(57)【要約】【課題】加速度センサの検出感度設定が容易であって、小ロットの製品に対しても柔軟に対応でき、管理コストも低減できる加速度センサを提供すること。【解決手段】加速度センサのダイヤフラム、支持壁及び重錘体を取り付けるための突部を一体的に成形し、重錘体は突部を介してダイヤフラムに固定しているので、各部品を確実に接合し、取付精度、検出精度を向上するとともに、重錘体を検出加速度に応じて適宜変更することにより、検出感度設定を容易に行うことができる。【選択図】      図９
2004258006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの外周を支持する支持壁と、
前記ダイヤフラムに固定された重錘体と、
からなり前記重錘体に作用する加速度を前記ダイヤフラムの揺動により検出する加速度センサにおいて、
前記ダイヤフラム、前記支持壁及び前記重錘体を取り付けるための突部をダイヤフラムユニットとして一体的に成形し、前記重錘体は突部を介して前記ダイヤフラムユニットに固定されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の加速度センサにおいて、
前記重錘体は取付穴と取付面とを有しており、
前記突部はダイヤフラム中心部から突出しダイヤフラム側の太径部と先端側の細径部とを有していることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加速度センサは、自動車産業や機械産業等の分野で多く使用されており、例えば、自動車に装着されるエアバッグの制御用センサとして使用されている。加速度センサは、検出方向の数によって一軸型や三軸型等に分けられ、検出の形式としては静電容量型、圧電型、ピエゾ抵抗型等がある。
【０００３】
例えば、圧電型の加速度センサは、重錘体を取り付けたダイヤフラムに圧電素子を貼着することで検出部を構成し、加速度が発生したときに重錘体によってダイヤフラム、圧電素子に歪みを生じさせ、圧電素子の圧電効果によって生ずる電圧変化により加速度検出を行っている。また静電容量型の加速度センサでは、重錘体を取り付けたダイヤフラムに対向するように電極を配置することで検出部を構成し、ダイヤフラムと電極間に生ずる静電容量の変化によって加速度検出を行っている。
【０００４】
このような加速度センサの検出部は、重錘体、ダイヤフラムとダイヤフラムを支持する支持部をそれぞれ別体で形成し、組み立て時に接着や溶着により接合する構成が一般的であった。しかしながら、この構成では、十分な接合強度が得られず、大きな衝撃が加わった場合には、接合面の剥離や重錘体のダイヤフラムからの脱落が発生し、加速度センサが機能しなくなるといった問題が発生していた。また、このような構成では、部品の取付精度を向上し、検出精度の高い加速度センサを歩留まり良く得るには、作業者の組み立て能力に頼らざるを得なかった。
【０００５】
このような問題を解決するために特許文献１では、重錘体とダイヤフラム、ダイヤフラムを支持する支持部を金属材料で一体形成し単体ユニットとする構成が提案されている。この構成によれば、各部材が一体成形されているので確実に結合することができ、また取付精度も向上することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４６８６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のような加速度センサでは、使用目的に応じて柔軟に検出感度（加速度に対するセンサ出力）を調整することができなかった。例えば、ロボットや人の動作検出では１Ｇ程度（Ｇは重力加速度、以下同様）、自動車のエアバック動作用であれば５０Ｇ程度、また物品落下等の衝撃検出であれば１０００Ｇ程度の加速度を測定対象とする。しかしながら、従来のような、重錘体、ダイヤフラムとダイヤフラムを支持する支持部を一体形成した構成では、各部材が一体となっているので、重錘体の重量を任意に変更することができず、センサ自体の検出感度は固定的であった。ロボットや人の動作検出では出力が小さいため、一般には、外部に増幅回路を設け、この回路によって加速度センサからの出力を増幅しているが、ノイズの影響を考えるとこの回路の増幅率は小さい方が望ましい。また、衝撃検出などの出力が大きい検出の場合には、外部回路への影響を抑制するための保護回路を必要としたり、重錘体の動きを規制するような部材を必要とした。
【０００８】
従来のような加速度センサにおいては、重錘体の重量や形状を変更したユニットを複数用意することで、使用目的に応じた検出感度の調整が可能であるが、ユニットの管理が煩雑となる。また小ロットの製品に対しても別に単体ユニットを用意する必要があるなど、製品需要に対し柔軟な対応ができなかった。
【０００９】
よって本発明は、加速度センサの検出感度設定が容易であって、小ロットの製品に対しても柔軟に対応でき、管理コストも低減できる加速度センサを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周を支持する支持壁と、ダイヤフラムに固定された重錘体と、からなり重錘体に作用する加速度をダイヤフラムの揺動により検出する加速度センサにおいて、ダイヤフラム、支持壁及び重錘体を取り付けるための突部をダイヤフラムユニットとして一体的に成形し、重錘体は突部を介してダイヤフラムユニットに固定されることを特徴としている。
【００１１】
本発明に従えば、ダイヤフラム、支持壁及び重錘体を取り付けるための突部を一体的に成形し、重錘体は突部を介してダイヤフラムに固定しているので、各部品を確実に接合し、取付精度、検出精度を向上するとともに、重錘体を検出加速度に応じて適宜取り替えることにより、検出感度設定を容易に行うことができる。
【００１２】
また本発明は、重錘体は取付孔と取付面とを有しており、突部はダイヤフラム中心部から突出し、ダイヤフラム側の太径部と先端側の細径部とを有していることを特徴としている。
【００１３】
本発明に従えば、重錘体の取付孔に突部の細径部を挿通し、取付面が太径部と当接した状態でその面及びその周囲を接着や溶着により接合、固定することにより、精度良くまた接合強度も高く固定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に関わる加速度センサの簡略化した断面図、図２は上ケース５を外した状態の加速度センサの簡略化した斜視図である。この図１及び図２に示すように、樹脂製のベース２に加速度検出部３が保持され、この加速度検出部３の左右両側には複数の接続端子４が立設されていて、加速度検出部３の信号を加速度センサ１の外部に取り出せるようになっている。また、ベース２の上方からは上ケース５が嵌合するようになっており、ベース２と上ケース５によって加速度検出部３を包囲する構成となっている。
【００１５】
加速度検出部３は図１に示すように、ダイヤフラムユニット３１と重錘体３２、圧電素子３３より構成されており、重錘体３２に作用した加速度によりダイヤフラムユニット３１のダイヤフラム３４に歪みを生じさせ、ダイヤフラム３４に貼着された圧電素子３３の圧電効果により発生する電圧変化によって加速度の方向とその大きさを検出している。圧電素子３３は図２に示すように、平板状のセラミックス材からなり、その表面にはＸ軸方向の検出電極３３ａとＹ軸方向の検出電極３３ｂ、Ｚ軸方向の検出電極３３ｃとが形成されていて、また裏面には不図示の対向電極が形成され、３軸方向の加速度成分を検出できるようになっている。
【００１６】
図３ａはダイヤフラムユニット３１及び重錘体３２の簡略化した底面図である。また図３ｂは図３ａのＢ−Ｂ断面図である。ダイヤフラムユニット３１は、図３ａに示すように、全体が略正方形に形成されており、内部に円形のダイヤフラム３４、その外周部には支持部３５、中心部には錘取付部３６が形成されている。ダイヤフラム３４は金属によって０．１〜０．２ｍｍ程度の薄板状に形成され、その外周部は支持部３５で支持されており、重錘体の変位によって歪みを生じるようになっている。錘取付部３６は、ダイヤフラム３４の中央から円柱状に突出して形成され、ダイヤフラム３４側に太径部３６ａ、先端側に細径部３６ｂを有している。図３ｂの断面図に示すように、錘取付部３６は支持部３５よりも下方に延出して設けられている。このダイヤフラムユニット３１は、金属切削によって一体成形されており、外部から与えられる衝撃に対する強度を向上している。
【００１７】
重錘体３２は、図３に示すように、リン青銅やタングステン等の比重の大きい金属によりドーナツ状に形成されており、ダイヤフラムユニット３１の錘取付部３６に取り付けられる。重錘体３２の孔部３７の径は細径部３６ｂと略同一の径に設定されており、この孔部３７に細径部３６ｂを挿通し、重錘体３２の取付面３２ａが太径部３６ａの下面に当接した位置で接着や溶着を行うことによって、位置精度良く、また接合強度を高く固定する事ができる。重錘体３２の形状や重量は加速度センサ１の各軸の検出感度に応じて選択される。例えば、検出感度を高める場合には重量や重心距離（ダイヤフラム３４と重錘体の重心との距離。以下同様）が大きい重錘体３２を選択し、一方、検出感度を低下させる場合には重量や重心距離が小さいものを選択する。本実施例の場合には、重錘体３２の高さＨ１を１ｍｍ、直径をφ４．８ｍｍ（重量：約０．１７ｇ、重心位置：約１．１ｍｍ）とし、また太径部３６ａの高さＨ２を０．７ｍｍに設定し、検出感度５．９ｍＶ／Ｇの加速度センサを構成している。なお、本実施例の場合にはダイヤフラムユニット３１が金属で形成され、錘取付部３６も重量を有するため、実際には重錘体３２の重量に錘取付部３６の重量を加えた負荷重量とその重心距離を考慮している。Ｘ、Ｙ軸の検出感度については、負荷重量と、この負荷重量の重心距離に基づくモーメント力が関係しており、Ｚ軸については負荷重量が関係している。
【００１８】
図４ａはベース２の平面図、図４ｂは図４ａにおけるＢ−Ｂ断面図である。ベース２は、ＰＢＴ等の樹脂製の材料で上面、底面、側面を有する直方体として形成されており、図４ａ及び図４ｂに示すように、その上面中央に開口を有する円筒状の凹部２１が形成され、この凹部２１に加速度検出部３を収納できるようになっている。凹部２１の内部には段部２２が形成されており、ダイヤフラムユニット３１の支持部３５をこの段部２２で支持することによって、その内部に加速度検出部３を固定する。また、ベース２の側面上方部には全周にわたって嵌合部２４が形成され、上ケース５が外嵌できるようになっている。また、図２にも示すように右側面中央部には上方から下方に向かって延びる溝２５を有している。この溝２５は、後述する接続端子４の先端部４１の形状に対応して設けられている。より詳細には、幅及び長さは先端部４１よりも大きく、深さは先端部４１の厚さよりも浅く形成されており、本実施例では幅０．５ｍｍ、長さ１．６ｍｍ、深さ０．１ｍｍに設定されている。また、ベース２の両側端部には底面から上面に貫通する端子取付穴２３が複数形成されていて、接続端子４を立設することができるようになっている。
【００１９】
図５ａ及び図５ｂは接続端子４の正面図及び側面図である。この図に示すように、接続端子４は先端部４１、ストッパ部４２、端子部４３から構成されている。先端部４１は折り曲げが可能なように、幅細であって薄肉に形成されている。本実施例の場合は、幅０．３ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍであり、作業者がピンセット等の先端が細い工具によって折り曲げができるようになっている。一方、端子部４３の幅と厚さは外部基板への実装を考慮し、基板の取付穴径、必要な強度に対応し設定されている。本実施例の場合では、幅０．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍである。ストッパ部４２は先端部４１と端子部４３に挟まれる位置に形成されており、他の部分よりも幅広に形成されている。このストッパ部４２は、ベース２からの先端部４１の突出量を決定するものであり、端子取付穴２３内に形成された位置決め部と関係することにより接続端子４を位置決めできるようなものであれば、形状の設定は自由である。なお、本実施例の場合には、端子部４３の先端に端子片４４を形成することにより３本の接続端子４をユニット化している。このユニット化によって、接続端子４の取り扱い性を向上し、組み立て作業の向上を図っている。接続端子４をベース２に固定した後には、端子部４３から端子片４４をニッパー等により切断し切り離す。
【００２０】
図６ａは上ケース５の正面図であり、図６ｂは図６ａにおけるＢ−Ｂ断面図である。この図に示すように、上ケース５は開口部５１を有する直方体であって、ステンレス等の金属にてプレスによって形成される。開口部５１の断面はベース２に形成された嵌合部２４の断面と略同一の形状を有しており、ベース２の上方から覆い被せ、外嵌できるようになっている。
【００２１】
以上のような構成において、図８は重錘体の高さＨ１と重量及びモーメント力の関係を示す図である。また図９は、この重錘体の重量と加速度センサ１の各軸検出感度の関係を示したものであり、前述した重錘体３２の高さＨを１ｍｍ（約０．１７ｇ）とした条件から、重量を増やしていったものである。図８に示すように重錘体３２の重量は高さＨに比例する関係にあり、またモーメント力も一定の相関関係にあることが分かる。このように、この重錘体３２の高さＨを適宜調整することにより、これら重量及びモーメント力を変更することができ、図９に示すように加速度センサ１の検出感度の設定が可能となる。図９では重錘体３２の高さＨを重量が約１．５倍になる範囲で調整しているが、２倍、３倍・・・とさらに広い範囲で重錘体３２の高さＨを調整することにより、広範な検出感度の設定が可能となる。
【００２２】
図７ａ及び図７ｂは重錘体３２の他の実施形態を示す断面図である。なお、ダイヤフラムユニット３１等の他の構成については、前述した図３に示す実施形態と同一である。図７ａの例では、全体を円盤状とし、重錘体３２の中心部に突部５１を形成し、その突部５１の径を錘取付部３６の太径部３４ａと等しくしている。この突部５１の中心部には細径部３６ｂと略同一径の孔部が設けられており、細径部３６ｂを貫通させ溶着や接着により錘取付部３６に固定できるようになっている。また、図７ｂの例では全体を円錐型とし、錘取付部３６の太径部３４ａと対応する部分に接合面５２を設けている。図７ａの例と同様に、この接合面５２の中心部には細径部３６ｂと略同一径の孔部が設けられており、細径部３６ｂを貫通させ溶着や接着により錘取付部３６に固定できるようになっている。いずれの実施例においても、図１に示すドーナツ状の重錘体３２に対して重心位置を下方に移動することによって検出感度を高めている。また、図７ａ及び図７ｂ示す重錘体３２を天地逆方向にして錘取付部３６に取り付けることにより、重錘体３２に発生するモーメント力を低下させ、重錘体３２に発生する加速度のダイヤフラム、圧電素子への影響を低減することもできる。
【００２３】
本実施例では、重錘体３２を一体的に形成した例を示したが、接合強度を低下させない範囲においては、この重錘体３２を複数の部材で構成し、必要な検出感度に応じて接着・接合して重量調整を行っても良い。また、錘取付部３６が重量を有し、錘取付部３６のみによってダイヤフラム３４を揺動させることができる場合は、検出感度によっては重錘体３２を取り付けないことで重量調整を行ってもよい。さらに、重錘体３２の形状は変更せず、比重の異なる材料にて形成することによって重量を調整しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤフラム、支持壁及び重錘体を取り付けるための突部を一体的に成形し、重錘体は突部を介してダイヤフラムに固定しているので、各部品を確実に接合し衝撃に対する強度を向上し、また各部品の取付精度、検出精度を向上することができる。さらに、重錘体を検出加速度に応じて適宜変更することにより、検出感度設定を容易に行うことができ、汎用性が高く低コストの加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の一形態に係わる加速度センサの簡略化した断面図である。
【図２】実施の一形態に係わる加速度センサの上ケースを外した状態の簡略化した斜視図である。
【図３】実施の一形態に係わる加速度センサのダイヤフラムユニットと重錘体の（ａ）底面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】実施の一形態に係わる加速度センサのベース部の（ａ）平面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】実施の一形態に係わる加速度センサの接続端子の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。
【図６】実施の一形態に係わる加速度センサの上カバーの（ａ）平面図、（ｂ）図ａのＢ−Ｂ断面図である。
【図７】重錘体の他の実施形態を示す簡略化した断面図である。
【図８】重錘体の高さと重量及びモーメント力の関係を示す図面である。
【図９】重錘体の重量と加速度センサの各軸検出感度の関係を示す図面である。
【符号の説明】
２    ベース部
３    加速度検出部
４    接続端子
５    上ケース
２４    嵌合部
２５    溝
３１    ダイヤフラムユニット
３２    重錘体
３２ａ  取付面
３３    圧電素子
３４    ダイヤフラム
３５    支持部
３６    錘取付部
３６ａ  太径部
３６ｂ  細径部
３７    孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004258006.tif 000009
【図８】
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【図９】
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