JPH05157763A - Acceleration sensor - Google Patents
Acceleration sensorInfo
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- JPH05157763A JPH05157763A JP3324853A JP32485391A JPH05157763A JP H05157763 A JPH05157763 A JP H05157763A JP 3324853 A JP3324853 A JP 3324853A JP 32485391 A JP32485391 A JP 32485391A JP H05157763 A JPH05157763 A JP H05157763A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関を備えた車両
の走行加速度を測定または検出するための加速度センサ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for measuring or detecting running acceleration of a vehicle equipped with an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１１から図１５は、従来の加速度セン
サの構成を示している。これらの図において、１０１は
基台であり、その表面中央部に位置決め穴１０２を有す
る環状突起１０３が形成されている。１０４は振動板で
あり、その中央部が基台１０１の環状突起１０３に溶接
等の手段により固定されている。１０５は振動板１０４
の上面に固定されたセンサ出力用の圧電セラミック素子
である。2. Description of the Related Art FIGS. 11 to 15 show the structure of a conventional acceleration sensor. In these figures, 101 is a base, and an annular projection 103 having a positioning hole 102 is formed in the center of the surface thereof. Reference numeral 104 denotes a diaphragm, the central portion of which is fixed to the annular projection 103 of the base 101 by means such as welding. 105 is a diaphragm 104
Is a piezoelectric ceramic element for sensor output fixed to the upper surface of the.
【０００３】圧電セラミック素子１０５は、図１６に示
すように、中心部に丸穴１０６を有するドーナツ状に形
成され、表面がセンサ出力用のプラス電極１０７と圧電
素子駆動用のプラス電極１０８とに同心円状に２分割さ
れている。圧電セラミック素子１０５は、その裏面全体
のマイナス電極１０９が、振動板１０４の中央部に形成
された環状ビード１１０の外周に丸穴１０６を嵌め込ん
だ状態で、振動板１０４の表面に導通接着されている。As shown in FIG. 16, the piezoelectric ceramic element 105 is formed in a donut shape having a round hole 106 in the center thereof, and its surface serves as a positive electrode 107 for sensor output and a positive electrode 108 for driving the piezoelectric element. It is divided into two concentric circles. The piezoelectric ceramic element 105 is conductively adhered to the front surface of the vibration plate 104 in a state where the negative electrode 109 on the entire back surface of the piezoelectric ceramic element 105 has a circular hole 106 fitted in the outer periphery of an annular bead 110 formed in the central portion of the vibration plate 104. ing.
【０００４】１１１は焦電キャンセル用の圧電セラミッ
ク素子であり、図１７に示すように、圧電セラミック素
子１０５のプラス電極１０７と同じ面積で、同様に中心
部に丸穴１１２を有しており、表面のプラス電極１１３
と、裏面のマイナス電極１１４とを有している。圧電セ
ラミック素子１１１は、表面のプラス電極１１３側を振
動板１０４の裏面に、その中央部に形成された環状ビー
ド１１５の外周に丸穴１１２を嵌め込んだ状態で導通接
着されている。Reference numeral 111 denotes a piezoelectric ceramic element for canceling pyroelectricity, which has the same area as the plus electrode 107 of the piezoelectric ceramic element 105 as shown in FIG. Positive electrode 113 on the surface
And a minus electrode 114 on the back surface. The piezoelectric ceramic element 111 is conductively bonded with the positive electrode 113 side of the front surface being the back surface of the vibration plate 104, and a circular hole 112 fitted in the outer periphery of an annular bead 115 formed in the center thereof.
【０００５】振動板１０４は、図１８に示すように、金
属円板の中心部に基台１０１の位置決め穴１０２と同径
の位置決め穴１１６を有し、その回りに同心円状に環状
ビード１１０および１１５が、それぞれ表面および裏面
に径を順次大きくして形成されている。振動板１０４
は、図１９に示すように、その周縁に上向きのフランジ
１１７を形成して加速度センサの出力アップを図るよう
にしてもよい。As shown in FIG. 18, the vibrating plate 104 has a positioning hole 116 having the same diameter as the positioning hole 102 of the base 101 at the center of the metal disk, and a circular bead 110 and a circular bead 110 concentrically around the positioning hole 116. 115 are formed on the front surface and the back surface, respectively, with their diameters being successively increased. Diaphragm 104
As shown in FIG. 19, an upward flange 117 may be formed on the periphery of the flange 117 to increase the output of the acceleration sensor.
【０００６】圧電セラミック素子１０５のプラス電極１
０７と圧電セラミック１１１のマイナス電極１１４は、
それぞれリードフレーム１１８，１１９に半田１２０，
１２１により接続され、絶縁埋込みリードピン１２２お
よび回路基板１２３を介してセンサ出力用リードピン１
２４へと接続されている。これは、周囲温度の影響を受
けて焦電現象によってセンサ出力用圧電セラミック素子
１０５のプラス電極１０７に発生した電荷をキャンセル
する役目を果たすものである。Positive electrode 1 of piezoelectric ceramic element 105
07 and the negative electrode 114 of the piezoelectric ceramic 111 are
Solder 120 on the lead frames 118 and 119,
The sensor output lead pin 1 is connected via the insulating embedded lead pin 122 and the circuit board 123.
24 is connected. This serves to cancel the electric charge generated in the plus electrode 107 of the sensor output piezoelectric ceramic element 105 due to the pyroelectric phenomenon under the influence of the ambient temperature.
【０００７】１２５は圧電セラミック素子駆動用のリー
ドピンであり、リードフレーム１２６を介して圧電セラ
ミック素子１０５のプラス電極１０８に半田１２７によ
り接続されている。１２８は回路基板１２３の電源供給
用リードピンであり、１２９はグランド用リードピンで
あり、それぞれ回路基板１２３に接続されている。１３
０，１３１は回路基板１２３を支持するための絶縁埋込
みリードピンである。回路基板１２３には、インピーダ
ンス変換回路や出力増幅回路、濾波回路等が設けられて
いる。Reference numeral 125 denotes a lead pin for driving the piezoelectric ceramic element, which is connected to the plus electrode 108 of the piezoelectric ceramic element 105 via a lead frame 126 by solder 127. Reference numeral 128 is a power supply lead pin of the circuit board 123, and 129 is a ground lead pin, which are connected to the circuit board 123, respectively. Thirteen
Reference numerals 0 and 131 denote insulating embedded lead pins for supporting the circuit board 123. The circuit board 123 is provided with an impedance conversion circuit, an output amplification circuit, a filtering circuit, and the like.
【０００８】リードピンのうち１２２，１２４，１２
５，１２８，１３０，１３１は、基台１０１に封着ガラ
ス１３２等の手段により絶縁ハーメチック固定され、グ
ランド用リードピン１２９だけがロウ付け等の手段によ
り導通接続されている。１３３は基台１０１の位置決め
穴１０２を封着するための封着ガラスである。電源の供
給は、電源供給用リードピン１２８およびグランド用リ
ードピン１２９を通じて行なわれる。Of the lead pins 122, 124, 12
5, 128, 130 and 131 are insulated and hermetically fixed to the base 101 by means such as sealing glass 132, and only the ground lead pin 129 is electrically connected by means such as brazing. 133 is a sealing glass for sealing the positioning hole 102 of the base 101. Power is supplied through the power supply lead pin 128 and the ground lead pin 129.
【０００９】１３４はキャップであり、その周縁のフラ
ンジ１３５が基台１０１に全周にわたって抵抗溶接また
は冷間圧接等の手段によって固定されている。これによ
り、圧電セラミック素子１０５，１１１および回路基板
１２３を内蔵する空間部１３６が密閉されている。Reference numeral 134 denotes a cap, and a flange 135 at the peripheral edge thereof is fixed to the base 101 over the entire circumference by means such as resistance welding or cold pressure welding. As a result, the space 136 containing the piezoelectric ceramic elements 105, 111 and the circuit board 123 is sealed.
【００１０】このような構成からなる加速度センサは、
基台１０１に形成された取付穴１３７を介してボルト１
３８およびワッシャ１３９により自動車の車体等に取り
付けて使用される。The acceleration sensor having such a structure is
Through the mounting hole 137 formed in the base 101, the bolt 1
38 and a washer 139 are used by attaching them to the body of an automobile or the like.
【００１１】次に上記従来例の動作について説明する。
自動車等の走行により発生した加速度は、基台１０１を
介して振動板１０４に伝えられ、振動板１０４に撓みを
与える。振動板１０４の撓みは、圧電セラミック素子１
０５および１１１に引張力と圧縮力とを交互に与えるた
め、圧電セラミック素子１０５および１１１に電荷が発
生する。この電荷は、回路基板１２３のインピーダンス
変換回路で電圧に変換され、必要な帯域および最適な出
力レベルになるように濾波回路および増幅回路を通って
出力され、センサ出力が得られる。Next, the operation of the above conventional example will be described.
The acceleration generated by the traveling of the automobile or the like is transmitted to the diaphragm 104 via the base 101, and the diaphragm 104 is bent. The deflection of the vibration plate 104 is caused by the piezoelectric ceramic element 1.
Since tensile force and compressive force are alternately applied to 05 and 111, electric charges are generated in the piezoelectric ceramic elements 105 and 111. This charge is converted into a voltage by the impedance conversion circuit of the circuit board 123 and is output through the filtering circuit and the amplification circuit so as to have a required band and an optimum output level, and a sensor output is obtained.
【００１２】また、圧電セラミックは、温度変化に対し
ても同様に電荷を発生する焦電現象を有するので、これ
を減少するために、この加速度センサは圧電セラミック
素子１０５および１１１を互いに逆極性同士で接続して
あり、発生電荷がキャンセルされるようになっている。Further, since the piezoelectric ceramic has a pyroelectric phenomenon in which electric charges are similarly generated even when the temperature changes, in order to reduce this, the acceleration sensor makes the piezoelectric ceramic elements 105 and 111 mutually opposite polarities. Are connected with each other, and the generated charges are canceled.
【００１３】また、自動車等に使用される加速度センサ
は、特に高い精度および品質が要求されるので、確実に
動作するかどうかをコントローラ側でチェックできるよ
うに、圧電セラミック素子１０５のプラス電極がセンサ
出力用の電極１０７と素子駆動用の電極１０８とに２分
割されており、コントローラ側の発信回路から駆動用電
極に適当な信号を入力することにより、センサ出力用電
極１０７にそれに対応した駆動出力が現われ、センサの
故障診断が出来るようになっている。Further, since the acceleration sensor used in an automobile or the like requires particularly high accuracy and quality, the positive electrode of the piezoelectric ceramic element 105 is a sensor so that the controller side can check whether or not it operates reliably. The output electrode 107 and the element driving electrode 108 are divided into two, and by inputting an appropriate signal from the transmitter circuit on the controller side to the driving electrode, the sensor output electrode 107 is driven correspondingly to the driving output. Appears, and it is possible to diagnose the sensor failure.
【００１４】このように上記従来の加速度センサでも、
自動車等における加速度の測定または検出を行なうこと
ができる。As described above, even in the conventional acceleration sensor described above,
It is possible to measure or detect acceleration in an automobile or the like.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサでは、圧電セラミック素子１０５，１
１１のそれぞれ一方の電極１０９，１１３が振動板１０
４を介して基台１０１に電気的に導出されているため、
基台１０１やこれに固定されたキャップ１３４を介して
ノイズを拾いやすいという問題があった。また、従来の
加速度センサを車体に取り付けた場合、車体全体が拾っ
たノイズもセンサ特性に影響を及ぼしやすいという問題
があった。However, in the above-mentioned conventional acceleration sensor, the piezoelectric ceramic elements 105, 1 are used.
The electrodes 109 and 113 on one side of the diaphragm 11 are
Since it is electrically led out to the base 101 via 4,
There is a problem that noise is easily picked up through the base 101 and the cap 134 fixed to the base 101. Further, when the conventional acceleration sensor is attached to the vehicle body, the noise picked up by the entire vehicle body tends to affect the sensor characteristics.
【００１６】また、組み付け作業上において、各リード
ピン１２４，１２５，１２８，１２９のそれぞれにハー
ネスを接続しなければならず、組み付け作業が非常に面
倒になるという問題があった。Further, in the assembling work, it is necessary to connect a harness to each of the lead pins 124, 125, 128, 129, and there is a problem that the assembling work becomes very troublesome.
【００１７】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、外部ノイズの影響を受けにくく、特性の
安定した信頼性の高い加速度センサを提供することを目
的とする。The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an acceleration sensor which is not easily influenced by external noise and has stable characteristics and high reliability.
【００１８】本発明はまた、組み付け作業が非常に簡単
で、よりコンパクトな加速度センサを提供することを目
的とする。Another object of the present invention is to provide a more compact acceleration sensor which is very easy to assemble.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、圧電セラミック素子の正負両電極を基台
から電気的に絶縁するバランスタイプの構造とし、圧電
セラミック素子を貼着した振動板や基台、回路基板等の
各部品を金属シールドケースと取付プレートとで全面的
に気密的に覆うとともに、回路基板と外部との間で信号
を授受するリードピンを金属シールドケースに絶縁物質
によりハーメチック固定し、必要なリードピンの全てに
貫通コンデンサを装着することによって、電磁波などの
外部ノイズをシールドする構成としたものである。In order to achieve the above object, the present invention adopts a balanced type structure in which both positive and negative electrodes of a piezoelectric ceramic element are electrically insulated from a base, and the piezoelectric ceramic element is attached. The metal shield case and the mounting plate cover all parts such as the diaphragm, base, and circuit board in an airtight manner, and the lead pins that transmit and receive signals between the circuit board and the outside are insulated from the metal shield case. Is hermetically fixed by, and a feedthrough capacitor is attached to all necessary lead pins to shield external noise such as electromagnetic waves.
【００２０】本発明はまた、組立作業性の向上を図るた
めに、圧電セラミック素子の各電極からの信号を取り出
すリード端子とサブ基台と基台をインサート成形により
一体化するとともに、振動板の表裏に貼着する圧電セラ
ミック素子の表裏電極形状を同一にして共用化する構成
としたものである。Further, in order to improve the assembling workability, the present invention integrates the lead terminal for taking out the signal from each electrode of the piezoelectric ceramic element, the sub base, and the base by insert molding, and also, The piezoelectric ceramic elements attached to the front and back have the same front and back electrode shape and are commonly used.
【００２１】[0021]
【作用】したがって、本発明によれば、圧電セラミック
素子の正負両電極を基台から電気的に絶縁するととも
に、また圧電セラミック素子を貼着した振動板や基台、
回路基板等の各部品を金属ケースと取付プレートとでシ
ールドするとともに、外部導出用リードピンを金属シー
ルドケースにハーメチック固定し、さらに必要な全ての
外部導出用リードピンに貫通コンデンサを装着している
ため、センサ特性が外部ノイズの影響を受けにくくな
り、特性の安定した極めて信頼性の高い加速度センサを
実現することができる。Therefore, according to the present invention, both the positive and negative electrodes of the piezoelectric ceramic element are electrically insulated from the base, and the vibration plate or the base to which the piezoelectric ceramic element is adhered,
Since each part such as the circuit board is shielded by the metal case and the mounting plate, the lead pins for external lead-out are hermetically fixed to the metal shield case, and further, all necessary lead-out pins for lead-out are equipped with feedthrough capacitors. The sensor characteristics are less susceptible to external noise, and an extremely reliable acceleration sensor with stable characteristics can be realized.
【００２２】また、リード端子とサブ基台と基台をイン
サート成形により一体化し、振動板の表裏に貼着する圧
電セラミック素子を共用化したため、センサ全体がコン
パクト化されるとともに、部品点数が削減され、組立作
業性が大幅に向上し、自動組立化にも容易に対応できる
という効果を有する。Further, since the lead terminal, the sub-base and the base are integrated by insert molding and the piezoelectric ceramic elements attached to the front and back of the diaphragm are shared, the sensor as a whole is made compact and the number of parts is reduced. As a result, the workability of assembling is significantly improved, and automatic assembly can be easily performed.
【００２３】[0023]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１から図３は本発明の第１の実施例にお
ける加速度センサの構成を示し、図１は同センサの図２
のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図２は同センサの図１のＡ−
Ａ線に沿う断面図、図３は同センサの図２のＣ−Ｃ線に
沿う断面図である。図４は振動板組立体の正面図（ａ）
および断面図（ｂ）である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 3 show the configuration of an acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line A, and FIG. 3 is a sectional view taken along line CC of FIG. 2 of the same sensor. FIG. 4 is a front view of the diaphragm assembly (a).
FIG. 4B is a cross-sectional view of FIG.
【００２４】まず図４において、１は振動板であり、２
は振動板１の表面に接着固定されたセンサ出力用圧電セ
ラミック素子であり、３は振動板１の裏面に接着固定さ
れた焦電キャンセル用圧電セラミック素子である。４は
振動板１の中心部に形成された位置決め穴であり、５は
位置決め穴４の外側周囲に同心円状に形成された環状ビ
ードである。First, in FIG. 4, 1 is a diaphragm, and 2
Is a piezoelectric ceramic element for sensor output, which is adhered and fixed to the front surface of the diaphragm 1, and 3 is a piezoelectric ceramic element for pyroelectric cancellation, which is adhered and fixed to the rear surface of the diaphragm 1. Reference numeral 4 is a positioning hole formed in the center of the diaphragm 1, and 5 is an annular bead formed concentrically around the outside of the positioning hole 4.
【００２５】センサ出力用セラミック素子２は、振動板
１の環状ビード５の外側に貼着され、その表面が内側の
センサ出力用プラス電極１１と、その周囲外側の素子ド
ライブ用プラス電極１２とに同心円状に２分割されてお
り、その裏面もまた同様な形状に２分割されている。焦
電キャンセル用圧電セラミック素子３もまた、センサ出
力用の圧電セラミック素子２と全く同じ大きさおよび形
状に形成されて共用化が図られており、表面および裏面
に記された＋，−の識別マークをもとに、圧電セラミッ
ク素子２はマイナス側が振動板１に貼着され、圧電セラ
ミック素子３はプラス側が振動板１に貼着される。この
結果、焦電キャンセル用圧電セラミック素子３は、その
裏面のマイナス側が、内側のセンサ出力用マイナス電極
３１とその周囲外側の素子ドライブ用マイナス電極３２
とに２分割されている。The sensor output ceramic element 2 is attached to the outer side of the annular bead 5 of the diaphragm 1, and the surface thereof serves as the sensor output plus electrode 11 on the inside and the element drive plus electrode 12 on the outside of the periphery thereof. It is divided into two concentric circles, and its back surface is also divided into two in the same shape. The pyroelectric canceling piezoelectric ceramic element 3 is also formed to have the same size and shape as the piezoelectric ceramic element 2 for sensor output, and is shared, and the + and − identifications on the front surface and the back surface are distinguished. Based on the mark, the negative side of the piezoelectric ceramic element 2 is attached to the diaphragm 1, and the positive side of the piezoelectric ceramic element 3 is attached to the diaphragm 1. As a result, in the pyroelectric canceling piezoelectric ceramic element 3, the negative side of the back surface of the piezoelectric ceramic element 3 is the sensor output negative electrode 31 on the inside and the element drive negative electrode 32 on the outside of the periphery.
It is divided into two parts.
【００２６】振動板１は、従来例における図１９に示す
ように、その周縁に上向きのフランジを形成して、加速
度センサの出力アップを図るようにしてもよい。As shown in FIG. 19 of the conventional example, the diaphragm 1 may be formed with an upward flange on its periphery so as to increase the output of the acceleration sensor.
【００２７】図１から図３において、６は金属製のサブ
基台であり、その中心部に振動板１の位置決め穴４と同
径の位置決め穴７を有するとともに、その先端部が円錐
状に形成されてその先端面が振動板１を固定するための
環状突起８になっている。サブ基台６は、リードフレー
ム９とともに樹脂製の基台１０にインサート成形されて
一体化されている。１５はインピーダンス変換回路や出
力増幅回路、濾波回路等を有する回路基板であり、各リ
ード端子２２，２８，３３等からの信号を処理するとと
もに、各リードピン１９，３８，３６，１６を通じて外
部と導通している。In FIGS. 1 to 3, reference numeral 6 denotes a metal sub-base, which has a positioning hole 7 having the same diameter as the positioning hole 4 of the diaphragm 1 at the center thereof, and its tip end has a conical shape. The end surface is formed as an annular protrusion 8 for fixing the diaphragm 1. The sub-base 6 is insert-molded and integrated with the resin-made base 10 together with the lead frame 9. Reference numeral 15 is a circuit board having an impedance conversion circuit, an output amplifier circuit, a filtering circuit, etc., which processes signals from the lead terminals 22, 28, 33 and the like and conducts electricity to the outside through the lead pins 19, 38, 36, 16. is doing.
【００２８】図２に示すように、センサ出力用の圧電セ
ラミック素子２のセンサ出力用プラス電極１１と、焦電
キャンセル用の圧電セラミック素子３のセンサ出力用マ
イナス電極３１は、一体接続されたリード端子１３，１
４に半田１７，１８によって接続され、リード端子（Ｓ
+ ）３３および回路基板１５を介してセンサ出力用リー
ドピン１６へと接続されている。これは、周囲温度の影
響を受けて焦電現象によって圧電セラミック素子２の出
力用プラス電極１１に発生した電荷を圧電セラミック素
子３の出力用マイナス電極３１に発生した電荷でキャン
セルする役目を果たすものである。As shown in FIG. 2, the sensor output positive electrode 11 of the sensor output piezoelectric ceramic element 2 and the sensor output negative electrode 31 of the pyroelectric canceling piezoelectric ceramic element 3 are integrally connected to each other. Terminals 13, 1
4 to the lead terminal (S
+ ) 33 and the circuit board 15 to the sensor output lead pin 16. This serves to cancel the electric charge generated in the output plus electrode 11 of the piezoelectric ceramic element 2 by the pyroelectric phenomenon under the influence of the ambient temperature by the charge generated in the output negative electrode 31 of the piezoelectric ceramic element 3. Is.
【００２９】同様に、圧電セラミック素子２，３の外側
に同心円状に形成されたドライブ電極１２，３２も、一
体接続されたリード端子３４，３５に半田２０，２１に
よって接続され、焦電電荷をキャンセルするとともに、
リード端子２２および回路基板１５を介してドライブリ
ードピン１９へと接続されている。Similarly, the drive electrodes 12 and 32 formed concentrically outside the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 are also connected to the integrally connected lead terminals 34 and 35 by the solders 20 and 21, so that pyroelectric charge is generated. Along with canceling
It is connected to the drive lead pin 19 via the lead terminal 22 and the circuit board 15.
【００３０】２３は振動板組立体１，２，３および回路
基板１５等を覆う金属シールドケースであり、フランジ
２４を備えている。２５は金属シールドケース２３にロ
ー付けにより気密固定された金属パイプであり、封着ガ
ラス３０を介して各リードピン１９，３８，１６をハー
メチック固定している。２６は金属シールドケース２３
のフランジ２４がリングプロジェクション溶接されて金
属シールドケース２３内部を気密封着する取付プレート
であり、取付ねじ穴２７および金属シールドケース２３
内部への溶接時の塵の侵入を防止するための環状壁４３
を有する。基台１０は金属シールドケース２３の内側底
面に接着剤により固定されている。Reference numeral 23 is a metal shield case that covers the diaphragm assemblies 1, 2, 3 and the circuit board 15 and has a flange 24. Reference numeral 25 denotes a metal pipe hermetically fixed to the metal shield case 23 by brazing, and hermetically fixes the lead pins 19, 38, 16 via the sealing glass 30. 26 is a metal shield case 23
Is a mounting plate for sealing the inside of the metal shield case 23 by ring projection welding, and the mounting screw hole 27 and the metal shield case 23.
An annular wall 43 for preventing dust from entering inside when welding
Have. The base 10 is fixed to the inner bottom surface of the metal shield case 23 with an adhesive.
【００３１】２８はセンサのマイナス電位となるリード
端子（Ｓ- ）であり、リードフレーム９の内周部２９に
全周溶接接続されたサブ基台６を介して振動板１に接続
されている。すなわち、リード端子２８は、振動板１を
介して圧電セラミック素子２，３の出力用プラス電極１
１および出力用マイナス電極３１のそれぞれ反対の電極
へ接続され、回路基板１５に接続されている。[0031] 28 lead terminal as a negative potential of the sensor (S -) a and is connected to the diaphragm 1 via a sub-base 6 which is circumferential welding connection to the inner peripheral portion 29 of the lead frame 9 .. That is, the lead terminal 28 is connected to the plus electrode 1 for output of the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 via the diaphragm 1.
1 and the output negative electrode 31 are connected to the opposite electrodes, and are connected to the circuit board 15.
【００３２】３６は金属シールドケース２３の中心部に
半田３７により接続されたグランドリードピンであり、
３８は圧電セラミック２，３に電源を供給する電源リー
ドピンであり、それぞれ回路基板１５に接続されてい
る。Reference numeral 36 is a ground lead pin connected to the center of the metal shield case 23 by solder 37,
Reference numeral 38 is a power supply lead pin that supplies power to the piezoelectric ceramics 2 and 3, and is connected to the circuit board 15.
【００３３】グランドリードピン３６を除いたリードピ
ン１９，３８，１６は、それぞれ金属シールドケース２
３に固定された金属パイプ２５内で封着ガラス３０によ
りハーメチック固定されるとともに、その下部において
金属パイプ２５との間に貫通コンデンサ３９が装着され
ている。また、各リードピン１９，３８，３６，１６
は、それぞれ金属シールドケース２３内部で立ち上がっ
た回路基板受け部４０を有し、これらで回路基板１５を
受け、半田付けにより回路基板１５を固定する役目も持
っている。The lead pins 19, 38 and 16 excluding the ground lead pin 36 are respectively the metal shield case 2
3 is hermetically fixed by the sealing glass 30 in the metal pipe 25 fixed to 3, and the feedthrough capacitor 39 is mounted between the metal pipe 25 and the metal pipe 25 at the lower part. In addition, each lead pin 19, 38, 36, 16
Each have a circuit board receiving portion 40 that rises inside the metal shield case 23, and also has a role of receiving the circuit board 15 by these and fixing the circuit board 15 by soldering.
【００３４】これら各リードピン１９，３８，３６，１
６のハーメチイク固定および半田による気密封着と金属
シールドケース２３と取付プレート２６との気密接着に
よって、振動板組立体１，２，３と基台１０および回路
基板１５等を内蔵する金属シールドケース２３の内部は
気密封止されている。Each of these lead pins 19, 38, 36, 1
The metal shield case 23 incorporating the diaphragm assemblies 1, 2, 3 and the base 10, the circuit board 15 and the like by hermetically fixing 6 and hermetically sealing with solder and airtightly bonding the metal shield case 23 and the mounting plate 26. The inside of is sealed hermetically.
【００３５】リード端子２２は、圧電セラミック素子
２，３のドライブ電極１２，３２にそれぞれ接続された
リード端子３４，３５の信号を回路基板１５に導出する
役目を果たすものであり、リード端子（Ｓ+ ）３３は、
圧電セラミック素子２，３の出力用プラス電極１１およ
び出力用マイナス電極３１にそれぞれ接続されたリード
端子１３，１４の信号を回路基板１５に導出する役目を
果たすものであり、リード端子２８は、サブ基台６に溶
接接続された振動板１を介してセンサのマイナス電位と
なる信号を回路基板１５に導出する役目を果たすもので
ある。The lead terminal 22 serves to lead the signals of the lead terminals 34 and 35 connected to the drive electrodes 12 and 32 of the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 to the circuit board 15, respectively. + ) 33 is
The piezoelectric ceramic elements 2 and 3 serve to lead the signals of the lead terminals 13 and 14 connected to the output plus electrode 11 and the output minus electrode 31, respectively, to the circuit board 15, and the lead terminal 28 is a sub-terminal. It serves to lead a signal of a negative potential of the sensor to the circuit board 15 via the diaphragm 1 welded to the base 6.
【００３６】したがって、圧電セラミック素子２，３か
ら得られる出力および圧電セラミック素子２，３へ印加
される信号は、回路基板１５を介して外部のリードピン
１９，３８，３６，１６を通じて授受されることにな
る。Therefore, the output obtained from the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 and the signal applied to the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 must be transmitted and received through the external lead pins 19, 38, 36 and 16 via the circuit board 15. become.
【００３７】上記実施例における加速度センサ本体部の
動作については従来のものと同じである。すなわち、自
動車等の走行により発生した加速度は、取付プレート２
６、金属シールドケース２３、基台１０およびサブ基台
６を介して振動板１に伝えられ、振動板１に撓みを与え
る。振動板１の撓みは、圧電セラミック素子２および３
に引張力と圧縮力とを交互に与えるため、圧電セラミッ
ク素子２および３に電荷が発生する。この電荷は、回路
基板１５のインピーダンス変換回路で電圧に変換され、
必要な帯域および最適な出力レベルになるように濾波回
路および増幅回路を通って出力され、センサ出力が得ら
れる。The operation of the acceleration sensor main body in the above embodiment is the same as the conventional one. That is, the acceleration generated by the running of an automobile, etc.
6, the metal shield case 23, the base 10 and the sub-base 6 are transmitted to the diaphragm 1 to bend the diaphragm 1. The deflection of the diaphragm 1 is caused by the piezoelectric ceramic elements 2 and 3
Since a tensile force and a compressive force are alternately applied to the piezoelectric ceramics, electric charges are generated in the piezoelectric ceramic elements 2 and 3. This charge is converted into a voltage by the impedance conversion circuit of the circuit board 15,
The sensor output is obtained by passing through a filtering circuit and an amplifying circuit so as to have a required band and an optimum output level.
【００３８】また、一般の圧電セラミックは、温度変化
に対して同様に電荷を発生する焦電現象を有するので、
これを減少するために、この加速度センサは、圧電セラ
ミック素子２および３を互いに逆極性同士で接続してあ
り、発生電荷がキャンセルされるようになっている。Further, since a general piezoelectric ceramic has a pyroelectric phenomenon which similarly generates an electric charge with respect to a temperature change,
In order to reduce this, in this acceleration sensor, the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 are connected to each other in opposite polarities so that the generated charges are canceled.
【００３９】また、自動車等に使用される加速度センサ
は、特に高い精度および品質が要求されるので、確実に
動作するかどうかをコントローラ側でチェックできるよ
うに、圧電セラミック素子２のプラス側の電極が、セン
サ出力用プラス電極１１と素子ドライブ用プラス電極１
２とに同心円状に２分割されており、コントローラ側の
発信回路からドライブ用プラス電極１２に適当な信号を
入力することにより、センサ出力用プラス電極１１にそ
れに対応したドライブ出力が現われ、センサの故障診断
ができるようになっている。Further, since the acceleration sensor used in an automobile or the like requires particularly high accuracy and quality, the positive electrode of the piezoelectric ceramic element 2 can be checked by the controller side to see whether or not it operates reliably. However, the sensor output plus electrode 11 and the element drive plus electrode 1
2 is concentrically divided into two, and by inputting an appropriate signal from the transmitter circuit on the controller side to the drive plus electrode 12, a corresponding drive output appears on the sensor output plus electrode 11, and the sensor output Fault diagnosis is possible.
【００４０】次に、基台１０の製造組立工程を図５から
図７を参照して説明する。まず図５の（イ）においてブ
ランク抜きされたリードフレーム９は、次の（ロ）にお
いてサブ基台６とともに基台１０にインサート成形さ
れ、さらに部分４４および４５でカットオフされること
によって、（ハ）のようにリード端子３４，２２，３
５，１４，３３，１３，２８が互いに分離されて形成さ
れる。ここで、リード端子３４，２２，３５はその基部
が連続しており、リード端子１４，３３，１３も互いに
連続しており、リード端子２８のみが独立している。ま
た、各リード端子３４，２２，３５，１４，３３，１
３，２８は、（ニ）に示すように先端部が直角にフォー
ミングされ、次いで図６の（ホ），（ヘ），（ト）に示
すように、リード端子３５，１４が一旦直角に曲げられ
た後、さらに直角に水平に曲げ加工される。Next, the manufacturing and assembling process of the base 10 will be described with reference to FIGS. First, the lead frame 9 blanked in (a) of FIG. 5 is insert-molded into the base 10 together with the sub-base 6 in the next (b), and further cut off at the portions 44 and 45, C) lead terminals 34, 22, 3
5, 14, 33, 13, 28 are formed separately from each other. Here, the bases of the lead terminals 34, 22, 35 are continuous, the lead terminals 14, 33, 13 are also continuous with each other, and only the lead terminal 28 is independent. In addition, each lead terminal 34, 22, 35, 14, 33, 1
As for (3) and (28), the tips are formed at right angles as shown in (d), and then, as shown in (e), (f) and (g) of FIG. After that, it is further bent horizontally at a right angle.
【００４１】次に、図７の（チ）に示すように、圧電セ
ラミック素子２，３を表裏に貼着した振動板１がサブ基
台６の環状突起８に溶接固定され、次いで（リ）のよう
にリード端子３４，２２，３３，１３，２８が直角に曲
げ加工され、さらに、（ヌ），（ル），（ヲ）に示すよ
うに、リード端子３４と１３とが直角に曲げられて表側
の圧電セラミック素子２の上に乗せられた後、さらにリ
ード端子２２，３３，２８も直角に水平に曲げられる。
リード端子３４と１３は、表側の圧電セラミック素子２
のドライブ用プラス電極１２と出力用プラス電極１１
に、またリード端子３５と１４は、裏側の圧電セラミッ
ク素子３のドライブ用マイナス電極３２と出力用マイナ
ス電極３１にそれぞれリフロー半田付けにより接続され
る。Next, as shown in (h) of FIG. 7, the diaphragm 1 having the piezoelectric ceramic elements 2 and 3 attached to the front and back is welded and fixed to the annular projection 8 of the sub-base 6, and then (ri). The lead terminals 34, 22, 33, 13, 28 are bent at a right angle as shown in FIG. 4 and the lead terminals 34 and 13 are bent at a right angle as shown in (n), (l) and (wo). After being placed on the piezoelectric ceramic element 2 on the front side, the lead terminals 22, 33, 28 are also bent horizontally at a right angle.
The lead terminals 34 and 13 are connected to the piezoelectric ceramic element 2 on the front side.
Drive positive electrode 12 and output positive electrode 11
In addition, the lead terminals 35 and 14 are connected to the negative drive electrode 32 and the negative output electrode 31 of the piezoelectric ceramic element 3 on the back side by reflow soldering, respectively.
【００４２】なお、３４ａ，１３ａは、それぞれリード
端子３４，１３に形成された溝であり、半田付け時の半
田回りをよくする目的で形成されている。Incidentally, 34a and 13a are grooves formed in the lead terminals 34 and 13, respectively, and are formed for the purpose of improving solderability during soldering.
【００４３】図８から図１０は本発明の第２の実施例の
構成を示すものである。この第２の実施例における加速
度センサは、上記第１の実施例における加速度センサに
対し、中点電位リードピン５１を加えた５本リードピン
構成になっていることが異なるだけであり、同一の要素
には同一の符号を付して、重複した詳細な説明は省略す
る。この第２の実施例では、上記構成の変更に伴って、
センサ出力用リードピン１６の隣に中点電位リードピン
５１を設け、このリードピン５１を回路基板１５を介し
てリード端子２８に接続している。中点電位リードピン
５１の役目は、センサの中点基準電位を設定するもので
あり、センサ動作時出力はこの中点電位を基準として正
の出力電圧か負の出力電圧かのいずれかが出力されるこ
とになる。8 to 10 show the configuration of the second embodiment of the present invention. The acceleration sensor according to the second embodiment differs from the acceleration sensor according to the first embodiment only in that it has a five-lead pin configuration in which a midpoint potential lead pin 51 is added. Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the second embodiment, with the change of the above configuration,
A midpoint potential lead pin 51 is provided next to the sensor output lead pin 16, and the lead pin 51 is connected to the lead terminal 28 via the circuit board 15. The role of the midpoint potential lead pin 51 is to set the midpoint reference potential of the sensor, and the sensor operation output outputs either a positive output voltage or a negative output voltage with reference to this midpoint potential. Will be.
【００４４】この第２の実施例においても、表面中央部
に環状突起８を有するサブ基台６および各リード端子３
４，２２，３５，１４，３３，１３，２８とともに一体
成形した樹脂製の基台１０と、表裏両面に正負電極を互
いに対向させて導通接着した２枚の圧電セラミック素子
２，３を有して中央部がサブ基台６の環状突起８に固定
された振動板１と、圧電セラミック素子２，３のそれぞ
れの電極に接続された各リード端子２２，２８，３３等
からの信号を処理する回路基板１５と、これら各部品を
気密的に覆う金属シールドケース２３と取付プレート２
６と、金属シールドケース２３に封着ガラス３０のよう
な絶縁物質でハーメチック固定されて回路基板１５と外
部との間で信号を授受するリードピン１９，３８，１
６，５１と、これらのリードピン１９，３８，１６，５
１に装着された貫通コンデンサ３９とを備え、上記第１
の実施例と同様な作用効果を有する。Also in this second embodiment, the sub-base 6 having the annular projection 8 in the central portion of the surface and the lead terminals 3 are also provided.
4, 22, 35, 14, 33, 13 and 28 are integrally molded with a resin base 10, and two piezoelectric ceramic elements 2 and 3 are electrically bonded to each other on the front and back surfaces thereof so that positive and negative electrodes face each other. The signals from the vibrating plate 1 whose central portion is fixed to the annular projection 8 of the sub-base 6 and the lead terminals 22, 28, 33, etc. connected to the respective electrodes of the piezoelectric ceramic elements 2, 3 are processed. Circuit board 15, metal shield case 23 that hermetically covers these components, and mounting plate 2
6, and lead pins 19, 38, 1 which are hermetically fixed to the metal shield case 23 with an insulating material such as a sealing glass 30 to exchange signals between the circuit board 15 and the outside.
6,51 and these lead pins 19,38,16,5
The feedthrough capacitor 39 attached to the first
It has the same effect as that of the embodiment.
【００４５】[0045]
【発明の効果】本発明は、上記実施例から明らかのよう
に、圧電セラミック素子の正負両電極を基台から電気的
に絶縁するバランス構造とし、また圧電セラミック素子
を貼着した振動板や基台、回路基板等の各部品を金属ケ
ースと取付プレートとでシールドするとともに、回路基
板と外部との間で信号を授受するリードピンを金属シー
ルドケースに絶縁物質によりハーメチック固定し、さら
に必要な全ての外部導出用リードピンに貫通コンデンサ
を装着しているため、センサ特性が外部ノイズの影響を
受けにくくなり、特性の安定した極めて信頼性の高い加
速度センサを実現することができる。As is apparent from the above embodiments, the present invention has a balanced structure in which both positive and negative electrodes of the piezoelectric ceramic element are electrically insulated from the base, and a vibration plate or a base to which the piezoelectric ceramic element is attached is attached. The parts such as the pedestal and the circuit board are shielded by the metal case and the mounting plate, and the lead pins that send and receive signals between the circuit board and the outside are hermetically fixed to the metal shield case with an insulating material. Since the feedthrough capacitor is attached to the lead pin for external lead-out, the sensor characteristics are less likely to be affected by external noise, and an extremely reliable acceleration sensor with stable characteristics can be realized.
【００４６】また、リード端子とサブ基台と基台をイン
サート成形により一体化し、振動板の表裏に貼着する圧
電セラミック素子を共用化したため、センサ全体がコン
パクト化されるとともに、部品点数が削減され、組立作
業性が大幅に向上し、自動組立化にも容易に対応できる
という効果を有する。Further, since the lead terminal, the sub-base and the base are integrated by insert molding and the piezoelectric ceramic elements attached to the front and back of the diaphragm are shared, the entire sensor is made compact and the number of parts is reduced. As a result, the workability of assembling is significantly improved, and automatic assembly can be easily performed.
【図１】本発明の第１の実施例を示す加速度センサの図
２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図FIG. 1 is a cross-sectional view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention taken along line BB in FIG.
【図２】同センサの図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図FIG. 2 is a sectional view of the sensor taken along the line AA in FIG.
【図３】同センサの図２におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図FIG. 3 is a sectional view of the sensor taken along the line C-C in FIG. 2.
【図４】（ａ）同センサにおける振動板組立体の正面図 （ｂ）同振動板組立体の断面図FIG. 4 (a) is a front view of a diaphragm assembly of the sensor, and FIG. 4 (b) is a sectional view of the diaphragm assembly.
【図５】同センサにおける振動板組立体とリード端子の
製造組立工程を示す加工工程図FIG. 5 is a processing step diagram showing manufacturing and assembling steps of a diaphragm assembly and lead terminals in the same sensor.
【図６】同センサにおける振動板組立体とリード端子の
製造組立工程を示す加工工程図FIG. 6 is a machining process diagram showing a manufacturing and assembling process of a diaphragm assembly and a lead terminal in the same sensor.
【図７】同センサにおける振動板組立体とリード端子の
製造組立工程を示す加工工程図FIG. 7 is a machining process diagram showing a manufacturing and assembling process of a diaphragm assembly and a lead terminal in the same sensor.
【図８】本発明の第２の実施例を示す加速度センサの図
９におけるＥ−Ｅ線に沿う断面図FIG. 8 is a sectional view of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention taken along the line EE in FIG.
【図９】同センサの図８におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図9 is a sectional view of the sensor taken along the line D-D in FIG. 8.
【図１０】同センサの図９におけるＦ−Ｆ線に沿う断面
図FIG. 10 is a sectional view of the sensor taken along line FF in FIG.
【図１１】従来例における加速度センサの内部を示す正
面図FIG. 11 is a front view showing the inside of an acceleration sensor in a conventional example.
【図１２】同センサの図１１におけるＧ−Ｇ線に沿う断
面図12 is a sectional view of the sensor taken along the line GG in FIG.
【図１３】同センサの図１１におけるＨ−Ｈ線に沿う断
面図13 is a cross-sectional view of the sensor taken along line HH in FIG. 11.
【図１４】同センサにおける振動板組立体の正面図FIG. 14 is a front view of a diaphragm assembly of the sensor.
【図１５】同センサにおける振動板組立体の取付部の断
面図FIG. 15 is a cross-sectional view of a mounting portion of a diaphragm assembly in the sensor.
【図１６】同センサにおけるセンサ出力用圧電セラミッ
ク素子の正面図FIG. 16 is a front view of a piezoelectric ceramic element for sensor output in the same sensor.
【図１７】同センサにおける焦電キャンセル用圧電セラ
ミック素子の正面図FIG. 17 is a front view of a piezoelectric ceramic element for canceling pyroelectricity in the sensor.
【図１８】（ａ）同センサにおける振動板の正面図 （ｂ）同振動板の断面図FIG. 18 (a) is a front view of a diaphragm in the same sensor. FIG. 18 (b) is a sectional view of the diaphragm.
【図１９】（ａ）同センサにおける振動板の他の例を示
す正面図 （ｂ）同振動板の断面図FIG. 19 (a) is a front view showing another example of the diaphragm of the sensor, and FIG. 19 (b) is a sectional view of the diaphragm.
１ 振動板 ２ センサ出力用圧電セラミック素子 ３ 焦電キャンセル用圧電セラミック素子 ５ 環状ビード ９ リードフレーム １０ 基台 １１ センサ出力用プラス電極 １２ 素子ドライブ用プラス電極 １３，１４，２２，２８，３３，３４，３５ リード端
子 １５ 回路基板 １６，１９，３０，３６，３８ リードピン ２３ 金属シールドケース ２５ 金属パイプ ２６ 取付プレート ３０ 封着ガラス ３１ センサ出力用マイナス電極 ３２ 素子ドライブ用マイナス電極 ３９ 貫通コンデンサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration plate 2 Piezoelectric ceramic element for sensor output 3 Piezoelectric ceramic element for pyroelectric cancellation 5 Annular bead 9 Lead frame 10 Base 11 Positive electrode for sensor output 12 Positive electrode for element drive 13, 14, 22, 28, 33, 34 , 35 Lead terminal 15 Circuit board 16, 19, 30, 36, 38 Lead pin 23 Metal shield case 25 Metal pipe 26 Mounting plate 30 Sealing glass 31 Sensor output negative electrode 32 Element drive negative electrode 39 Feedthrough capacitor
Claims (3)
気的に絶縁される形で一体成形した基台と、中央部が前
記環状突起に固定された振動板と、前記振動板の表裏両
面に正負電極を互いに対向させて導通接着された２枚の
圧電セラミック素子と、前記圧電セラミック素子の各電
極にそれぞれ接続され、前記基台と電気的に絶縁される
形で一体成形されたリード端子と、前記リード端子から
の信号を処理する回路基板と、前記各部品を覆う金属シ
ールドケースと、前記金属シールドケースを気密封着す
る取付プレートと、前記金属シールドケースに絶縁物質
でハーメチック固定されて前記回路基板と外部との間で
信号を授受するリードピンと、前記リードピンに装着さ
れた貫通コンデンサとを備えた加速度センサ。1. A base in which a base having an annular protrusion in the central portion of the surface is integrally molded in a form that is electrically insulated, a diaphragm whose central portion is fixed to the annular protrusion, and front and back surfaces of the diaphragm. Two piezoelectric ceramic elements having positive and negative electrodes opposed to each other and conductively bonded to each other, and a lead integrally connected to each electrode of the piezoelectric ceramic element and electrically insulated from the base. Terminals, a circuit board that processes signals from the lead terminals, a metal shield case that covers each of the components, a mounting plate that hermetically seals the metal shield case, and a hermetically fixed to the metal shield case with an insulating material. An acceleration sensor including a lead pin for transmitting and receiving a signal between the circuit board and the outside, and a feedthrough capacitor attached to the lead pin.
ク素子を同一形状にして互いに共用化した請求項１記載
の加速度センサ。2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic elements attached to the front and back surfaces of the diaphragm have the same shape and are commonly used.
割されて内側をセンサ出力用電極とし、外側を素子ドラ
イブ用電極とした請求項２記載の加速度センサ。3. The acceleration sensor according to claim 2, wherein each piezoelectric ceramic element is divided into two concentric circles, the inside being a sensor output electrode, and the outside being an element drive electrode.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32485391A JP2791521B2 (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Acceleration sensor |
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|---|---|---|---|
| JP32485391A JP2791521B2 (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Acceleration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157763A true JPH05157763A (en) | 1993-06-25 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2791521B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110428597A (en) * | 2019-07-11 | 2019-11-08 | 大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 | The disconnected coal signalling alarm equipment of dynamic based on piezoelectric ceramics and its logical design |
-
1991
- 1991-12-09 JP JP32485391A patent/JP2791521B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110428597A (en) * | 2019-07-11 | 2019-11-08 | 大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 | The disconnected coal signalling alarm equipment of dynamic based on piezoelectric ceramics and its logical design |
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|---|---|
| JP2791521B2 (en) | 1998-08-27 |
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