JPH10153615A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサの組立作業や実装作業を困難にするこ
となく、各検知軸毎に正確な出力が得られる多軸型の加
速度センサを提供する。 【解決手段】 この加速度センサ１０は、センサチップ
が収容されたセンサユニット１１、取付板１３、回転板
１２、回転板固定ネジ１４等で構成されている。各種の
装置に直接取り付けられる取付板１３の中央には孔１３
ａが設けられ、この中に回転板１２が嵌め込まれてい
る。そして、回転板１２の上面にはセンサユニット１１
が接着固定されており、取付板１３に対してセンサユニ
ット１１ごと回転するようになっている。また、取付板
１３の側面から孔１３ａに向けて貫通するネジ孔には回
転板固定ネジ１４が螺着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサに関
し、例えば自動車、航空機、産業ロボット、各種工業用
計測装置に使用される多軸検知型の半導体加速度センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体型の加速度センサは、加速
度の検知にピエゾ抵抗効果を利用するものが多く用いら
れている。ピエゾ抵抗効果は、シリコン基板上に設けた
拡散抵抗が付加される応力によって変化する効果であ
る。一般的な加速度センサでは、シリコン基板上に片持
ち梁、両持ち梁、またはダイアフラム等の可撓部を形成
し、片持ち梁の場合はその端部に、両持ち梁やダイアフ
ラムの場合にはその中央部に荷重体を設け、加速度によ
って梁やダイアフラムが撓むようにセンサチップを構成
する。また、撓みによって高い応力が生じる場所にピエ
ゾ抵抗を形成する。そして、このセンサチップをプラス
チックやセラミック等で作製されたパッケージの内部に
エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を用いて接着固定して
いる。

【０００３】そこで、ピエゾ抵抗効果を利用するデバイ
スの場合、一般にはピエゾ抵抗素子を４個形成しホイー
トストンブリッジ回路を組むようにすれば、加速度が付
加されたときのブリッジバランスの変化により生じる電
流あるいは電位を測定することで加速度を検知すること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多軸（直交
３軸）検知型の加速度センサの場合、加速度を検知する
軸方向にセンサが正確にアライメント（位置合わせ）さ
れている必要がある。そのためには、センサパッケージ
内でセンサチップが規定の向きに正確にアライメントさ
れた状態で固定されていることが重要である。

【０００５】例えば図３に示すように、直交するＸ、Ｙ
（２軸）検知型加速度センサを考えた場合、パッケージ
の向きとパッケージ内のセンサチップの向きが合致して
いないと、正規の検知軸方向以外の軸方向の加速度をも
検知してしまうことになる。加速度センサが図中Ｘ軸方
向に発生した加速度ａを検知する場合を考えるとき、パ
ッケージ２ａとセンサチップ３ａが正規の軸方向にアラ
イメントされたセンサ１ａ（図３（ａ）参照）では、主
軸Ｘ軸方向の加速度は出力Ｖ_x ＝ａとして検出され、直
交するＹ軸方向（他軸方向）の加速度は出力Ｖ_y ＝０と
なる。これに対して、センサチップ３ｂが角度θだけ回
転ずれしたセンサ１ｂ（図３（ｂ）参照）では、本来検
知されるべきＸ軸方向の出力ａはθだけ軸が傾いた分の
出力低下が発生して下記の出力ｂとなり、本来出力がな
いはずのＹ軸方向には他軸感度分の出力ｃが発生する。
その時の出力値は下記の通りである。 主軸出力ｂ＝ａ・cosθ、他軸出力ｃ＝ａ・sinθ

【０００６】ところで、センサチップをパッケージに接
着する場合、接着後の接着剤の硬化によって発生する応
力または熱応力によって生じるセンサの特性劣化を防止
するため、通常は熱硬化型のシリコーン樹脂を接着剤と
して使用する。この材料は常温では粘度が低く、３０分
から１時間程度オーブン内に放置することで硬化し、セ
ンサチップが固定される。樹脂が硬化する段階で樹脂の
粘性によりセンサチップが規定の位置からずれることは
よくあるため、センサチップのアライメントをバラツキ
なく、正確に行うことは現実には極めて難しいことであ
る。

【０００７】また、完成したセンサを各種装置に実装す
る際にも、センサパッケージの検出軸方向が装置の検出
軸と一致している必要がある。もしこれが一致していな
ければ、上述したパッケージとセンサチップのアライメ
ントずれにより発生する問題が今度は装置とセンサパッ
ケージの関係に置き換えられ、同様な問題として発生す
る。この問題に関しても、実際の実装作業において個々
のセンサを装置に対して正確にアライメントした状態で
固定することは極めて困難である。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、センサの組立作業や実装作業を困
難にすることなく、各検知軸毎に正確な出力が得られる
加速度センサを提供することを目的とする。

【０００９】

【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、本発明の請求項１に記載の加速度センサは、各種
装置に固定される基台部と、センサチップが内部に収容
されたセンサユニットと、センサユニットが固定され基
台部に対して回転可能に取り付けられた回転部と、基台
部に対する回転部の位置を固定する位置固定手段、を有
することを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項２に記載の加速度センサは、
各種装置に固定される取付板と、センサチップが内部に
収容されたセンサユニットと、センサユニットが上面に
固定された回転板を有し、取付板に孔が設けられ、回転
板が取付板の孔に嵌め込まれた状態で孔の周方向に回転
可能とされるとともに、取付板を側面から孔に向けて貫
通しその先端が回転板を側方から押圧する回転板固定治
具が設けられたことを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項３に記載の加速度センサは、
請求項２に記載の加速度センサにおいて、前記センサユ
ニットと前記回転板が一体成型されたことを特徴とする
ものである。

【００１２】本発明の請求項１に記載の加速度センサに
よれば、センサユニットが固定された回転部が基台部に
対して回転可能に構成されているため、センサを各種装
置に実装する際に大まかにアライメントした状態で基台
部を装置に固定した後、出力をモニタしながら回転部を
回転させることによりセンサユニットの向きを規定の軸
方向に調整することができる。その後、位置固定手段を
用いて回転板の位置、ひいてはセンサユニットの向きを
固定することができる。

【００１３】また、請求項２に記載の加速度センサによ
れば、センサユニットが固定された回転板が取付板の孔
に嵌め込まれ、その状態で回転するようになっているた
め、センサを各種装置に実装する際に大まかにアライメ
ントした状態で取付板を装置に固定した後、出力をモニ
タしながら回転板を回転させることによりセンサユニッ
トの向きを規定の軸方向に調整することができる。その
後、回転板固定治具が回転板を側方から押圧することで
回転板の位置、ひいてはセンサユニットの向きを固定す
ることができる。

【００１４】また、請求項３に記載の加速度センサによ
れば、センサユニットと回転板が一体成型されたことで
センサを構成する部品の点数を低減でき、センサの組立
作業を簡略化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１および図２を参照して説明する。図１は本実施の形態
の加速度センサ１０を示す図であって、図中符号１１は
センサユニット、１２は回転板、１３は取付板、１４は
回転板固定ネジ、である。

【００１６】図１に示すように、本実施の形態の加速度
センサ１０は、センサユニット１１、回転板１２（回転
部）、取付板１３（基台部）、回転板固定ネジ１４（位
置固定手段、回転板固定治具）、等で構成されている。
センサユニット１１の内部には、例えばピエゾ抵抗効果
を利用したシリコン基板等からなるセンサチップ（図示
略）が収容されている。センサユニット１１はプラスチ
ック等で成型されたものであり、その寸法は一例として
３cm×３cm×１．５cm程度のものである。そして、セン
サユニット１１には、センサチップに電圧を印加した
り、センサチップからの信号を出力するための電源・信
号線接続コネクタ１５が取り付けられている。

【００１７】取付板１３は、例えばプラスチック等の任
意の材料で作製された平坦な板体の四隅にセンサ取付用
のビス孔１６が設けられたものである。そして、取付板
１３の中央には孔１３ａが設けられ、この中に回転板１
２が嵌め込まれている。回転板１２は、任意の材料で作
製された取付板１３と同じ厚さの円形の板体であり、図
２に示すように、上面の径が下面の径より小さく、側面
がテーパ状になっている。そして、回転板１２の上面に
はセンサユニット１１が接着固定されており、センサユ
ニット１１ごと孔１３ａの周方向に回転するようになっ
ている。また、図１、図２に示すように、取付板１３の
側面から孔１３ａに向けて貫通するネジ孔が２個所に設
けられ、各ネジ孔には側面側から回転板固定ネジ１４が
螺着されている。なお、本実施の形態では回転板１２の
側面をテーパ状とするが、テーパ状でなくてもよい。

【００１８】上記構成の加速度センサ１０を自動車や各
種の装置に実装する際には、まず、センサ全体を大まか
にアライメントした状態で取付板１３の４個所のビス孔
１６にビスを螺着して取付板１３を装置に固定する。そ
の後、図１に示すＸ軸、Ｙ軸毎の出力をモニターし、も
し回転ずれによる出力の誤差が許容範囲より大きいと判
定された場合には、回転板固定ネジ１４を緩め、回転板
１２を回転させることによってセンサユニット１１の向
きを規定の軸方向に調整する。そして、満足する出力結
果が得られ、調整が完了したところで回転板固定ネジ１
４を締めると、ネジ１４の先端が回転板１２を側方から
押圧することで回転板１２の位置、ひいてはセンサユニ
ット１１の向きが固定される。

【００１９】本実施の形態の加速度センサ１０の場合、
センサユニット１１が固定された回転板１２が取付板１
３に対して回転するため、取付板１３を各種の装置に固
定した後にセンサユニット１１の向きを規定の軸方向に
調整することができる。したがって、センサユニット１
１内にセンサチップを固定する際、または取付板１３を
装置に固定する際にそれ程厳密にアライメントを行う必
要がないため、センサの組立作業や実装作業が容易にな
ると同時に、多軸検知型の加速度センサにおいて各検知
軸毎に正確な出力を得ることができる。

【００２０】また、回転板１２の上面の径が下面の径よ
り小さく、回転板１２の側面がテーパ状になっているた
め、取付板１３を装置に固定した状態で取付板１３から
センサユニット１１が外れてしまうことがない。しか
も、回転板固定ネジ１４の先端が回転板１２を側方から
押圧する際にその押圧力が下向きに加わるため、回転板
１２が上方に浮き上がるようなことがなく、取付板１３
に対してより確実に固定される。

【００２１】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態ではセンサユニットと回転板を別の
部材とした上でこれらを接着固定する構成としたが、こ
の構成に代えて、センサユニットと回転板をプラスチッ
ク等で一体成型した構成としてもよい。その場合、セン
サを構成する部品の点数を低減でき、センサの組立作業
を簡略化することができる。

【００２２】また、上記実施の形態では取付板の孔に回
転板を嵌め込んだ構成としたが、この構成に代えて、例
えば上面が平坦な基台部の上に回転部を配置してこれら
を軸で連結し、この軸を中心としてセンサユニットを取
り付けた回転部が回転する構成としてもよい。その場
合、回転部の形状は円形に限らず、例えば角形としても
よいし、回転部の位置固定手段もネジに限らず、ピン等
を用いてもよい。また、センサユニット、回転部、基台
部等の構成材料には任意の材料を使用でき、寸法等も任
意でよい。さらに、上記の説明では一貫してピエゾ抵抗
効果を利用するセンサチップの例を挙げたが、本発明は
これに限らず種々の動作原理を持つ加速度センサチップ
に適用することが可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
加速度センサによれば、センサユニットが固定された回
転部（回転板）が基台部（取付板）に対して回転するた
め、基台部を各種の装置に固定した後にセンサユニット
の向きを規定の軸方向に調整することができる。したが
って、センサユニット内にセンサチップを固定する際、
または基台部を装置に固定する際にそれ程厳密にアライ
メントを行う必要がないため、センサの組立作業や実装
作業が容易になると同時に、多軸検知型の加速度センサ
において各検知軸毎に正確な出力を得ることができる。
また、センサユニットと回転板を一体成型した場合、セ
ンサを構成する部品の点数を低減し、センサの組立作業
を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態である加速度センサの
斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図３】 従来の加速度センサの問題点を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０…加速度センサ、１１…センサユニット、１２…回
転板（回転部）、１３…取付板（基台部）、１３ａ…
孔、１４…回転板固定ネジ（位置固定手段）、１５…電
源・信号線接続コネクタ、１６…ビス孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種装置に固定される基台部と、センサ
   チップが内部に収容されたセンサユニットと、このセン
   サユニットが固定され前記基台部に対して回転可能に取
   り付けられた回転部と、前記基台部に対する前記回転部
   の位置を固定する位置固定手段、を有することを特徴と
   する加速度センサ。
2. 【請求項２】 各種装置に固定される取付板と、センサ
   チップが内部に収容されたセンサユニットと、このセン
   サユニットが上面に固定された回転板、を有し、 前記取付板に孔が設けられ、前記回転板が前記取付板の
   孔に嵌め込まれた状態で孔の周方向に回転可能とされる
   とともに、前記取付板を側面から前記孔に向けて貫通し
   その先端が前記回転板を側方から押圧する回転板固定治
   具が設けられたことを特徴とする加速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の加速度センサにおい
   て、 前記センサユニットと前記回転板が一体成型されたこと
   を特徴とする加速度センサ。