を付加することによりチャタリング等の影響
を受けることがないように構成することが可能である。
また、アナログ出力であるためスレッショルドレベルを
容易に設定でき、直線的な検出が可能である。また、前
記弾性体のばね定数を変化させることにより広範囲の加
速度に対応可能である。また、半導体式と比較して、湿
度管理を厳しくする必要がなく、コストを削減すること
が可能である。さらに、ＰＳＤに対して光が常に垂直方
向に入射するので光強度を正確に検出することができ、
変化量の少ない加速度をも検出可能である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る加速度センサの実施例を
図面に基づいて説明する。

【００２０】図１は実施例に係る加速度センサ１を示し
た模式図であり、（ａ）は模式的水平断面上面図を、
（ｂ）は模式的垂直断面側面図をそれぞれ示している。

【００２１】図中２は例えば鋼材等により形成された反
射体を示しており、反射体２は樹脂等により形成された
ケース本体３に同じく鋼材等により形成された弾性体４
を介して支持され、ケース本体３内は密閉状態となって
いる。反射体２の下面には反射面２ａが約９０°の角度
を有して屈曲形成されており、反射面２ａは鋼材等に鏡
面仕上げが施されることにより形成されている。ケース
本体３下部の内壁には、反射面２ａに対向する所定箇所
にＰＳＤ５及び発光素子６が直線的に配設されている。

【００２２】また図２はＰＳＤ５及び発光素子６に接続
された処理回路を概略的に示した図であり、図中２２ａ
及び２２ｂはそれぞれ電流−電圧変換回路を示してお
り、これら電流−電圧変換回路２２ａ、２２ｂの入力端
子はＰＳＤ５の両出力端子に接続され、また電流−電圧
変換回路２２ａ及び２２ｂの出力端子は差動増幅回路２
３の入力端子に接続され、差動増幅回路２３の出力側は
出力端子２４に接続されている。また、電流−電圧変換
回路２２ａ、２２ｂの出力端子はＦＢ回路２１の入力端
子に接続され、ＦＢ回路２１の出力端子は発光素子６の
一端に接続され、発光素子６の他端はアースされてい
る。さらにＦＢ回路２１の入力側には基準電圧Ｖ_RFが接
続されている。

【００２３】発光素子６からの光を受けてＰＳＤ５の両
出力端子から流れ出た電流は電流−電圧変換回路２２
ａ、２２ｂにおいて電圧に変換され、両者の電圧の差が
差動増幅回路２３において増幅されて出力される。ま
た、電流電圧変換回路２２ａ、２２ｂから出力された電
圧はＦＢ制御回路２１にも入力され、基準電圧Ｖ_RFと比
較されて、両者の電圧の和が一定となるようにＦＢ制御
回路２１にて処理され、発光素子６が制御される。

【００２４】このように反射体２に縦方向のゆれ（振
動）が生じ、発光素子６とＰＳＤ５との光路長が変化し
ても、この変化は発光素子６のＦＢ制御回路２１による
制御によりキャンセルされる。従って発光素子６から反
射体２そしてＰＳＤ５までの距離が前記振動により多少
変化したとしてもセンサの出力はＰＳＤ５の長手方向の
Ｇに関する変化のみを検知することになる。

【００２５】上記構成の処理回路によれば、弾性体４に
支持された反射体２の揺れ等が原因となるチャタリング
を電気的処理により吸収することができる。

【００２６】このように構成された加速度センサ１の作
動を図３に基づいて説明する。図３は加速度センサ１の
要部を示す模式的部分拡大側面図であり、（ａ）は加速
度センサ１に対して加速度が作用しておらず、反射体２
が通常の基準位置で支持されている状態を、（ｂ）は一
定値以上の加速度が加速度センサ１に対して図中矢印Ｂ
方向へ加わり、反射体２がケース本体３に対して相対的
に図中矢印Ｂ方向に移動した状態をそれぞれ示してい
る。また、図中矢印Ｃは発光素子６からの光が反射面２
ａに当たって反射し、ＰＳＤ５に入光するまでの経路を
示している。通常の状態では反射体２はＰＳＤ５及び発
光素子６の両者の直上に支持されているが、加速度セン
サ１に対して図中矢印Ｂ方向の加速度が加わると弾性体
４が伸縮し、反射体２は図中矢印Ｂ方向へ相対的に水平
移動する。このような反射体２のケース本体３に対する
相対的重心位置の水平移動により、発光素子６から発せ
られた光は反射面２ａにより反射され、反射光は常にＰ
ＳＤ５によって正確に検知され、反射体２の重心位置に
対応した信号がＰＳＤ５から出力され、該出力がある閾
値を超えるとエアバックシステムが作動することとな
る。

【００２７】上記したように、実施例に係る加速度セン
サ１にあっては、反射体２の反射面２ａが約９０°の角
度を有して屈曲形成され、反射面２ａに対向して発光素
子６とＰＳＤ５とが配置され、反射体２がケース本体３
に弾性体４を介して支持されているので、機械的接点に
よる検知ではなく、上記したような電気回路による処理
機能を付加し得るためチャタリング等の影響をなくすこ
とができる。また、アナログ出力であるためスレッショ
ルドレベルを容易に最適値に設定あるいは変更でき、直
線的な検出が可能である。また、弾性体４のばね定数を
変化させることにより広範囲の加速度に対応可能であ
り、しかも半導体式と比較して、湿度管理を厳しくする
必要がなく、コストを削減することが可能である。さら
に、発光素子６から発せられた光は常にＰＳＤ５に対し
て垂直方向から入射し、光強度を正確に検出することが
でき、変化量の少ない加速度をも検出可能である。

【００２８】尚、本実施例に係る加速度センサ１におい
ては、反射体２として外形が球状のものを用いたが、何
らこれに限定されるものではなく、別の実施例では反射
体２の外形が直方体形状のものであってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る加速度
センサにあっては、反射体の反射面が約９０°の角度を
有して屈曲形成され、該反射面に対向して発光素子とＰ
ＳＤとが配置され、前記反射体がケース本体に弾性体を
介して支持されているので、機械的接点による検知では
なく、電気回路による処理機能を付加し得るためチャタ
リング等の影響をなくすことができる。また、アナログ
出力であるためスレッショルドレベルを容易に最高値に
設定あるいは変更でき、直線的な検出が可能である。ま
た、前記弾性体のばね定数を変化させることにより広範
囲の加速度に対応可能であり、しかも半導体式と比較し
て、湿度管理を厳しくする必要がなく、コストを削減す
ることが可能である。さらに、発光素子６から発せられ
た光は常にＰＳＤ５に対して垂直方向から入射し、光強
度を正確に検出することができ、変化量の少ない加速度
をも検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例に係る加速度センサを
示した模式的水平断面上面図であり、（ｂ）は垂直断面
側面図である。

【図２】ＰＳＤに接続され得る処理回路を概略的に示し
た図である。

【図３】（ａ）は実施例に係る加速度センサに加速度が
作用していない状態を示した模式的部分拡大側面図であ
り、（ｂ）は加速度が作用している状態を示した模式的
部分拡大側面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は従来例に係る加速度センサを
示した模式的斜視図である。

【図５】（ａ）は別の従来例に係る加速度センサの要部
を示した模式的斜視図であり、（ｂ）はその模式的回路
図である。

【図６】さらに別の従来例に係る加速度センサを示した
模式的部分断面側面図である。

【符号の説明】

１ 加速度センサ ２ 反射体 ２ａ 反射面 ３ ケース本体 ４ 弾性体 ５ ＰＳＤ ６ 発光素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射体の反射面が約９０°の角度を有し
   て屈曲形成され、該反射面に対向して発光素子とＰＳＤ
   （Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔ
   ｏｒ）とが配置され、前記反射体がケース本体に弾性体
   を介して支持されていることを特徴とする加速度セン
   サ。