JPH0432775A

JPH0432775A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH0432775A
Application number: JP14074390A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Komura; 小村　敦; Masaaki Takagi; 正明高木; Shigekazu Nakamura; 中村　繁和
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1992-02-04
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2838807B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は加速度センサに関し、特に数１０Ｈｚ以下の帯
域における数Ｇ以下の低加速度を精度良く検出する為の
静電容量型加速度センサに関する。この種の加速度セン
サは例えば自動車等に搭載され駆動機構あるいは制動機
構の自動制御に用いられる。

〔従来の技術〕

静電容量検出型の加速度センサは一般的に、所定の間隙
を介して対向配置された一対の固定電極と、該一対の固
定電極の中間に介在して容量素子対を構成するとともに
外部加速度に応答して固定電極方向に変位し容量素子対
の相対的容量変化を引き起こす可動電極とから構成され
ている。従来の静電容量検出型加速度センサにおいては
、可動電極は導電性板部材の周辺部に可撓的に連結支持
された中央部から構成されており、導電性板部材周辺部
は一対の固定基板の対向する周辺部の間で支持固定され
る構造となっている。

〔発明が解決しようとする問題点］しかしながら、かかる従来構造においては、導電性板部
材はその周辺部において一対の基板により支持固定され
ている為、支持固定部に発生する歪みにより導電性板部
材中央部に不均一な応力が作用し可動電極の中立点が不
安定になるという虞れがある。従って、従来構造におい
ては、導電性板部材周辺部に対して不均一な歪みか加わ
らない様にする為、接着剤を周辺部に均一に塗布して固
定していた。この為、可動電極即ち導電性板部材中央部
に対する電気的接続はリートワイヤを介して行なわれて
いた。しかしなから、リードワイヤ自体も所定の重量を
有しており、可動電極に対して不均一な応力を加え、加
速度検出特性に悪影響を及はすという問題点があった。

加えて、リードワイヤの組立ても作業性か悪く且つ信頼
性に欠けるという問題点かあった。

〔問題点を解決する為の手段〕

上述した従来の技術の問題点に鑑み、本発明は可動電極
に加わる不均一な応ツノを極力取除く事が可能な支持構
造及び結線構造を有する加速度センサを提供する事を目
的とする。

かかる目的を達成する為に、本発明による静電容量検出
型加速度センサはその基本的構成要素として、所定の間
隙を介して対向配置された一対の固定電極と、該一対の
固定電極の中間に介在して容量素子対を構成するととも
に外部加速度に応答して固定電極方向に変位し容量素子
対の相対的容量変化を引き起こす可動電極とを有してい
る。加えて、その特徴的構成要件として、該一対の固定
電極は互いに対向配置された一対の固定基板の各内表面
側の周辺部に形成されているとともに、該可動電極は導
電性板部材の中央部に可撓的に連結支持された周辺部か
ら構成されている。該導電性板部材中央部は一対の固定
基板の対向する中央部の間で支持固定されているととも
に、該導電性板部材周辺部即ち可動電極は少くとも一方
の固定基板の中央部に形成された接続電極に導通してい
る導電性板部材中央部を介して電気的接続が取られてい
る事を特徴とする。

好ましくは、本発明にかかる加速度センサは外部接続用
回路バタンの形成された回路基板、一方の固定基板、導
電性板部材及び他方の固定基板の順に重ねられた各層を
含む積層構造を有している。

そして、固定電極及び接続電極の該回路バタンに対する
電気接続は各層に形成されたスルーホールバタンを介し
て行なイっれる様になっている。

〔作　　用〕

本発明によれば、外部加速度に感応し、で変位する可動
電極は導電性板部材の周辺部に形成された例えば環状片
から構成されており、この環状片は導電性板部材中央部
により所謂自由端支持されているため外部応力の影響を
受は難い構造となっている。加えて、該環状片に郊ｊす
る電気的導通は導電性板部材の中央部を介して行なわれ
るので、従来の様にリードワイヤ等の付加部品を用いる
必要かなく　１−ｉＪ動電極の外部加速度に対する応答
直線性に悪影響を及はす事かない。

〔実　施　例〕

以下図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説
明する。第１図は、本発明にかかる静電容量検出型加速
度センサの一実施例を示す模式的一部破断断面図である
。図示する様に、本加速度センサは所定の間隙を介して
互いに対向配置された一対の固定基板１及び２を有する
。上側固定基板１の内表面周辺部には一方の固定電極が
形成されており、下側固定基板２の内表面周辺部にも対
応して他方の固定電極が形成されている。一対の固定基
板の間には導電性板部材３か配置されている。この板部
材３は中央部とこれに可撓的に連結支持された周辺部と
から構成されている。周辺部は可動電極を構成し、一対
の固定電極の中間に介在して容量素子対を構成するとと
もに外部加速度に応答して固定電極方向に変位し容量素
子対の相対的容量変化を引き起こす様になっている。導
電性板部材３の中央部は一対の固定基板１及び２の対向
する中央部の間で支ｒｊ固定されている。又、導電性板
部材３の周辺部即ち可動電極は少くとも一方の固定基板
］又は２の内表面中央部に形成された接続電極に導通し
ている導電性板部材３の中央部を介して電気的接続が取
られる様になっている。

本加速度センサはさらに、外部接続用回路バタンの形成
された回路基板５を具備している。この回路基板５の上
には、順に下側の固定基板２、導電性板部材３及び上側
の固定基板１が重ねられており回路基板５と合わせて積
層構造を構成している。可動電極は少くとも一方の固定
基板１又は２の内表面中央部に形成された接続電極に導
通している導電性板部材中央部を介して電気的接続が取
られている。又固定基板の周辺部に形成された固定電極
及び中央部に形成された接続電極から外部接続用回路バ
タンに対する電気的接続は積層構造の各層に形成された
スルーホールバタンを介して行なわれる様になっている
。

回路基板５の一端部には外部駆動回路との電気的接続を
取るための端子６か搭載されている。又、回路基板５と
下側の固定基板２の間には、スルーホールバタンか表裏
に形成された連結基板７か介在している。さらに、導電
性板部材３の中央部は一対の導電性スペーサ８及び９に
よって挾持され且つ支持固定されている。又、本実施例
においては上側固定基板１の内表面周辺部に形成された
固定電極は上述した積層構造を貫通する導電性部材例え
ばピンｌＯｕを介して回路バタンに導通している。

回路基板５の上に搭載された積層構造はそのままケース
１１の内部に収納され且つカバー１２によってほぼ完全
に覆われる。上述した積層構造はその中央部を貫通する
ネジ１３によってケース１】に直接係止されている。こ
の時、ネジ１３の頂部下面と上側固定基板１の上面の間
には板バネ１４とワッシャ１５が挿入されており積層構
造の各層を互いに押圧している。加えて、一対の固定基
板］及び２の平行度を保つ為に、固定基板の周辺には複
数の平行ピン１６か挿通している。

上述した積層構造によれば、各電極は全て回路基板５へ
導通される。回路基板５、連結基板７、固定基板１及び
２、スペーサ８及び９、導電性板部材３等は互いに圧接
により電気的導通が取られている。これら各層の相対的
固定にはネジ１３と板バネ１４が用いられておりケース
１１に対して直接保持されるので、安定した圧力が各層
にかかる様になっている。たたし、上側固定基板］の内
表面周辺に形成された固定電極のみはピン１０ｕを介し
て直接回路基板５に接続される様になっており、各層の
面に形成される電気バタンを簡略化している。

加えて、回路基板５のケース１１内部に存在する部分に
加速度を検出するセンサ部が搭載されており、ケース】
１の外部にある部分に接続端子６又はコネクタが搭載さ
れている。従って、コネクタが外力を受けても直接セン
サ部への影響を防止する事ができる。

次に第２図ないし第７図を膠照して本加速度センサに用
いられる主廿部品を個々に説明する。

先ず、第２図Ａ及びＢは上側固定基板］を表イフしてお
り、第２図Ａは表面図又第２図Ｂは裏面図である。ここ
で、表面とは第１図に示すカバー１２に而している側を
示し、裏面とは同じくケー７１１に面している側を示す
。この関係は、以下に説明する板状部材について共通で
ある。第２図Ｂに示す様に、上側固定基板］の裏面には
その周辺部に環状の上側固定電極１７ｕが形成されてい
る。又、その中央部にはダミー電極Ｌ８ｕが形成されて
いる。

上側固定電極１７ｕのバタン上にはスルーホール１９ｕ
が形成されている。又ダミー電極１８ｕのバタン上には
第１図に示すピンＩＯｕが挿通する貫通孔２０ｕが形成
されており、基板１の中心には第１図に示すネジ１３か
螺合されるネジ穴２１が形成されている。第２図Ａに示
す様に、基板１の表面には矩形の金属バタン２２ｕか形
成されている。この矩形バタン２２ｕはスルーホール１
９ｕを介して裏面側の固定電極１７ｕと電気的に接続さ
れている。従って、貫通孔２０ｕにピンＩＯｕを挿入し
、その頂部を半田付けする事によって、ピン１０ｕと環
状の固定電極１７ｕは互いに結線される。

第３図はスペーサ８の平面図である。スペーサ８の中心
にはネジ１３を挿通させる為の中心開口２３か形成され
ているとともに、ピン］Ｏｕを逃かす為の切欠２４も形
成されている。スペーサ８は金ＪｉＡ等の導電性材料に
より構成されており、図示しないか他方のスペーサ９も
同一の形状及び構成を有する。

第４図は導電性板部材３の平面図である。この部材３は
ベリリウム銅あるいはステンレススチール等の弾性金属
材料から構成されており、環状の周辺部２５１にと中央
部２６を有する。周辺部２５ｍは複数の板バネ片２７を
介して中央部２６により可撓的に支持されている。従っ
て、中央部２６を固定した場合に、周辺部２５ｍは垂線
方向に加わる加速度に応答して垂線方向に変位しその変
位量は加速度の大きさに比例する様になっている。中央
部２６の中心には、ネジ■３を挿通させる為の中心開口
２Ｂが形成されている。加えて、ピンｌＯｕを逃がす為
の逃げ穴２９も形成されている。更に、中央部２６の外
径寸法はスペーサ８の外径寸法に大略対応する様に設定
されている。この中央部２６をスペーサ８及び９を用い
て両側から支持固定するのである。

第５図Ａ及びＢは下側固定基板２の形状を示している。

第５図Ａは表面図であり、第５図Ｂは裏面図である。第
５図Ａに示す様に、基板２の表面にはその周辺部に環状
の下側固定電極３０．９か形成されている。この下側固
定電極バタンに導通する様にスルーホール３１ｇが形成
されている。又、基板２の中央部には円板状の接続電極
３２ｍか形成されている。この接続電極３２ｍはスペー
サ９を介して導電性板部材３の中央部２６に電気的に導
通する様になっている。接続電極３２ＩＩｌのバタンに
導通ずる様にスルーホール３３ｍが形成されている。加
えて、基板２の中心部にはネジ１３と螺合するネジ穴３
４及び、ピン１０ｕを挿通ずる為の貫通孔３５が形成さ
れている。第５図Ｂに示す様に基板２の裏面には金属バ
タン３６ｇか形成されており、前述したスルーホール３
１ｇを介して固定電極３０．９に導通している。又、他
の金属バタン３７印を有しており、前述したスルーホー
ル３３ｍを介して表面側に形成された接続電極３２＋ａ
に導通している。この他に、対のダミー電極３８も形成
されている。

第６図Ａは連結基板７の表面図であり、第６図Ｂは同し
く裏面図である。図示する様に、連結基板７の表面には
金属バタン３９Ｎか形成されており、スルーホール４０
ｇを含んでいる。又、他の金属バタン４１「を有してお
り、同じくスルーホール４２ｍを含んでいる。連結基板
７の中心には組立用のネジ１３を通す為の中心開口４３
と導通ピン］Ｏｕを逃がす為の切欠４４が形成されてい
る。これに加えて一対のダミーバタン４５も形成されて
いる。一方の金属バタン３９ｇは下側固定基板２の裏面
に形成された金属バタン３６ｇと面接触する様に配置さ
れており、他方の金属バタン４１ｍは同様にして下側の
固定基板２の裏面に形成された金属バタン３７ｍと面接
触する様に配置されている。第６図Ｂに示す様に、連結
基板７の裏面には、金属バタン４６ｇか形成されており
スルーホール４０ｇを介して表側の対応する金属バタン
３９ｇと連結している。又、別の金属バタン４７ｍを有
しており、スルーポール４２ｍを介して表側の対応する
金属バタン４Ｊ、ｍに連結している。

最後に第７図は回路基板の表面形状を示す。図示する様
に、回路基板５のケース１１に収納される部分には、金
属バタン４８ＩＩと４９ｍが形成されている。一方の金
属バタン４８１）は連結基板７の裏面に形成された金属
バタン４８．＆と面接触する様に配置されており、他方
の金属バタン４ｈは同じく連結基板７の裏面に形成され
た対応する金属バタン４７ｔｎに面接触する様に配置さ
れている。加えて、一対のダミー電極５０も形成されて
いる。さらに、金属バタンの施されたスルーホール５１
ｕを有しでおり、前述した導通ビン１０ｕに嵌合する様
になっている。回路基板５の中心には組立用ネジ１３と
螺合する為のネジ穴５２も形成されている。さらに、一
対のスルーホール５３ｇ及び５３ｇ′が形成されており
、このスルーホールを介して回路基板５はケース１１に
固定される。回路基板５のケースＩＪから外側に取出さ
れる部分には、合計５ｍのスルーホール電極５４ｕ、　
５４１　、５４ｍ、　５４ｇ及び５４ｇ′が形成されて
いる。これらのスルーホールには第１図に示す接続端子
６又はコネクタが半田付は固定される。図示しないが、
回路基板５の裏面には接続用の回路バタンか形成されて
おり、これを介して金属バタン４８Ｊ）とスルーホール
５４ｐ１スルーホール５１ｕとスルーホール５４υ、金
属バタン４９■とスルーホール５４Ｄ１スルーホール５
３ｇとスルーホール５４ｇ及びスルーホール５３ｇ′　
とスルーホール５４ｇ′が各々電気的に接続されている
。

第８図は第１図に示す加速度センサの各電極の電気的接
続を示す模式的回路図である。破線で囲まれた部分か加
速度センサ本体を示し、破線で囲まれた範囲外の部分が
外部の駆動回路である。図示する様に、上側固定電極１
７ｕは回路基板に設けられた取出用スルーホール又は端
子５４ｕに接続されている。この接続は、スルーホール
１９ｕ、矩形金属パタン２２υ、貫通孔２０ｕ、導通ピ
ンＩＯｕ　、及びスルーホ・−ル５１ｕを介して順に行
なわれる。下側の固定電極３０１１は取出用端子５４ｇ
に接続されている。この接続は順に、スルーホール３１
ｇ、金属バタン３６ｐ、金属バタン３９ｇ、スルーホー
ル４ＯＮ、金属バタン４６ｇ、及び金属バタン４８Ｎを
介して行なわれる。ＦｉＪ動＠極２５ｒＤは取出用端子
５４ｅに接続されている。この接続は順に、板バネ片２
７、導電性板部材３の中央部２６、スペーサ９、接続電
極３２ｍ１スル一ホール３３Ｉ１１１金属バタン３７ｍ
１金属バタン４１ｍ　、スルーホール４２ｍ　、金属バ
タン４７ｍ２及び金属バタン４９ｍを介して行なわれる
。ケース１１及びカバー１２は一対の取出用端子５４ｇ
及び５４ｇ′　に共通に接続される。この接続は回路基
板５を一対のスルーホール５３ｇ及び５３ｇ′　を介し
てネジによりケースＩＩに固定する事により行なわれる
。

次に第８図を参照して本発明にかかる加速度センサの動
作を説明する。図示する様に、可動電極２５１１は一対
の固定電極１７ｕ及び３０ｇの間に介在して容量素子対
を構成する。可動電極２５ｍは外部加速度に応答して固
定電極方向に変位し容量素子対の相対的容量変化あるい
は差動的変化を引き起こす。この変化を電気的に検出す
る事により外部加速度を測定するものである。一般に、
上側固定電極１７ｕ及び下側固定電極３０．９の電極面
積は等しく設定されており、無加速度状態において可動
電極２５ｍは両固定電極から等距離にある。従って、容
量素子対の静電容量は互いに等しい。二〇状聾で、入力
端子５４ｕ及び５４ｇの間に外部交流電源５５を接続し
て矩形パルスを印加する。無加速度状態においては静電
容量の均衡が保たれているので可動電極２５ｍに接続さ
れている出力端子５４刊には零レベルの電圧か出力され
る。これに対して、外部加速度か印加されると、可動電
極２５＋ｎは加速度の方向及びその大きさに従って変位
する。この結果、出力端子５４ｍには加速度の方向に応
した位相を有し且つ加速度の大きさに応した振幅を有す
る出力電圧が現われる。外部駆動回路は、この出力電圧
の位相及び振幅を電気的に処理する事により外部加速度
の方向及び大きさを測定するのである。

本発明にかかる加速度センサは数１０Ｈｚ以下の帯域に
おける数Ｇ以下の低加速度を精度良く検出する事を目的
としており、例えば自動車等に搭載される。従って、通
常の電子部品と同等の扱いをされる場合か多く、防湿及
び耐食構造か必要となる。

この為、導電性板部材としては耐食性の優れたステンレ
ススチールを用いる事が好ましい。又、導通ピンの電気
的接続を確実にする為に錫めっきを施こす事か好ましい
。各基板に形成された金属バタンやスルーホールのラン
ドには錫めっきや金めつきを施こす事が好ましい。カバ
ーやケースにはアルマイト処理を施こす事が好ましい。

加えて、加速度センサの組立後には、防湿用シリコンゴ
ム等を用いてカバー、ケース及び基板との間の隙間を埋
めて密封状態とする事か好ましい。

〔発明の効果〕

上述した様に、本発明によれば、導電性板部材の中央部
を固定するとともに、この中央部に可撓的に連結された
周辺部を可動電極とする構造とした為、可動電極か自由
端支持となり可動電極に加わる外部応力を低減する平か
できるという効果かある。さらに、各板部材は互いに積
層され共通の組立用ネジによりケースに抑圧固定される
構造となっている為、極めて組立作業性に優れていると
いう効果かある。加えて、可動電極の引出しは各基板の
表面及び裏面に形成された金属バタン及びスルーホール
を介して行なわれる為、従来の様にリードワイヤを用い
て結線した場合に生ずる外部応力を除く事かできるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は加速度センサの模式的部分破断断面図、第２図
Ａは上側固定基板の表面図、第２図Ｂは同じく裏面図、
第３図はスペーサの平面図、第４図は導電性板部材の平
面図、第５図Ａは下側固定基板の表面図、第５図Ｂは同
しく裏面図、第６図Ａは連結基板の表面図、第６図Ｂは
同じく裏面図、第７図は回路基板の表面図、及び第８図
は加速度センサの電気回路図である。１・・・上側固定基板３・・・導電性板部材７・・・連結基板９・・・スペーサ１１・・・ケースＩ３・・・組立用ネジ２５Ｉ１１・・・可動電極２７・・・板バネ片３２ｒＡ・・・接続電極２・・・下側固定基板５・・・回路基板８・・スペーサ１０ｕ・・・導通ピン１２・・・カバー１７ｕ・・・上側固定電極２６・・・中央部３０、Ｑ・・下側固定電極第２図Ｂ第３図第４図ｊｌ！５ＴＸＪＡ３ｍ１１７図

Claims

【特許請求の範囲】

１．所定の間隙を介して対向配置された一対の固定電極
と、該一対の固定電極の中間に介在して容量素子対を構
成するとともに外部加速度に応答して固定電極方向に変
位し容量素子対の相対的容量変化を引き起す可動電極と
を有する静電容量検出型の加速度センサにおいて、該一対の固定電極は互いに対向配置された一対の固定基
板の中央部からはずれた各内表面側に形成されており、該可動電極は導電性板部材の中央部に可撓的に連結支持
された周辺部から構成されており、該導電性板部材中央
部は一対の固定基板の対向する中央部の間で支持固定さ
れているとともに、該導電性板部材周辺部は少くとも一
方の固定基板の内表面側中央部に形成された接続電極に
導通している導電性板部材中央部を介して電気的接続が
取られている事を特徴とする加速度センサ。
２．外部接続用回路パタンの形成された回路基板、一方
の固定基板、導電性板部材及び他方の固定基板の順に重
ねられた各層を含む積層構造を有し、該一方の固定電極
及び該接続電極から該回路パタンに対する電気接続は各
層に形成されたスルーホールパタンを介して行なわれる
事を特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
３．該回路基板と該一方の固定基板との間に、スルーホ
ールパタンが表裏に形成された連結基板が介在している
事を特徴とする請求項２に記載の加速度センサ。
４．他方の固定電極は該積層構造を貫通する導電性部材
を介して該回路パタンに導通している事を特徴とする請
求項２に記載の加速度センサ。
５．該導電性板部材中央部は一対の導電性スペーサに挟
持されて支持固定されている事を特徴とする請求項１に
記載の加速度センサ。