JP3147786B2

JP3147786B2 - 加速度センサ

Info

Publication number: JP3147786B2
Application number: JP23213496A
Authority: JP
Inventors: 純多保田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-09-02
Also published as: DE19738358B4; US5942685A; DE19738358A1; JPH1078449A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用エア
バッグにおいて加速度を検出するのに用いられる加速度
センサに関し、より詳細には、加速度検出素子の実装構
造が改良された加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用エアバッグにおいて、衝突
の際にエアバッグを動作させるために加速度センサが用
いられている。すなわち、衝突の際に作用する加速度を
加速度センサにより検出し、該加速度センサの出力信号
に基づいてエアバッグを動作させる構造が採用されてい
る。

【０００３】上記加速度センサとしては、耐機械的衝撃
性に優れており、かつ加速度を電気信号として容易に取
り出し得る圧電式の加速度センサが広く用いられてい
る。図６及び図７は、従来の加速度センサの一例を示す
平面図及び図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【０００４】加速度センサ１は、ケース基板２と下方に
開口を有する蓋材３とからなるケースを用いて構成され
ている。すなわち、蓋材３が、ケース２に被せられかつ
固定されている。この蓋材３により閉じられた空間内に
加速度検出素子４が配置されている。加速度検出素子４
は、ケース基板２の上面に固定された支持材４ａに、一
端が片持ち梁り態様で取り付けられた圧電式加速度検出
部４ｂを有する。

【０００５】また、加速度検出素子４の側方には、加速
度検出素子４から取り出された出力信号を電気的に処理
するための信号回路が回路基板５上において構成されて
いる。

【０００６】上記加速度センサ１は、ケース基板２の下
方に引き出された端子６ａ〜６ｅを有する。使用に際し
ては、加速度センサ１は、上記リード端子６ａ〜６ｅを
エアバッグの回路部分の取り付け基板に挿入することに
より実装されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６及
び図７に示した加速度センサ１では、加速度検出素子４
の側方に回路基板５が配置されており、加速度検出素子
４及び回路基板５がケース基板２上において水平方向に
分散形成されている。従って、加速度センサ１を取り付
け基板上に実装する際に、実装スペースが大きくなると
いう問題があった。

【０００８】車両用エアバッグなどの加速度センサ応用
製品においても、加速度センサの実装部分のスペースの
低減が強く求められている。よって、本発明の目的は、
取り付け基板を含む加速度センサ部分における加速度セ
ンサの取り付けに必要なスペースを低減することがで
き、かつ高精度に作用した加速度を検出することを可能
とする加速度センサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、加速度セ
ンサにおいて、加速度センサが取り付けられる部分を含
めて、該加速度センサ構成部分のスペースを低減するた
めに検討した結果、図８に示すように、加速度センサが
実装された回路基板を取り付け基板に垂直に取り付けれ
ば、スペースを低減し得ると考えた。すなわち、図８に
示す加速度センサ１１では、取り付け基板１２に対し
て、垂直方向に延びるように回路基板１３が配置されて
いる。回路基板１３上には、加速度検出素子１４が取り
付けられている。また、回路基板１３上には、加速度検
出素子１４から得られる信号を処理するための信号処理
回路を構成するために、コンデンサ１５ａ，１５ｂ、ト
ランジスタ１５ｃ、抵抗１５ｄなどが実装されている。
また、回路基板１３の図示されていない主面側にも、適
宜の電子部品が実装されており、両主面に形成された種
々の電子部品が導電パターン１６により電気的に接続さ
れて信号処理回路が構成されている。なお、１７ａ〜１
７ｆはリード端子を示し、取り付け基板１２に設けられ
た貫通孔に挿入され、かつ半田１８により固定されてい
る。

【００１０】加速度センサ１１では、加速度検出素子１
４を実装した回路基板１３が取り付け基板１２に対して
垂直方向に延びるように取り付けられている。従って、
加速度センサ１１を構成している部分のスペースを低減
することができる。ところが、加速度検出素子１４の加
速度検出方向は回路基板１３の主面と直交する方向であ
る。すなわち、図８の紙面−紙背方向とされている。

【００１１】他方、回路基板１３は、略平板状の形状を
有し、上記リード端子１７ａ〜１７ｆによって取り付け
基板１２に固定されている。従って、加速度が回路基板
１３の厚み方向に作用した場合、リード端子１７ａ〜１
７ｄの取り付け基板１２に当接している部分を支点とし
て、回路基板１３の上端側が回路基板１３の厚み方向に
揺動するため（以下、これを横ぶれと略す。）、作用し
た加速度を正確に検出し得ないことがわかった。

【００１２】そこで、本願発明者は、上記問題を種々検
討した結果、回路基板面が取り付け基板面に対して垂直
となるように回路基板を取り付けることにより加速度セ
ンサ構成部分のスペースを低減し、さらに、加速度検出
素子の加速度検出方向を、回路基板面及び取り付け基板
面の双方に平行とすれば、作用した加速度を正確に検出
し得ることを見い出し、本発明を成すに至った。

【００１３】すなわち、本発明に係る加速度センサは、
加速度検出素子と、前記加速度検出素子を実装してな
り、かつ加速度検出素子に電気的に接続されており、加
速度検出素子の出力を信号処理する信号処理回路が構成
されている回路基板と、前記回路基板が取り付けられて
いる取り付け基板とを備え、前記回路基板面が前記取り
付け基板面に対して垂直となるように前記回路基板が取
り付けられており、かつ前記加速度検出素子の加速度検
出方向が、回路基板面及び取り付け基板面の双方に平行
とされていることを特徴とする加速度センサである。

【００１４】本発明に係る加速度センサでは、上記のよ
うに加速度検出素子の加速度検出方向が、回路基板面及
び取り付け基板面の双方に平行とされているので、後述
の発明の実施の形態の説明から明らかなように、作用し
た加速度による回路基板の上記横ぶれに起因する測定精
度の低下が生じ難い。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の一実施
例に係る加速度センサを説明するための正面図及び側面
断面図である。

【００１６】加速度センサ２１では、合成樹脂やアルミ
ナなどの絶縁性セラミックスなどの絶縁性材料よりなる
取り付け基板２２上に、回路基板２３が、回路基板面が
取り付け基板２２の上面と垂直になるように取り付けら
れている。

【００１７】回路基板２３は、アルミナなどの絶縁性セ
ラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料によ
り構成されている。回路基板２３の一方主面上には、加
速度検出素子２４が表面実装されている。

【００１８】また、回路基板２４上には、コンデンサ２
５ａ，２５ｂ，トランジスタ２５ｃ及び抵抗２５ｄなど
が取り付けられている。これらの種々の電子部品は、回
路基板２３上に形成された導電パターン２６により電気
的に接続されており、加速度検出素子２４の出力信号を
処理する信号処理回路を構成している。なお、２６ａ，
２６ｂはスルーホール電極を示し、回路基板２３の図示
されない面側の導電パターンに電気的に接続されてい
る。

【００１９】上記コンデンサ２５ａ，２５ｂ、トランジ
スタ２５ｃ及び抵抗２５ｄなどで構成される信号処理回
路のブロック図を図４に示す。なお、図４に示すブロッ
ク図は、加速度センサにおいて従来より周知の回路構成
であり、本発明の加速度センサにおける加速度検出素子
２４の出力信号を処理する回路はこれに特に限定される
ものではないことを指摘しておく。

【００２０】回路基板２３は、リード端子２７ａ〜２７
ｆにより取り付け基板２２に固定されている。すなわ
ち、リード端子２７ａ〜２７ｆは、それぞれ、上端側に
おいて回路基板２３を挟持するように分岐されており、
リード端子２７ａ〜２７ｆの回路基板２３を挟持する部
分において、導電パターン２６の適宜の位置に、リード
端子２７ａ〜２７ｆが半田（図示せず）等により接合さ
れている。

【００２１】本実施例の特徴は、上記加速度検出素子２
４の加速度検出方向Ｇが、取り付け基板２２の主面及び
回路基板２３の主面の双方に平行とされており、それに
よって加速度検出精度が高められていることにある。こ
れを、図３を参照して説明する。

【００２２】いま、図３（ａ）に示すように、加速度セ
ンサ２１における座標を定義する。すなわち、回路基板
２３の主面及び取り付け基板２２に平行な方向をＸ軸、
回路基板２３と直交する方向をＹ軸、取り付け基板２２
に直交する方向をＺ軸方向とする。従って、加速度検出
素子２４の検出方向ＧはＸ軸方向となる。

【００２３】他方、加速度センサ２１では、回路基板２
３が上記のようにして取り付け基板２２上に実装されて
いるため、外力が加わった場合、回路基板２３は、Ｙ方
向には揺動し易い（横ぶれし易い）が、Ｘ方向には揺動
し難い。

【００２４】他方、Ｙ軸方向に揺動した場合には、図３
（ｂ）に示すように、回路基板２３の中心Ｐにおいて、
それぞれ、Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚの横ぶれによる成分が発
生することになる。そして、図３（ｂ）から明らかなよ
うに、横ぶれの生じた場合に、当初の位置から横ぶれ最
大量となる位置までの中心角（支点をＯとする中心角）
をθとすると、取り付け基板２２から上記中心Ｐまでの
距離ｈにより、上記Ｄｘ、Ｄｙ及びＤｚは、下記のよう
に表されることになる。

【００２５】

【数１】

【００２６】従って、Ｘ軸方向に検出方向を有する本実
施例の加速度センサ２１では、Ｙ軸及びＺ軸方向の成分
Ｄｙ及びＤｚのみを有し、横ぶれが生じたとしても、Ｘ
軸方向の成分Ｄｘは発生しない。従って、横ぶれが生じ
たとしても、Ｘ軸方向のノイズ成分を有さないため、Ｘ
方向に作用した加速度を高精度に検出し得ることがわか
る。

【００２７】なお、上述した図８に示した加速度センサ
１１では、上記と同じように座標系を定義し、Ｙ軸方向
に横ぶれが発生した場合には、当然のことながら、Ｙ軸
方向の横ぶれによる成分Ｄｙがｈ×ｓｉｎθとなり、Ｙ
軸方向に作用した感度に対し、上記ｈ×ｓｉｎθのノイ
ズ成分が重畳することになり、横ぶれによる検出精度の
低下が生じる。

【００２８】以上のように、本実施例の加速度センサ２
１では、加速度検出素子２４の検出方向がＸ軸方向であ
るため、回路基板２３を取り付け基板２２に垂直方向に
取り付けて実装スペースを低減した場合であっても、作
用した加速度を高精度に検出し得ることがわかる。

【００２９】なお、上記加速度検出素子２４の具体的な
構造については、上記のように回路基板２３上に実装さ
れた際に、回路基板２３の主面と平行な方向に加速度検
出方向を設定し得る限り、従来より公知の適宜の加速度
検出素子を用いることができる。

【００３０】上記加速度検出素子２４として用い得る構
造の一例を図５に示す。図５に示す加速度検出素子２４
では、図示の破線で示す矢印方向に分極処理された第
１，第２の圧電セラミック板３１，３２が中間電極３３
ａを介して貼り合わされている。また、第１，第２の圧
電セラミック板３１，３２の外表面には、それぞれ、電
極３３ｂ，３３ｃが形成されている。

【００３１】第１，第２の圧電セラミック板３１，３２
は、切欠３４ａ，３５ａを有する支持部材３４，３５に
より支持されている。支持部材３４，３５は、切欠３４
ａ，３５ａを有し、従って第１，第２の圧電セラミック
板３１，３２の両端近傍において、第１，第２のセラミ
ック板３１，３２を貼り合わせた構造を支持している。
また、第１，第２の圧電セラミック板３１，３２及び支
持部材３４，３５の上下に、内面側に凹部３６ａを有す
るケース基板３６，３７（ケース基板３７については二
点鎖線により略図的に示す）が積層されている。

【００３２】上記加速度検出素子２４では、ケース基板
３７を例えば、図１に示した回路基板２３上に図５に示
す向きのまま面実装することができる。この場合、加速
度検出方向は、第１，第２の圧電セラミック板３１，３
２の厚み方向、すなわち図５の矢印Ｘ方向となる。

【００３３】図５に示した加速度検出素子２４では、作
用した加速度を検出する検出部が両端で支持されていた
が、例えば、図７に示した加速度検出素子４のように片
持ち梁り態様で支持されている加速度検出部を有する加
速度検出素子を用いてもよい。

【００３４】さらに、加速度検出素子２４としては、圧
電セラミックスを用いたものに限らず、水晶等の他の圧
電材料を用いたものであってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る加速度セン
サでは、取り付け基板に対し加速度検出素子を実装して
なる回路基板が垂直に取り付けられており、かつ加速度
検出素子の検出方向が、上記取り付け基板及び回路基板
の双方に平行な方向とされている。従って、取り付け基
板に対し回路基板が垂直方向を向くように取り付けられ
ているため、加速度センサ構成部分のスペースを効果的
に低減することができるだけでなく、このような取り付
け構造において回路基板がその厚み方向に横ぶれを生じ
易いが、横ぶれが生じたとしても、加速度検出方向が回
路基板及び取り付け基板の主面と平行な方向とされてい
るため、横ぶれによる検出精度の低下が生じ難い。

【００３６】よって、本発明に係る加速度センサを用い
ることにより、検出精度を低下させることなく加速度検
出部分の小型化を図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る加速度センサの正面
図。

【図２】図１に示した加速度センサの側面断面図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
加速度センサにおいて、横ぶれが生じた場合であっても
検出精度が低下し難い理由を説明するための略図的斜視
図及び側面図。

【図４】本発明の一実施例に係る加速度センサにおける
信号処理回路を説明するためのブロック図。

【図５】本発明の一実施例において用いられる加速度検
出素子を説明するための斜視図。

【図６】従来の加速度センサの一例を説明するための平
面図。

【図７】従来の加速度センサの一例を説明するための断
面図であり、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図８】公知ではないが、本願発明者により考えられた
加速度センサの一例を説明するための正面図。

【符号の説明】

２１…加速度センサ２２…取り付け基板２３…回路基板２４…加速度検出素子Ｘ…加速度検出方向

フロントページの続き (56)参考文献特開平７−234244（ＪＰ，Ａ) 特開平８−94663（ＪＰ，Ａ) 特開平９−318652（ＪＰ，Ａ) 特開平８−320341（ＪＰ，Ａ) 特開平８−233848（ＪＰ，Ａ) 特開平９−311137（ＪＰ，Ａ) 特開平９−292408（ＪＰ，Ａ) 実開平５−87569（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5535626（ＵＳ，Ａ) 国際公開96／5515（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/08 - 15/13 B60R 21/32 H01L 41/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加速度検出素子と、前記加速度検出素子を実装してなり、かつ加速度検出素
子に電気的に接続されており、加速度検出素子の出力を
信号処理する信号処理回路が構成されている回路基板
と、前記回路基板が取り付けられている取り付け基板とを備
え、前記回路基板面が前記取り付け基板面に対して垂直とな
るように前記回路基板が取り付けられており、かつ前記
加速度検出素子の加速度検出方向が、回路基板面及び取
り付け基板面の双方に平行とされていることを特徴とす
る加速度センサ。