(57)【要約】【課題】  加速度検出対象物に対して容易に設置できる多軸加速度検出装置を提供する。【解決手段】  多軸加速度検出装置１は、台車（加速度検出対象物）に取り付けられる筐体１０と、この筐体１０に収められる一対の各センサ基板２０，２９と、加速度センサチップ２〜５とを備え、筐体１０は車両側の支持部材（加速度検出対象物）に固定される設置基準面１１と、各センサ基板２０，２９を着座させる各センサ基板取付面１３，１９とを有し、各センサ基板取付面１３，１９と平行に延びる各平面を仮想感度軸設定面とし、各加速度センサチップ２〜５を複数の感度軸が各仮想感度軸設定面において互いに平行とならないようにかつ設置基準面１１に対して傾斜するように各センサ基板２０，２９に介装した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度検出対象物に取り付けられる筐体と、この筐体に収められる複数のセンサ基板と、所定の感度軸方向について加速度を検出する複数の加速度センサチップとを備え、前記筐体に加速度検出対象物に固定される設置基準面と、この設置基準面に直交して前記各センサ基板を着座させる複数のセンサ基板取付面とをそれぞれ形成し、この各センサ基板取付面と平行に延びる各平面をそれぞれ仮想感度軸設定面とし、この各仮想感度軸設定面において前記加速度センサチップを複数の感度軸が互いに平行とならないようにかつ前記設置基準面に対して傾斜するように前記各センサ基板にそれぞれ介装したことを特徴とする多軸加速度検出装置。
【請求項２】
対の前記仮想感度軸設定面を互いに直交させたことを特徴とする請求項１に記載の多軸加速度検出装置。
【請求項３】
前記加速度センサチップの各感度軸を前記設置基準面に対して角度４５°づつ傾斜させたことを特徴とする請求項１または２に記載の多軸加速度検出装置。
【請求項４】
互いに異なる感度軸を有する一対の加速度センサチップを備え、この各加速度センサチップを前記設置基準面と直交方向についてオフセットするとともに、前記設置基準面と平行方向についてオフセットして前記センサ基板に介装したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の多軸加速度検出装置。
【請求項５】
前記筐体に前記設置基準面に開口して前記センサ基板が収められる収装室を形成し、この収装室に樹脂を充填して固化させた樹脂部を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の多軸加速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度検出対象物に設置されて、その加速度を検出する多軸加速度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の加速度センサとしては、例えば、加速度検出対象物の動きに合わせて揺れようとする振り子と、この振り子の位置を検出する検出装置とを備え、この検出装置により検出される振り子の位置を電磁コイルへの通電により発生する力で動かないようにフィードバック制御するものがある。そして、このとき振り子に働く力が振り子に加わる加速度（すなわち加速度検出対象物の加速度）と等しいことに着目して、加速度検出対象物の加速度を電磁コイルに流れる電流値として検出する。
【０００３】
従来、特許文献１に開示された加速度検出装置は、所定の感度軸方向について加速度を検出する一対の加速度センサを備え、これらの各加速度センサの感度軸が鉛直平面内で互いに平行とならないように水平軸方向に対して傾斜している。これにより、加速度検出対象物に生じる加速度に応じて一対の加速度センサから検出信号がそれぞれ出力される。
【０００４】
コントローラは、各加速度センサから出力される検出信号に基づいて検出すべき所定の方向の加速度を演算し、加速度検出が行われる。
【０００５】
一対の加速度センサは水平軸に対してそれぞれ所定の傾斜角度をもって配置され、加速度検出対象物の静止時においても、重力加速度に基づく出力をするので、コントローラはこの出力の値を、正常時に出力されるべき値と比較することにより、静止時においても加速度センサの故障検知が行われる。
【特許文献１】特開平１１−２１１７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の加速度検出装置にあっては、例えば車両に設置して車両の横揺れを検出する場合、各加速度センサの感度軸を所定位置に配置することが難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、加速度検出対象物に対して容易に設置できる多軸加速度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の多軸加速度検出装置は、加速度検出対象物に取り付けられる筐体と、この筐体に収められる複数のセンサ基板と、所定の感度軸方向について加速度を検出する複数の加速度センサチップとを備え、筐体に加速度検出対象物に固定される設置基準面と、この設置基準面に直交して各センサ基板を着座させる複数のセンサ基板取付面とをそれぞれ形成し、各センサ基板取付面と平行に延びる平面をそれぞれ仮想感度軸設定面とし、各加速度センサチップを複数の感度軸が各仮想感度軸設定面において互いに平行とならないようにかつ設置基準面に対して傾斜するように各センサ基板にそれぞれ介装したことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、多軸加速度検出装置は筐体をその設置基準面が水平になるように加速度検出対象物に取り付けることにより、各加速度センサチップの感度軸が鉛直平面内で水平軸に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、筐体の取り付け作業を容易に行うことができる。
【００１０】
加速度検出装置は加速度センサチップの感度軸が水平軸に対してそれぞれ所定の傾斜角度をもって配置されることにより、加速度検出対象物の静止時においても重力加速度に基づく出力をするので、この出力の値を正常時に出力されるべき値と比較することにより、静止時においても加速度センサの故障検知が行われる。
【００１１】
筐体を一つのセンサ基板取付面が例えば車両に対して左右方向に延びるように配置することにより、多軸加速度検出装置は車両に生じる左右方向の加速度を検出し、この検出信号に応じて車両の横揺れを抑える制御を行うことができる。そして、筐体を別のセンサ基板取付面が例えば車両に対して前後方向に延びるように配置することにより、多軸加速度検出装置は台車に生じる前後方向の加速度を検出し、車両の各種制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１の（ａ），（ｂ）に示すように、多軸加速度検出装置１は鉄道車両の台車（加速度検出対象物）に取り付けられ、台車の左右方向と前後方向の加速度をそれぞれ検出するものである。
【００１４】
多軸加速度検出装置１は、台車に取り付けられる筐体１０と、この筐体１０に収められる一対のセンサ基板２０，２９と、この各センサ基板２０，２９に介装される二対の加速度センサチップ２〜５と、同じく各センサ基板２０，２９に接続され筐体１０の外側へと延びるケーブル３０とを備え、加速度センサチップ２〜４の検出信号が各センサ基板２０，２９とケーブル３０を介して図示しないコントローラに出力されるようになっている。
【００１５】
筐体１０は、台車の支持部材（加速度検出対象物）に固定される設置基準面１１と、左右に突出する対のフランジ部１５と、各フランジ部１５に形成されたボルト穴１６とを有する。筐体１０は各ボルト穴１６を挿通する図示しない３本のボルトを介して台車の支持部材に締結される。
【００１６】
筐体１０は、この設置基準面１１に開口して各センサ基板２０，２９等が収められる収装室１２と、センサ基板２０を着座させる左右対のセンサ基板取付面１３と、センサ基板２９を着座させる前後対のセンサ基板取付面１９と、ケーブル３０を挿通させる穴１４とを有する。
【００１７】
図２に示すように、一方のセンサ基板２０は矩形の平板状に形成される。センサ基板２０はその左右の端部２１，２２が各センサ基板取付面１３に着座し、その左右の下端部２３，２４が２本のネジ９を介して筐体１０に締結される。左右の下端部２３，２４には穴２５がそれぞれ形成され、各穴２５にネジ９が挿通する。他方のセンサ基板２９はこのセンサ基板２０と同一構造とする。
【００１８】
筐体１０は各センサ基板取付面１３，１９が設置基準面１１に対して直交する。各センサ基板２０，２９がその左右の端部２１，２２を各センサ基板取付面１３，１９に着座させて取り付けられることにより、各センサ基板２０，２９が設置基準面１１に対して直交方向に延びるように配置される。
【００１９】
各センサ基板取付面１３，１９は互いに直交する。筐体１０はセンサ基板取付面１３が車両の左右方向に延び、センサ基板取付面１９が車両の前後方向に延びるように配置される。
【００２０】
加速度センサチップ２〜５は、そのチップ本体６と、このチップ本体６から延びる複数の端子７とを有する。各端子７が各センサ基板２０，２９の回路に半田付けされる。
【００２１】
各センサ基板２０，２９の各穴２６にケーブル３０の各導線３１が差し込まれ、各導線３１が各センサ基板２０，２９の回路に半田付けされる。
【００２２】
各センサ基板２０，２９の両面にはシリコーンが塗布された絶縁層２７が設けられる。この絶縁層２７は加速度センサチップ２，３及び各導線３１の接続部を完全に覆うように設けられ、熱衝撃による応力緩和がはかられる。
【００２３】
筐体１０の設置基準面１１に開口した収装室１２には、エポキシ樹脂と硬化剤を混合したものを充填し固化させた樹脂部１７が設けられる。この樹脂部１７は筐体１０に対して各センサ基板２０，２９及び加速度センサチップ２〜５を固定するとともに、これらの防水がはかられる。
【００２４】
チップ本体６は直方体の外形を持ち、各センサ基板２０，２９に対して平行に取り付けられることにより、チップ本体６が各センサ基板取付面１３，１９と平行に配置され、設置基準面１１に対して直交方向に延びるように配置される。
【００２５】
各加速度センサチップ２〜５は、その感度軸方向の動きに合わせて揺れようとする振り子と、この振り子に働く力に応じた出力を発生する素子と、この素子を駆動して加速度検出信号を出力する回路とを有するものである。
【００２６】
各加速度センサチップ２，３の各感度軸は、図３の（ａ）に白抜き矢印で示すように、チップ本体６の中央部を起点とし、直方体の外形を持つチップ本体６の側部６ａと直交し、側部６ｂと平行となる方向に配置されている。
【００２７】
ここで、センサ基板取付面１３と平行に延びる平面を仮想感度軸設定面Ｃとする。図３の（ｂ）にて、横軸Ｘはこの仮想感度軸設定面Ｃにおいて設置基準面１１と平行に延び、縦軸Ｙは同じく仮想感度軸設定面Ｃにおいて設置基準面１１と直交する。
【００２８】
多軸加速度検出装置１は、加速度センサチップ２，３の各感度軸を仮想感度軸設定面Ｃにおいて互いに平行とならないように設置基準面１１（横軸Ｘ）に対して傾斜させる。
【００２９】
図３の（ｂ）には、加速度センサチップ２，３の感度軸の方向をベクトルＡ，Ｂで示している。加速度センサチップ２，３の感度軸は横軸Ｘに対して所定の傾斜角度θＡ、θＢを持つ。図１においては、反時計回りを正としているので、θＡは正の値、θＢは負の値となっている。本実施の形態では、θＡは４５°、θＢは−４５°に設定される。
【００３０】
図３の（ａ）に示すように、加速度センサチップ２，３は設置基準面１１と直交方向（縦軸Ｙ方向）についてオフセットされるとともに、設置基準面１１と平行方向（横軸Ｘ方向）についてオフセットして基板２０に介装される。
【００３１】
図３の（ｂ）に示すように、加速度センサチップ２，３の感度軸の方向を示すベクトルＡ，Ｂはそれぞれの起点が縦軸Ｙ方向についてオフセットされるとともに、横軸Ｘ方向についてオフセットされる。
【００３２】
加速度センサチップ４，５の各感度軸は、設置基準面１１に対して加速度センサチップ２，３と同様の位置関係で傾斜させる。
【００３３】
以上のように多軸加速度検出装置１は構成され、次に作用及び効果について説明する。
【００３４】
筐体１０を設置基準面１１が水平になるように台車の支持部材（加速度検出対象物）に取り付けることにより、各加速度センサチップ２〜５の各感度軸が鉛直平面内において水平軸方向に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、多軸加速度検出装置１は筐体１０の取り付け作業を容易に行うことができる。
【００３５】
コントローラは、各加速度センサチップ２，３の出力を基に横軸Ｘ方向の水平加速度と縦軸Ｙ方向の鉛直加速度をそれぞれ演算するとともに、各加速度センサチップ４，５の出力を基に前後軸方向の水平加速度と縦軸Ｙ方向の鉛直加速度をそれぞれ演算する
。
【００３６】
筐体１０をセンサ基板取付面１３が車両の台車に対して車両左右方向に延びるように配置することにより、各加速度センサチップ２，３の出力を基に台車に生じる左右方向の加速度を検出し、この検出信号に応じて車両の横揺れを抑える制御を行うことができる。
【００３７】
筐体１０をセンサ基板取付面１９が車両の台車に対して車両前後方向に延びるように配置することにより、各加速度センサチップ４，５の出力を基に台車に生じる前後方向の加速度を検出し、この検出信号に応じて車両の各種制御を行うことができる。
【００３８】
各加速度センサチップ２〜５の感度軸は、仮想感度軸設定面において、横軸Ｘに対して同一角度４５°づつ傾斜しているため、多軸加速度検出装置１の取り付け誤差があったとしても、多軸加速度検出装置１の水平加速度に相当する出力は、鉛直加速度の影響を受けないものとすることができ、検出精度を損なわない。
【００３９】
コントローラは、加速度検出対象物（多軸加速度検出装置１）の静止時において検出される縦軸Ｙ方向の加速度を重力加速度と比較し、多軸加速度検出装置１（各加速度センサチップ２〜５）の故障を検知する。
【００４０】
互いに対となる各加速度センサチップ２，３どうしと各加速度センサチップ４，５どうしは、設置基準面１１と直交方向（縦軸Ｙ方向）についてオフセットするとともに、各設置基準面１１，１９と平行方向についてオフセットして各センサ基板２０，２９に介装することにより、各センサ基板２０，２９に占める加速度センサチップ２，３の介装スペースを小さくし、多軸加速度検出装置１の小型化がはかれる。
【００４１】
筐体１０に設置基準面１１に開口して各センサ基板２０，２９が収められる収装室１２を形成し、この収装室１２に樹脂を充填して固化させた樹脂部１７を形成することにより、この樹脂部１７を介して筐体１０に対して各センサ基板２０，２９及び加速度センサチップ２〜５が固定されるとともに、これらの防水がはかられる。
【００４２】
次に図４に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００４３】
センサ基板２０に２軸検出タイプの加速度センサチップ８を介装する。この加速度センサチップ８は互いに直交する２つの感度軸を有する。一方の感度軸は、図４に白抜き矢印で示すように、チップ本体６の中央部を起点とし、直方体の外形を持つチップ本体６の一方の側部６ａと平行に延びる。他方の感度軸は、図４に白抜き矢印で示すように、チップ本体６の中央部を起点とし、チップ本体６の他方の側部６ｂと平行なものとがある。
【００４４】
加速度センサチップ８はこれら各感度軸を仮想感度軸設定面Ｃにおいて横軸Ｘに対して同一角度４５°づつ傾斜させるようにセンサ基板２０に介装される。
【００４５】
この場合も、筐体１０を設置基準面１１が水平になるように台車の支持部材（加速度検出対象物）に取り付けることにより、加速度センサチップ８の感度軸が鉛直平面内において水平軸方向に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、多軸加速度検出装置１は筐体１０の取り付け作業を容易に行うことができる。
【００４６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の多軸加速度検出装置は、車両や建築物の揺れを検出するものや、他の機械等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態を示し、（ａ）は多軸加速度検出装置の断面図、（ｂ）は多軸加速度検出装置を下方から見た平面図。
【図２】同じくセンサ基板と加速度センサチップ等を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその正面図。
【図３】同じく（ａ）はセンサ基板と加速度センサチップ等を示す側面図、（ｂ）は仮想感度軸設定面Ｃにおける感度軸の方向ベクトルを示す図。
【図４】他の実施の形態を示すセンサ基板と加速度センサチップの側面図。
【符号の説明】
【００４９】
１  多軸加速度検出装置
２〜５  加速度センサチップ
８  加速度センサチップ
１０  筐体
１１  設置基準面
１２  収装室
１３，１９  センサ基板取付面
１７  樹脂部
２０，２９  センサ基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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